Transcript Document

Biomechanika przepływów
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Jedne z najbardziej elastycznych materiałów powstałych w świecie ożywionym to:
Aktyna (ang. actin) - białko wchodzące w skład kurczliwych filamentów aktynowych,
stanowiących obok mikrotubul i filamentów pośrednich cytoszkielet komórki eukariotycznej.
Nazwa nawiązuje do jej zdolności do stymulacji hydrolizy ATP. Aktyna występuje w dwóch
postaciach: globularnej (G-aktyna o masie 42 kDa) i fibrylarnej (F-aktyna).
Cząsteczka G-aktyny zawiera miejsca przyłączania miozyny.
Znajduje się w mięśniach, leukocytach, czerwonych krwinkach.
Elastyna - białko strukturalne o budowie fibrylarnej, należące do skleroprotein, które występuje w
tkance łącznej. Jest m.in. głównym składnikiem ścięgien, więzadeł, tkanki płucnej oraz ścian większych
naczyń krwionośnych. Ze względu na obecność elastyny, tkanki w nią obfitujące po rozciągnięciu lub
ściśnięciu odzyskują swój pierwotny kształt i wielkość (np. skóra).
Elastyna składa się z ok. 750 reszt aminokwasowych, z których (podobnie jak w kolagenie) znaczną
zawartość stanowią prolina i glicyna, jednak w odróżnieniu od kolagenu jest mało hydroksyproliny, a nie
ma w ogóle hydroksylizyny. Cząsteczki elastyny są wydzielane przez komórki (fibroblastów) do
przestrzeni pozakomórkowej. Nieusieciowana (niedojrzała) forma elastyny to tropoelastyna. Następnie
łańcuchy polipeptydowe elastyny łączą się ze sobą za pomocą wiązań pomiędzy resztami lizyny
(katalizuje oksydaza lizylowa) w sąsiadujących cząsteczkach elastyny w elastyczną sieć. Cząsteczki
elastyny mają charakter hydrofobowy.
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Kolagen - główne białko tkanki łącznej. Posiada ono bardzo wysoką
odporność na rozciąganie i stanowi główny składnik ścięgien. Jest
odpowiedzialny za elastyczność skóry. Ubytek kolagenu ze skóry
powoduje powstawanie zmarszczek, w trakcie jej starzenia. Kolagen
wypełnia także rogówkę oka, gdzie występuje w formie krystalicznej.
Kolagen jest powszechnie stosowany w kosmetykach, zwłaszcza w
kremach i maściach przeciw zmarszczkowych. Stosuje się go też jako
wypełniacz w chirurgii kosmetycznej - np. do wypełniania ust.
Kolagen stanowi powszechny składnik organizmów ssaków.
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
ELASTYNA
Elastyna jest najbardziej „linowym” materiałem.
Wyniki testu obciążeniowego wyglądają następująco:
Relacja naprężenie - odkształcenie
próbki zawierały małe ilości
kolagenu który został zdenaturowny przez
ogrzewanie do 100 C.
czysta elastyna
po tygodniu w fromalinie
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Elastyna występuje w postaci cienkich wiązek w skórze i w obszarze pęcherzykowym drzewa
oskrzelowego w tkance łącznej, wpływa to w znacznym stopniu na elastyczność płuc.
Występuje w ściankach naczyń krwionośnych w szczególności w pobliżu serca.
Elastyna pozostaje „elstyczna” nawet po umieszczeniu próbki w formalinie lub formaldehydzie.
Jeżeli próbka zostanie poddana naprężeniu i umieszczona w roztworze , po usunięciu
naprężenia nie powróci do pierwotnego stanu, powróci w (40 – 70 %) ale nadal pozostanie
elastyczna.
Próbka została rozciągnięta w 30% i zanurzona
w 10% roztworze formaliny na 2 tygodnie
próbka zachowała elastyczność ale
wartość modułu Younga zmalała.
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Jeżeli zrobilibyśmy wykres zależności wydłużenia próbki przed zanurzeniem w formalinie
w funkcji miary powrotu do stanu pierwotnego po uwolnieniu próbki otrzymalibyśmy
zależność:
Powoduje to że próbki tkanki
na skutek kurczenia się włókien elastylowych
zmieniają swój wygląd
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Próbka tkanki płucnej małpy. Usztywnionej za pomocą
glutardehydu
a) na etapie przygotowania próbki pozwolono skurczyć
się tkance
b) zapobiegnięto kurczeniu się tkanki
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Kolagen
Kolagen jest podstawowym elementem tkanki miękkiej i twardej zwierząt. Dzięki niemu
organizm jest mechanicznie zwarty. Kolagen występuje w wielu formach w różnych tkankach
i organach.
Żeby w pełni zrozumieć właściwości biomechaniczne kolagenu należy zapoznać się z jego
budową strukturalną.
Nie tylko budowa molekuł jest ważna ale ułożenie i wzajemne relacje molekuł w fibrylach
oraz ułożenie fibryli we włóknach jak i włókien w tkance ma wpływ na mechaniczne
właściwości układu.
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Kolagen to białko posiadające strukturę zwiniętej potrójnej helisy i funkcjonuje jako
podstawa do budowy struktur usieciowanych.
Układ aminokwasów przedstawia rysunek:
Glicyna stanowi 1/3 węzłów. Pojedynczy łańcuch jest lewoskrętną helisą , trzy łańcuchy
tworzą „warkocz”.
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Do tej pory zidentyfikowano 12 typów kolagenu:
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Łańcuchy α wchodzące w skład kolagenu zebrane są w tabeli:
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Wykazano olbrzymią zależność pomiędzy strukturą kolagenu a funkcja jaką spełnia
Formy zagregowane tworzące włókna
Forma będąca składnikiem błony komórkowej
Forma będąca
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Włókna Kolagenu znajdują się w mięśniach
ścięgno
Molekuły kolagenu tworzą
fibryle.
skóra
Średnica fibryli wacha się od 20 do 40 nm. Wiązki fibryli tworzą włókna które mają średnicę
od 0.2 do 12 μ.
Włókna również układają się w struktury :
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Budowa ścięgna:
WYKŁAD 14 : Elastyczna tkanka miękka;
Zależności mechaniczne
Zależność obciążenie – wydłużenie
dla ścięgna królika
obszar liniowy