肌腱和韌帶的組成:
肌腱和韌帶都屬于高密度的結(jié)締組織,由大量平行排列的纖維膠原組織組成。那些血流量少的組織含有很多膠原,而膠原本質(zhì)是一種纖維蛋白質(zhì),它占全身總蛋白質(zhì)的1/3。膠原是骨和軟骨內(nèi)有機部分的主要成分,也對其他器官如血管、皮膚、心臟、子宮、腎臟和肝臟等提供主要的機械支架作用。對肌腱和韌帶的強度和韌性而言,膠原的機械穩(wěn)定性顯得尤為重要。同其他結(jié)締組織一樣,肌腱和韌帶都僅含有少數(shù)的細胞和大量的細胞外基質(zhì),細胞外基質(zhì)約占整個結(jié)構(gòu)的80%,這些細胞外基質(zhì)約由70%的水分及30%的固體物質(zhì)組成,固體物質(zhì)包括膠原、基質(zhì)和少量的彈力蛋白,其中膠原占至少75%,肌腱比韌帶含有更多的膠原,四肢肌腱中,固體物質(zhì)中的膠原或可高達干重的99%。
(一)膠原
1.膠原分子的組成 膠原分子是由成纖維細胞在細胞中先制造較大的基本前體,即前膠原,之后再分泌到細胞外成為膠原。同骨一樣,肌腱和韌帶都是由最普遍的I類膠原所組成。這種分子含有三條多肽鏈(α鏈),每條都是通過左向螺旋結(jié)構(gòu)由大約一百個氨基酸組成,分子重量約為340000。其中兩條α鏈(α-1鏈)的結(jié)構(gòu)完全相同,而第三條α鏈(α-2鏈)的結(jié)構(gòu)稍又不同。這三條α鏈排列在一起,經(jīng)右向螺旋結(jié)構(gòu)成為一條三螺旋結(jié)構(gòu),使膠原分子具有繩索形態(tài),分子的長度約為280nm,直徑約為1.5nm。約2/3的膠原分子含有三種氨基酸:甘氨酸(glycine)、脯氨酸(proline)和羥脯氨酸(hydroxyproline)。每條α鏈中,每三個氨基酸便有一個甘氨酸,這種重復(fù)的序列是構(gòu)成三螺旋結(jié)構(gòu)的基本要素。甘氨酸體積小,可使整條三螺旋更加緊密結(jié)合。同時,甘氨酸可促使整條三螺旋互相形成氫鍵來加強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其他的兩個氨基酸在鏈中建立氫鍵或氫鍵水橋。在α鏈中或鏈與鏈之間還有其他的相互交聯(lián),這對增強整個膠原分子的穩(wěn)定性有著積極的意義。膠原分子交聯(lián),聚合成膠原纖維,這些分子之間的互聯(lián)能為膠原纖維提供必要的穩(wěn)定性,也使纖維組織更為強韌以抵受外來的張力。在新生膠原中,僅有少數(shù)交聯(lián),而且可以被還原,膠原溶于中性鹽水或酸性液體中,交聯(lián)也很容易被熱力降解。膠原老化時,那些能被還原的交聯(lián)會減少,取而代之的是穩(wěn)定和不能被還原的交聯(lián),成熟的膠原不能溶于中性鹽水及酸性液體中,而且它們有更高的耐熱能力,不容易被熱力降解。每條原纖維都是由多個膠原分子通過獨特的四合一分子重疊序列結(jié)合而成。這種組合方法使每個分子都能與其他分子有重疊的機會,也是在電子顯微鏡下膠原纖維呈現(xiàn)間帶的原因。這種四合一膠原分子重疊組合法可增強膠原的穩(wěn)定性,同時這種排列可使酸性和堿性的氨基酸均衡共處,令整個結(jié)構(gòu)可持續(xù)處于低生物能量狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)亦使帶相反電荷的氨基酸相互作用,故如果將聚合的分子分開需要很大能量。每五個膠原分子結(jié)合成一條微纖維,之后再結(jié)合成為次級纖維及原纖維,最后原纖維經(jīng)過聚合成為纖維束及肌腱。
2.膠原纖維的排列 肌腱的膠原纖維排列與韌帶的不同,主要是為了適應(yīng)各自的功能要求,肌腱所受的外力多是單一方向的張力,所以其膠原纖維是比較有規(guī)律地與肌腱的主軸平行。雖然韌帶所受的張力多數(shù)也是單一方向,但也經(jīng)常會受其他方向的張力影響,所以它們的膠原纖維不一定成單一方向排列,有時纖維間會互相形成網(wǎng)狀交叉排列,并且這種排列會視不同韌帶的功能而有所區(qū)別。
(二)彈力蛋白
除了膠原的結(jié)構(gòu)特質(zhì)影響外,肌腱和韌帶所擁有的彈力蛋白比例也能從很大程度上對它們的機械特征有所影響。不同部位彈力蛋白含量不同,在肌腱與四肢的韌帶中含量很少,但在彈性強的韌帶如黃韌帶中含量較高,以提供較高的彈性。
(三)基質(zhì)
肌腱和韌帶的基質(zhì)主要成分是蛋白聚糖、結(jié)構(gòu)糖蛋白、離子蛋白和其他小分子。蛋白聚糖單元的大分子含硫化聚糖鏈,它們依附在一個中心蛋白并與長長的透明質(zhì)酸鏈結(jié)合成為一個大分子。這些蛋白聚糖同肌腱和韌帶細胞外的水分相結(jié)合,形成有高度結(jié)構(gòu)組織的半固體而非液態(tài)的物質(zhì)。它們在肌腱和韌帶內(nèi)的作用是將微纖維粘合,以增強合成結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和韌度。
(四)血液供應(yīng)
肌腱和韌帶僅有少量的血管,這影響了它們的代謝及受傷后的康復(fù)速度。肌腱的血管來自它們所連接著的肌束膜、骨膜和圍繞著它們的腱旁組織及腱系膜。被腱旁組織所包圍的肌腱稱為含血管腱,而被腱鞘包圍的肌腱則稱為無血管腱,在含血管腱中的血管從外圍多個途徑進入肌腱,之后又會與縱向的毛細血管系統(tǒng)相通。被腱鞘包圍的肌腱血管分布形式不同,這種肌腱的系膜退化為紐帶樣,缺血部分被認為由兩個途徑獲得養(yǎng)分,一是由血液吸取,另一是經(jīng)關(guān)節(jié)液滲透到肌腱。養(yǎng)分滲透的概念具有很重要的臨床意義,即肌腱復(fù)原可在沒有血液供應(yīng)下進行。韌帶較其周圍組織的血循環(huán)少,但研究顯示韌帶內(nèi)其實是有多源及相當平均的血液分布,這些血液多數(shù)來自韌帶與骨的接點,雖然韌帶的供血系統(tǒng)血流量不多,但這些血液對維持它的功能起著很重要的作用,尤其是韌帶組織在受傷后的修復(fù),在沒有血液供應(yīng)到這些組織的情況下,韌帶疲勞時,微創(chuàng)傷不斷累積,最終容易導(dǎo)致韌帶斷裂。
(五)外周結(jié)構(gòu)及在骨骼上的附著點
1.韌帶和肌腱的外圍結(jié)構(gòu) 韌帶和肌腱的外圍結(jié)構(gòu)有一定的相似之處,但它們之間也存在不同,所以它們的功能不同。兩者都被疏松的結(jié)締組織包裹著,疏松結(jié)締組織在韌帶中沒有專有名稱,但在肌腱中被稱為腱旁組織。腱旁組織比包著韌帶的結(jié)締組織更具結(jié)構(gòu)性,它形成一層腱鞘,以保護肌腱并使其在內(nèi)部滑動。
2.腱外膜 在摩擦力大的部位,例如手腕和手掌,腱旁組織下有一層滑膜,稱為腱外膜,它包圍著幾組纖維束,腱外膜上滑膜細胞所分泌的滑液有助于肌腱滑動。在沒有太大摩擦力的部位,肌腱只有腱旁組織而沒有腱外膜。
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