คุณสมบัติเชิงกลของเนื้อเยื่อ

เส้นใย collagen ที่เป็นส่วนประกอบของเนื้อเยื่ออ่อนนั้น ส่วนใหญ่เป็นเส้นใยชนิดที่ I และ III  เส้นใย collagen จะประกอบไปด้วยกรดอะมิโนเส้นเดี่ยวเรียกว่า protocollagen จำนวน 3 เส้นมารวมกันเป็น procollagen  ที่มีโครงสร้างแบบบันไดเวียน (double helix) โดยมี hydrogen bond เป็นตัวเชื่อมต่อ

เรียกการเชื่อมต่อนี้ว่า intramolecular crosslink  Procollagen แต่ละสายจะมาเชื่อมกันเป็น tropocollagen  การเชื่อมกันนี้จะเรียกว่า intermolecular crosslink  ความแข็งแรงของเส้นใย collagen จึงขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อระหว่างโมเลกุลเหล่านี้กล้ามเนื้อประกอบไปด้วย sarcomere ที่มีรวมกันเป็น myofibril  ส่วนนี้จะเรียกว่า contractile element หรือส่วนที่มีการหดตัวได้  นอกจากนี้เส้นใยกล้ามเนื้อยังถูกหุ้มด้วยเนื้อเยื่ออ่อนบางๆคือ endomysium, perimysium และ epimysium  เนื้อเยื่อเหล่านี้ไม่สามารถหดตัวเองได้ถือว่าเป็น elastic component  เช่นเดียวกับเอ็นกล้ามเนื้อ (tendon) ก็ถือว่าเป็น elastic component เช่นเดียวกันเนื้อเยื่ออ่อนที่ประกอบไปด้วยเส้นใย collagen เหล่านี้จะมีคุณสมบัติเชิงกลที่คล้ายคลึงกัน 3 อย่างดังนี้

คุณสมบัติเชิงกลของเนื้อเยื่อ

  1. Elasticity เป็นคุณสมบัติของเส้นใยที่จะหดกลับภายหลังจากที่ถูกดึงไว้ คล้ายกับสปริง (spring)
  2. Viscoelasticity การที่เส้นใยจะค่อยๆยืดยาวออกถ้าเราให้แรงที่คงที่ และสามารถหดกลับได้ถ้าหยุดให้แรงดึง แต่ใช้ระยะเวลาในการหดกลับ  การหดกลับเปรียบเสมือนคุณสมบัติเพิ่มความสูงแบบ elasticity หรือสปริง  ส่วนการค่อยๆยืดยาวหรือค่อยๆหดกลับเป็นคุณสมบัติแบบ viscosity หรือ กระบอกสูบ (dash pot)
  • Plasticity การที่เส้นใยยืดยาวออกโดยไม่หดกลับมาแล้ว กรณีนี้เปรียบเสมือนออกแรงดึงวัตถุบนพื้นที่มีความฝืด คือต้องออกแรงเอาชนะความฝืดแต่เมื่อวัตถุเคลื่อนได้แล้วก็จะหยุดที่ตำแหน่งนั้นไม่เคลื่อนกลับหากดึงเนื้อเยื่ออ่อนออก (stress) เนื้อเยื่ออ่อนจะมีการเปลี่ยนแปลงความยาว (strain) ดังในกราฟ  ในตอนแรก (toe region) มันจะเหยียดตัวออกจากรอยพับ (creep) โดยที่ใช้แรงคงที่เพียงเล็กน้อย  ต่อมาเมื่อเนื้อเยื่อเหยียดตัวเต็มที่แล้ว  เราจะต้องใช้แรงพยายามมากขึ้นเพื่อให้เกิดการยืดยาวออก  ช่วงนี้จะเรียกว่า elastic region การยืดยาวออกนี้สามารถหดกลับได้  หากยืดยาวออกถึงจุดหนึ่งเนื้อเยื่อจะไม่สามารถหดกลับได้  และจะคงความยาวนั้นไว้ช่วงนี้เรียกว่า plastic region  การยืดยาวออกนี้หมายถึงว่าเนื้อเยื่อและเส้นใยเริ่มมีการปริหรือฉีกเป็นบางส่วน  สุดท้ายหากยังคงให้แรงดึงต่อไปอีกเนื้อเยื่อก็จะฉีกขาดโดยสมบูรณ์ (failure)

ใน elastic region หากใช้แรงมากแล้วเนื้อเยื่ออ่อนนั้นยืดยาวออกเพียงเล็กน้อยเส้นกราฟจะมีความชันมาก นั้นแสดงว่าเนื้อเยื่ออ่อนนั้นขาดความยืดหยุ่น หรืออีกนัยหนึ่งมีความเหนียว (อาจจะเปราะขาดง่ายหากถึงจุดที่จะฉีกขาดเร็ว)  คุณสมบัตินี้เรียกว่า stiffness ซึ่งจะพบในเนื้อเยื่ออ่อนที่มีความแข็งแรงมาก

ในการทดลองพบว่าหากให้แรงยืดอย่างรวดเร็วจะต้องใช้แรงมาก ในทางกลับกันถ้ายืดอย่างช้าๆจะใช้แรงที่น้อยกว่า  อย่างไรก็ตามการยืดอย่างรวดเร็วจะทำให้เนื้อเยื่อไม่มีเวลาที่จะปรับตัว และถ้ายิ่งให้แรงยืดที่มากก็จะทำให้เนื้อเยื่อถึงจุดที่ปริได้

การที่เนื้อเยื่อมีรอยพับนั้นเพื่อช่วยเพิ่มความสูงให้เนื้อเยื่อมีความยืดหยุ่นหรือมีความยาวขนาดหนึ่งพอที่จะปรับตัวให้ทันกับการดึงได้การที่จะทำให้เนื้อเยื่อยืดยาวอย่างถาวรนั้นจำเป็นที่จะต้องให้แรงยืดที่เหมาะสมจนถึง plastic region คือจุดที่เนื้อเยื่อนั้นไม่สามารถหดกลับได้อีก  หลักการนี้ใช้ในการนำไปยืดเนื้อเยื่ออ่อนที่มีการหดสั้น  การยืดที่ไม่พอเพียงจะทำให้เนื้อเยื่อนั้นไม่สามารถคงสภาพความยาวไว้ได้

ใส่ความเห็น

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น