Gân là gì? Cấu tạo và công dụng

Bài viết được tham vấn chuyên môn cùng Thạc sĩ, Bác sĩ Lê Dương Tiến - Bác sĩ Nội cơ xương khớp - Khoa Khám bệnh & Nội khoa - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Đà Nẵng.

Gân được phân loại và gọi tên theo vị trí bám của chúng, chẳng hạn như gân tay, gân chân. Gân có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, tùy thuộc vào vai trò của cơ. Bài viết sau sẽ làm rõ khái niệm gân là gì? Cấu tạo và công dụng của gân như thế nào?

Gân là phần cấu trúc có màu trắng sáng nằm giữa xương và cơ. Thành phần chính của gân là các sợi đàn hồi, mang lại cho chúng sức mạnh cần thiết để truyền các lực cơ học lớn. Mỗi cơ có hai gân, một gân gần và một gân xa. Điểm mà gân hình thành gắn với cơ còn được gọi là điểm nối cơ và điểm mà nó gắn vào xương được gọi là điểm nối xương.

Vậy gân có vai trò gì? Theo đó, chức năng của gân là truyền lực sinh ra từ cơ đến xương và kích thích các khớp xương chuyển động. Đầu gần của gân còn được gọi là gốc và gân xa được gọi là phần chèn.

Gân có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, tùy thuộc vào vai trò của cơ. Gân được phân loại và gọi tên theo vị trí bám của chúng, chẳng hạn như gân tay, gân chân. Các cơ bắp lớn, tạo ra nhiều lực có xu hướng gân bám ngắn và rộng hơn so với những cơ thực hiện các chuyển động tinh vi. Các gân tương ứng các cơ này có xu hướng dài và mỏng.

• Thành phần tế bào của gân

Các tế bào cấu tạo nên gân được gọi là nguyên bào sợi và tế bào hình sợi. Chúng chiếm khoảng 90-95% số lượng tế bào trong gân. 5-10% còn lại bao gồm tế bào sụn, tế bào hoạt dịch và tế bào mạch máu.

Nguyên bào sợi là những tế bào gân chưa trưởng thành. Ban đầu chúng có kích thước và hình dạng khác nhau, nhưng khi già đi, chúng trở nên dài ra và có dạng hình trục chính cũng như biến đổi thành tế bào hình trụ. Các tế bào hình trụ chịu trách nhiệm cho việc luân chuyển duy trì chất nền ngoại bào. Các tế bào hình trụ phản ứng với tải trọng cơ học của gân và do đó tạo ra sự thích nghi. Chúng được sắp xếp thành các hàng dọc và có sự tiếp xúc rộng rãi với các tế bào lân cận thông qua các điểm nối.

Các mối nối là những cấu trúc rất phức tạp. Chúng có hai bán kênh, còn được gọi là connexons (tập hợp sáu tiểu đơn vị protein liên kết). Chúng có một lỗ ở vùng trung tâm. Các connexons ở trạng thái mở cho phép các chất chuyển hóa và ion đi qua tự do giữa các điểm nối khoảng trống. Các connexons được đánh số, những connexons mà chúng ta quan tâm đến để giao tiếp tế bào và tái tạo gân là các liên kết 26, 32 và 43.

Connexin 43 nằm trong các điểm giao nhau giữa các tế bào theo hàng dọc các sợi collagen. Các kết nối 26 và 32 có kiểu lan tỏa hơn. Connexin 43 chịu trách nhiệm về sự ức chế tổng hợp collagen trong các tế bào hình trụ như một phản ứng với tải cơ học. Connexin 32 có thể có vai trò kích thích, nhưng quan trọng hơn là chúng hỗ trợ giao tiếp giữa các tế bào trong gân để giúp tái tạo và thích nghi.

• Cấu trúc ma trận ngoại bào

Gân chủ yếu bao gồm các sợi collagen loại 1 (nhưng cũng có những sợi khác có mặt) và proteoglycan. Các sợi collagen loại 1 chịu trách nhiệm về độ bền của gân trong khi proteoglycan chịu trách nhiệm về bản chất đàn hồi của gân. Định hướng của các sợi collagen trong gân là những sợi chạy song song, bắt chéo đơn giản, bắt chéo hai sợi với một sợi thẳng, sự hình thành bện của ba sợi và kiểu đan chéo lên của hai sợi chạy song song. Định hướng và sự sắp xếp của các sợi collagen khác nhau giữa các gân và khác nhau về vị trí của gân. Điều này phụ thuộc vào yêu cầu của từng loại gân. Ví dụ, các gân cần chống lại lực kéo quay sẽ có định hướng sợi collagen để thực hiện điều này.

Các phân tử collagen bao gồm các chuỗi polypeptide, 3 trong số các chuỗi này kết hợp với nhau tạo thành một phân tử tropocollagen xoắn dày đặc. 5 trong số này kết hợp với nhau tạo thành một microfibril. Sau đó, các sợi microfibril kết tụ lại với nhau tạo thành các sợi nhỏ. Chúng được nhóm lại thành bó sợi và sợi gân.

Các sợi có đường kính nhỏ khi còn non nhưng khi trưởng thành, chúng phát triển về kích thước, đạt cực đại ở độ tuổi từ 20-29 tuổi. Khi gân già đi, đường kính trở nên nhỏ hơn, điều này có liên quan đến khả năng giảm sức mạnh của cơ. Đường kính gân cũng có thể bị thu nhỏ lại nếu bị thương.

• Mạch máu nuôi gân

Các mạch máu nuôi của gân rất quan trọng cho việc chữa lành vết thương. Việc cung cấp máu cho các khu vực cụ thể được bảo đảm bởi các mạch máu khác nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các gân bị giảm đáng kể nguồn cung cấp mạch máu xung quanh vị trí ròng rọc xương. Các đoạn mạch máu ở những vị trí kết nối hai gân có thể bị chèn ép, đặc biệt khi gân thoái hóa và/ hoặc đứt gân, ví dụ như đứt gân tay, gân chân....

• Thần kinh

Các dây thần kinh của gân bắt đầu từ da, màng gân và dây thần kinh cơ. Tại điểm nối gân cơ, các sợi thần kinh bắt chéo trước khi đi vào gân. Sau đó, phần lớn các sợi thần kinh kết thúc và tận cùng ở trên bề mặt của gân. Các đầu dây thần kinh có thể được phân loại thành dây thần kinh có bao myelin và không có bao myelin. Các sợi thần kinh được myelin hóa là các cơ quan thụ cảm cơ học chuyên biệt (các cơ quan của gân Golgi) cảm nhận sức căng và áp lực trong gân. Chúng có xu hướng nằm gần cơ. Các sợi không có myelin chịu trách nhiệm cảm nhận và truyền cảm giác đau.

• Các cấu trúc xung quanh gân

Các cấu trúc bao quanh gân có thể được chia thành nhiều loại. Mục đích chính của các cấu trúc này là giảm ma sát và cho phép gân trượt nhẹ nhàng. Đây là một yếu tố quan trọng để đảm bảo quá trình chuyển đổi lực ở mức hiệu quả nhất.

Từ lâu, gân được coi là một cấu trúc mà thông qua đó cơ kết nối với xương cũng như kết nối giữa các cơ, có chức năng truyền lực. Kết nối này cho phép các gân điều chỉnh thụ động các lực trong quá trình chuyển động của khớp, mang lại sự ổn định.

Tuy nhiên, trong hai thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào các đặc tính đàn hồi của một số loại gân và khả năng hoạt động của chúng như lò xo. Không phải tất cả các gân đều phải thực hiện vai trò chức năng như nhau, với một số chi chủ yếu là định vị, chẳng hạn như các ngón tay khi viết (gân định vị) và những gân khác hoạt động như lò xo để vận động hiệu quả hơn (gân tích trữ năng lượng). Năng lượng dự trữ trong gân có thể lưu trữ và phục hồi lại với hiệu quả cao. Ví dụ, trong một sải chân của con người, gân Achilles kéo dài khi khớp mắt cá chân co lại. Trong phần cuối cùng của sải chân, khi bàn chân uốn cong (hướng các ngón chân xuống), năng lượng đàn hồi dự trữ được giải phóng. Hơn nữa, vì gân co giãn, cơ có thể hoạt động với độ dài ít hơn hoặc thậm chí không thay đổi, cho phép cơ tạo ra nhiều lực hơn.

Các đặc tính cơ học của gân phụ thuộc vào đường kính và hướng sắp xếp của các sợi collagen. Các sợi collagen song song với nhau và được gắn kết chặt chẽ. Trong gân, các sợi collagen có một số tính linh hoạt do không có gốc hydroxyproline và proline tại vị trí cụ thể trong trình tự axit amin, cho phép thực hiện các chức năng như uốn cong hoặc vòng lại. Các nếp gấp trong sợi collagen cho phép các gân có độ mềm dẻo cũng như độ cứng nén thấp. Ngoài ra, bởi vì gân là một cấu trúc nhiều sợi được tạo thành từ nhiều sợi và sợi tơ độc lập một phần, nó không hoạt động như một thanh duy nhất và đặc tính này cũng góp phần vào tính linh hoạt của nó.

Các thành phần proteoglycan của gân cũng rất quan trọng đối với các đặc tính cơ học. Trong khi các sợi collagen cho phép các gân chống lại căng thẳng kéo, các proteoglycan cho phép chúng chống lại ứng suất nén. Các phân tử này rất ưa nước, có nghĩa là chúng có thể hấp thụ một lượng lớn nước và do đó có tỷ lệ trương nở cao. Đặc điểm này có thể liên quan đến việc cho phép sợi gân dài ra và giảm đường kính khi bị căng. Tuy nhiên, các proteoglycan cũng có thể có vai trò trong đặc tính kéo của gân.

Cấu trúc của gân thực sự là một vật liệu tổng hợp sợi, được xây dựng như một chuỗi các cấp độ phân cấp. Ở mỗi cấp độ của hệ thống phân cấp, các đơn vị collagen được liên kết với nhau bằng các liên kết chéo collagen hoặc proteoglycan, để tạo ra một cấu trúc có khả năng chống chịu lực kéo cao. Chỉ riêng độ giãn dài và độ căng của các sợi collagen đã được chứng minh là thấp hơn nhiều so với độ giãn dài và độ căng của toàn bộ gân dưới cùng một lượng ứng suất, chứng tỏ rằng chất nền giàu proteoglycan cũng phải trải qua biến dạng.

Các gân tích trữ năng lượng đã được chứng minh là sử dụng lượng trượt đáng kể giữa các sợi cơ để tạo ra các đặc tính căng thẳng cao mà chúng cần, trong khi các gân định vị phụ thuộc nhiều hơn vào sự trượt giữa các sợi collagen và sợi xơ. Tuy nhiên, dữ liệu gần đây cho thấy rằng các gân tích trữ năng lượng cũng có thể chứa các tua cuốn có dạng xoắn hoặc xoắn, trong tự nhiên - một cách sắp xếp sẽ rất có lợi cho việc cung cấp hành vi giống như lò xo cần thiết ở các gân này.