Variazioni del Crimp pattern

Per capire meglio le variazioni che avvengono con l’età e l’esercizio fisico all’interno del tendine si deve necessariamente ricordare che le fibre collagene rappresentano l’unità funzionale di questo tessuto, garantendogli la resistenza necessaria allo svolgimento delle sue funzioni.

Le fibre hanno un diametro variabile tra i 20 e diverse centinaia di nm. In base al diametro possono essere classificate, attraverso un sistema bimodale, in fibre di piccole dimensioni, con un diametro massimo di 35 nm, e di grandi dimensioni, con un diametro che può superare i 165 nm (Parry,1978).

Le fibre grandi e piccole si trovano nei tendini in percentuale e con una distribuzione diversa. La media della distribuzione di fibre con quel dato diametro sul totale delle fibre stesse è indicato dal diametro medio della massa (DMM). Il DMM differisce dalla semplice media aritmetica, in quanto tiene conto anche del fatto che un piccolo numero di fibre di grandi dimensioni occupa un’area proporzionalmente più grande rispetto ad uno stesso numero di fibre di piccole dimensioni sulla superficie di taglio (Lindsey, 2005).

Il DMM ha quindi una correlazione positiva con la resistenza del tendine alla trazione (Oakes, 1989) visto che, maggiore è il diametro delle fibre all’interno del tendine, maggiore sarà il numero di legami crociati covalenti interfibrillari e quindi la resistenza del tessuto (Parry, 1978). Da questo si evince che un aumento del DMM indica un rafforzamento della struttura tendinea, incrementando la sua resistenza alle lesioni.

Le fibre di dimensioni maggiori hanno una superficie area-volume ridotta con una maggiore densità di legami interfibrillari che permettono di aumentare la resistenza del tendine alla trazione (Lindsey, 2005). Sono in concentrazione maggiore, quindi, in quei tessuti designati ad avere una elevata resistenza alla tensione (Parry, 1978).

46 Le fibre di piccole dimensioni, invece, hanno il ruolo di prevenire lo scivolamento delle fibrille le une sulle altre. Questo avviene in virtù della loro notevole area di superficie per unità di volume che garantisce una maggiore interazione delle fibre con la matrice circostante (Patterson-Kane, 1998). Si trovano, quindi, in quantità maggiore nei tessuti elastici (Parry, 1978). A parità di forze applicate sul tendine, le fibre con diametro minore si romperanno prima di quelle con diametro maggiore. Un fattore di notevole importanza è che il diametro delle fibre collagene non si mantiene costante nel tempo, ma varia sia con l’età che con l’esercizio fisico a cui è sottoposto l’animale (Patterson-Kane, 1996).

Si ha un aumento del diametro delle fibre durante lo sviluppo corporeo e una loro riduzione con la senescenza, infatti il DMM di tendini prelevati da feti e da animali con età inferiore ai 5 anni è minore rispetto a quello di cavalli con un’età compresa tra i 5 e i 10 anni (Tabella 3.1) (Patterson-Kane, 1995).

Età DMM Regione Centrale DMM Regione Periferica Giovani 127,8+/-6,6 nm 115,8+/-7,9 nm Adulti 143,5+/-4,1 nm 140,3+/-11,1 nm Anziani 133,9+/-12,9 nm 130,4+/-6,4 nm

Tabella 3.1 Differenze tra i DMM della regione centrale e periferica nel TFS (Patterson-Kane,

1997; modificato).

Inoltre il DMM della zona centrale del tendine flessore digitale superficiale, soprattutto a livello della regione media metacarpale, diminuisce molto se i cavalli sono sottoposti ad allenamento, passando da valori di 131,7 nm in animali non allenati a circa 105,3 nm in quelli sottoposto ad esercizio fisico costante (Patterson- Kane, 1997).

47 Anche nella regione periferica si evidenziano variazioni nel MAD con l’allenamento, anche se meno intensamente di quanto avviene nella regione centrale, forse perché le fibre di questa zona non sono sottoposte alle stesse condizioni meccaniche o termiche di quelle localizzate nel core del tendine (Fig. 3.1).

Molto probabilmente i cambiamenti che si hanno nella parte centrale del tendine possono essere interpretati come il risultato di microtraumi che avvengono nelle fibre di grandi dimensioni durante l’esercizio fisico (Lindsey, 2005), a seguito dei quali queste fibre sono sostituite da quelle con diametro minore.

L’aumento delle fibre di piccolo diametro riduce la forza tensile nel core del tendine, aumentando l’incidenza delle lesioni a questo livello, quando il tendine è ripetutamente e ciclicamente sottoposto a un rapido aumento di estensione durante il galoppo. Le nuove fibre di piccolo diametro potrebbero essere subunità che derivano dalla degenerazione delle fibre di grandi dimensioni o potrebbero essere di nuova sintesi, per la stimolazione dei tenociti. È anche possibile che questi due meccanismi avvengano contemporaneamente (Patterson-Kane,1997) .

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Fig 3.1 1). Regione periferica del TFS non sottoposta ad esercizio; 2) regione periferica di un

TFS sottoposta ad esercizio; 3) Regione centrale di un TFS non sottoposto ad esercizio; 4) regione centrale di un TFS sottoposto ad esercizio (Patterson-Kane, 1997; modificato).

Nel tendine flessore digitale profondo, a differenza di quanto avviene in quello superficiale, non si registrano variazioni significative nei valori del DMM a seguito dell’allenamento fisico dell’animale. Questo probabilmente è dovuto al fatto che il tendine flessore digitale profondo non è sottoposto a carichi tanto elevati da minare la sua integrità strutturale, ma nemmeno a forze che, avvicinandosi ai suoi limiti di resistenza meccanica, ne provochino l’ipertrofia (Platt, 1994).

Dagli studi effettuati si è visto come l’esercizio fisico, oltre a una riduzione evidente del DMM, provochi una risposta di adattamento funzionale nel tendine flessore digitale superficiale, caratterizzata da ipertrofia delle fibre collagene (Patterson-Kane, 1997).

Insieme alla riduzione fisiologica del diametro delle fibre con l’avanzare dell’età si assiste anche a un loro cambiamento di forma.

Per spiegare questo fenomeno si deve ricordare il crimp pattern. Questo termine inglese indica la particolare disposizione delle fibre collagene all’interno del tendine, facendo riferimento ai loro angoli e alla loro lunghezza (fig. 3.2), che determinano la classica forma a zig-zag delle fibre del tendine e che si evidenzia come un’alternanza di bande chiare e scure alla studio con luce polarizzata.

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Fig. 3.2. Schema grafico del crimp pattern.

Legenda - L: lunghezza del segmento; d: lunghezza della proiezione del segmento; Ө: ampiezza dell’angolo (da Patterson- Kane, 1997; modificato).

La formazione del crimp è una caratteristica dei tessuti soggetti ad alti livelli di tensione, infatti questo permette al tendine di sopportare una maggiore stress meccanico, cosa che non sarebbe possibile se le fibrille fossero distese già all’inizio del carico. La presenza del crimp è anche un meccanismo di protezione contro forze repentine a cui spesso sono sottoposti i tendini flessori delle falangi. Questa funzione è convalidata dal fatto che il crimp ha un angolo maggiore nella porzione centrale del tendine flessore digitale superficiale, rispetto alla periferia, in risposta al maggiore stress a cui la prima è sottoposta. Il crimp pattern, soprattutto all’interno del tendine flessore digitale superficiale, subisce una serie di variazioni con l’avanzare dell’età, in cavalli sottoposti o meno ad esercizio fisico (tabella 3.2) (Patterson-Kane, 1997).

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Angolo del crimp (°) Lunghezza del crimp (µµµµm) Parte centrale Parte periferica Parte centrale Parte periferica Giovani 14,6 13,2 23,0 21,2

Adulti 13,1 12,0 19,8 18,0

Anziani 10,5 12,7 17,9 20,3

Tabella 3.2. Differenze nell’angolo e nella lunghezza del crimp in base all’età (da Patterson-

Kane, 1997; modificato)

L’angolo e la lunghezza del crimp pattern si riducono molto velocemente dalla nascita fino alla maturità, dove arrivano a un plateau. Nei cavalli anziani c’è poi una consistente riduzione nell’angolo e nella lunghezza del crimp della regione centrale del tendine, mentre quelli della regione periferica non si modificano in modo significativo, o addirittura possono aumentare leggermente. I valori medi degli angoli e della lunghezza del crimp, quindi subiscono una diminuzione proporzionale all’età che interessa soprattutto la parte centrale del tendine e meno la parte periferica (Patterson- Kane, 1995). Nei cavalli giovani, infatti, l’ampiezza media degli angoli delle fibre e la loro lunghezza sono maggiori nella parte centrale del tendine, rispetto a quella periferica, mentre l’esatto contrario avviene nei cavalli anziani, dove le fibre esterne hanno angoli e lunghezza maggiori rispetto a quelle interne al tendine. Includendo tutte queste considerazioni in un unico ragionamento possiamo arrivare a conclusioni estremamente interessanti. Abbiamo già visto, nel capitolo sulla meccanica, come i tendini rispondano alla tensione di carico. Un tendine sottoposto a carico risponde con una curva non lineare in cui possiamo evidenziare una parte iniziale, detta regione iniziale, che corrisponde all’allungamento degli angoli delle fibre collagene, alla fine della quale l’ampiezza degli angoli del crimp è praticamente ridotta a zero (Diamant, 1972). Con l’osservazione alla luce polarizzata della struttura tendinea in

51 questo momento viene meno la tipica bandeggiatura chiara e scura (Wilmink, 1992).

Alla regione inziale fa seguito una parte di curva ad andamento lineare che rappresenta l’allungamento elastico delle fibre. Qualora le fibre siano sottoposte a tensioni eccessive tendono a danneggiarsi, dissociandosi in fibrille e rompendosi. In seguito a questo fenomeno è facile capire come fibre caratterizzate da ampiezze angolari ridotte, se sottoposte a carichi elevati, raggiungano il punto di rottura prima di quelle che hanno angoli più ampi, che invece dovranno essere sottoposti a tensioni nettamente maggiori prima di lesionarsi. In fig. 3.3 si può notare come le fibre che hanno angoli ridotti (low crimp angle), come quelle che si trovano per esempio nella parte centrale del tendine di un cavallo anziano, raggiungano il punto di rottura quando le fibre con angoli maggiori (high crimp angle), disposte alla periferia, sono ancora nella fase lineare della curva, dandoci una spiegazione scientifica delle caratteristiche core lesions che tipicamente vengono rinvenute nei tendini flessori (Patterson- Kane, 1997).

Fig. 3.3 Grafico che mette a confronto fibre che hanno un low crimp pattern (lc) con fibre che

52 Molti studi hanno cercato di capire la causa della riduzione dell’ampiezza degli angoli del crimp nella regione centrale del tendine, anche se diversi aspetti sono a oggi sconosciuti. Per cercare di capire questo fenomeno alcuni autori hanno misurato i livelli di glicosilazione del collagene nel TFS di cavallo (Patterson –Kane, 1997) e si è potuto notare che la sintesi del collagene nel tendine diminuisce con l’avanzare dell’età, anche se il suo tempo di emivita rimane abbastanza lungo, se comparata a quello di un altro tessuto connettivo (Birch, 1993).

Molto probabilmente si assiste con l’andare del tempo a un rimodellamento della struttura, con la sintesi di fibre di piccole dimensioni, che vanno a sostituire quelle di grandi dimensioni precedentemente presenti. I cambiamenti strutturali più gravi che si evidenziano nella regione centrale dei tendini dei cavalli da competizione, potrebbero essere il risultato di sovraccarichi che gravano sul complesso fibre-matrice, provocando lo scivolamento tra la matrice stessa ed alcune fibre collagene, con il conseguente rimodellamento e con il cambiamento della normale distribuzione degli angoli. Tra le ipotesi formulate per spiegare la diminuzione dell’ampiezza degli angoli del crimp, la più accreditata sembra essere quella per cui la diminuzione dell’ampiezza degli angoli è una conseguenza dell’allungamento irreversibile, a cui vanno incontro le fibre sottoposte a innumerevoli cicli di tensione che si verificano durante la vita del cavallo, e che possono portare alla distruzione della struttura fibrillare. Si ipotizza quindi l’esistenza di un progressivo affaticamento che conduce alla rottura del tendine (Wilmink, 1992).

Queste modificazioni avvengono normalmente con l’avanzare dell’età, anche se un esercizio fisico intenso può rendere il processo più rapido, a causa della formazione di microtraumi (Patterson-Kane, 1998). Per dimostrare questa correlazione gli Autori hanno confrontato due gruppi di cavalli, omogenei per età, con attività fisiche diverse (agonismo o pascolo). Nei cavalli atleti i tendini presentano nelle fibre della regione centrale del tendine angoli significativamente minori rispetto a quelle della zona periferica, a differenza di quanto avviene nei cavalli al pascolo. Questo meccanismo può essere spiegato

53 ricordando che i cavalli in allenamento subiscono un elevato numero di cicli ad alta tensione nei tendini, che accelerano il progressivo affaticamento soprattutto della regione centrale del tendine flessore superficiale digitale. Oltre alla riduzione dell’ampiezza degli angoli si assiste anche ad una diminuzione della lunghezza del periodo, cosa che non è evidenziabile nei cavalli non allenati. Infatti una elevata percentuale di soggetti con età inferiore ai 10 anni, che hanno svolto attività agonistica ad alte velocità mostrano una regione centrale del TFS con una riduzione degli angoli delle fibre, che potrebbe predisporre ad ulteriori danneggiamenti. Tale riduzione può essere interpretata ragionevolmente come il risultato della somma di microtraumi.

Non possiamo comunque esimerci dal ricordare che ci potrebbe essere anche una predisposizione soggettiva alla lesione dei tendini flessori della dita, dovuta sia a modificazioni nella composizione del tendine stesso che ad alterazioni nella conformazione dell’arto e nell’andatura.