Chúng ta đã biết gân, dây chằng được tạo thành từ các bó sợi collagen (90 – 99% collagen type 1) liên kết với nhau nhờ các chất nền ngoại bào. Quá trình phục hồi tổn thương gân, dây chằng bản chất là quá trình tái thiết lập lại hình thái và cấu trúc của các bó sợi collagen này.

Mangan tham gia vào quá trình sinh tổng hợp collagen và góp phần quan trọng trong sự hình thành liên kết chéo collagen cùng với chất nền proteoglycan, đây là hai quá trình quyết định của sự phục hồi gân, dây chằng. Đồng thời làm tăng độ chắc chắn và mềm dẻo cho gân, dây chằng.

1, Mangan tham gia vào quá trình sinh tổng hợp Collagen

Collagen chiếm tới 80-95% thành phần chính của gân, dây chằng. Chuỗi collagen được hình thành bởi các acid amin, trong đó 2 acid amin quan trọng nhất là Glycin và Proline. Một chuỗi collagen gồm axit amin Glycine (33%), Proline và Hydroxyproline (22%), ba chuỗi này tạo nên cấu trúc xoắn của sợi collagen. (1)

Trình tự chuỗi acid amin trong sợi collagen

Mangan là yếu tố kích hoạt enzym prolidase – một loại enzyme có chức năng tái chế proline nhằm cung cấp acid amin này để hình thành collagen.(2)

Enzym prolidase đóng một vai trò quan trọng trong việc tái chế proline từ các imidodipeptides (hầu hết có nguồn gốc từ các sản phẩm thoái hóa của collagen) để tái tổng hợp collagen và các protein chứa proline khác.

Cơ chế điều hòa sinh tổng hợp collagen phụ thuộc vào prolidase đã được tìm thấy ở cả mức phiên mã và sau phiên mã (đặc biệt với collagen typ 1). (3)

2, Mangan là yếu tố quan trọng cho quá trình tổng hợp chất nền Proteoglycan

Mangan kích hoạt các enzym glycosyl-transferase, một bước quan trọng trong quá trình liên kết chéo collagen và hình thành các proteoglycan – cơ sở cấu trúc của gân, dây chằng. (4)

Enzym glycosyl-transferase này có nhiệm vụ vận chuyển các monosachardide để gắn vào các vị trí thích hợp hình thành nên cấu trúc glycan (polysaccharide). Glycans gắn với protein tạo ra proteoglycan.

Mangan tham gia vào hoạt động của enzym glucycosyl-transferase

3, Mangan tăng độ mềm dẻo của gân, dây chằng.

Sự khác biệt chính giữa dây chằng và xương là do sự sắp xếp của các ion canxi và ion mangan. Cả hai đều liên kết với một ion photphat. Canxi photphat tạo nên cấu trúc tinh thể của xương với độ cứng cao còn mangan glycerophosphat tạo nên cấu trúc dây chằng mềm dẻo hơn. Gân là phần cuối của cơ nối vào xương trong và xung quanh khớp. Gân là cấu trúc protein rất dày đặc và không đàn hồi giúp khớp di chuyển trong một phạm vi chuyển động nhất định khi cơ co lại hoặc thư giãn. Độ dẻo dai của loại protein này cũng bị ảnh hưởng bởi khoáng vi lượng mangan.

4, Mangan có tác dụng chống oxy hóa, giảm viêm

Mangan giúp hình thành một loại enzyme chống oxy hóa được gọi là superoxide dismutase (SOD). Chất chống oxy hóa bảo vệ cơ thể khỏi các gốc tự do, là những phân tử phá hủy hoặc làm tổn thương các tế bào trong cơ thể. Các tác giả của một nghiên cứu (5) phát hiện ra rằng SOD giúp phá vỡ một trong những gốc tự do nguy hiểm hơn, được gọi là superoxide, thành các thành phần nhỏ hơn không gây hại. Quá trình này có thể làm giảm chứng viêm.

 Cơ thể con người không thể tự sản xuất mangan nhưng có thể lưu trữ trong một số cơ quan ( gan, thận, tụy,xương… và bổ sung mangan từ chế độ dinh dưỡng. Đặc biệt khi có tổn thương gân, dây chằng việc bổ sung mangan cũng như các nguồn nguyên liệu quan trọng cho việc tái thiết lập hình thái và cấu trúc của gân, dây chằng là rất cần thiết.

Tài liệu tham khảo:

(1) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6891674/

(2) Prolidase Deficiency /Peter Hechtman/ DOI: 10.1036/ommbid.392

(3) Prolidase-dependent regulation of collagen biosynthesis/A Surazynski 1, W Miltyk, J Palka, J M Phang/ Affiliations expand/ PMID: 18320291 DOI: 10.1007/s00726-008-0051-8)

(4) Nutritional Support for Soft Tissue Healing/ By Margaret E. Taylor, MBBS, BSC, FACNEM/ Journal of Prolotherapy. 2011;3(3):709-713.)

(5) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3185262/

Collagen bò

Bò là một trong những nguồn thực phẩm chứa collagen typ 1 rất dồi dào và dễ chế biến, đặc biệt từ da, xương và cơ bắp.Thành phần bao gồm chủ yếu là collagen loại 1 và 3.

Collagen cá

Collagen có nguồn gốc từ cá đã được tìm thấy và dễ dàng hấp thu. Cá cung cấp chủ yếu collagen loại 1, với các axit amin glycine, proline và hydroxyproline. Hầu hết tập trung ở da cá, đặc biệt ở 1 số loại cá như cá hồi, cá tuyết…

 Collagen trứng

Collagen trứng được tìm thấy trong vỏ và lòng trắng trứng, chứa chủ yếu là collagen loại 1.Đây là một trong những thực phẩm rẻ tiền và tiện lợi trong đời sống hàng ngày. Ngoài ra cũng có loại 3, 4 và 10, nhưng đến nay loại 1 vẫn chứa hàm lượng cao nhất.

Việc bổ sung collagen type I rất tốt và cần thiết cho cơ thể đặc biệt là sự phục hồi của gân và dây chằng. Tuy nhiên trong các thực phẩm thường đi kèm nhiều loại collagen cũng như 1 số thành phần dinh dưỡng khác, đối với những người đang gặp phải chấn thương hoặc là đối tượng nguy cơ như vận động viên thể thao, những người thường xuyên lặp đi lặp lại 1 tư thế vận động cần có một sản phẩm với hàm lượng collagen type I phù hợp cũng như cung cấp thêm các nguyên liệu cần thiết như mucopolyglycan( chondrotin sulfat), vitamin C…để đảm bảo và phục hồi chức năng của gân và dây chằng.

Collagen là một protein đặc biệt cần cho hầu hết các tổ chức trong cơ thể và quá trình sinh tổng hợp collagen phụ thuộc vitamin C. Collagen tập trung nhiều ở da, lợi răng, xương, sụn, khớp, tóc, dây chằng..

Có khoảng 29 loại collagen trong cơ thể, trên 90% collagen trong cơ thể chủ yếu tồn tại ở type 1, 2, 3 và 4 trong đó Collagen type I là loại collagen được tìm thấy nhiều nhất. Collagen type I bao gồm các sợi collagen cấu tạo thành các bộ phận của cơ thể, bao gồm gân, dây chằng, các cơ quan và da (lớp hạ bì). Collagen type I rất quan trọng cho việc chữa lành vết thương, tạo độ co giãn, đàn hồi, và giữ liên kết các mô với nhau. Mỗi một loại mô có thể có 1 hoặc nhiều loại collagen với tỉ lệ khác nhau.

Collagen typ 1 – thành phần thiết yếu cấu tạo nên gân và dây chằng

Collagen typ 1 chiếm tới 95 – 99% collagen trong gân và chiếm 90% collagen trong dây chằng.Phân tử collagen type I dài 300nm, có đường kính 1.5nm và có 3 tiểu đơn vị cuộn gồm: 2 chuỗi α1  và 1 chuỗi α2, mỗi chuỗi này có 1050 amino acid và quấn vào nhau tạo nên cấu trúc xoắn ba về phía bên phải. Chính cấu trúc xoắn này tạo nên độ dẻo dai và tính đàn hồi cho bó sợi collagen cũng như gân và dây chằng. Giúp gân và dây chằng đảm bảo chức năng như một đệm lò so tiếp nối giữa cơ – xương và xương – xương, đảm bảo hoạt động của cơ thể và hạn chế tối đa những chấn thương

Hoạt động của gân phụ thuộc vào hình dạng của collagen. Khi nghỉ ngơi, các sợi và thớ collagen trong gân ở dạng gợn sóng hoặc nếp gấp. Hình dạng này tạo nên phần đệm khiến cho việc kéo dài theo chiều dọc có thể xảy ra mà không gây tổn thương các sợi . Khi các sợi collagen biến dạng, chúng đáp ứng tuyến tính với sức căng tăng lên trên gân. Tuy nhiên sự biến dạng của gân và dây chằng cũng chỉ nằm trong một ngưỡng nhất định:

  (Theo American Family Physician. Sep 1,2005, vol72, No.5: 811-8)

• Nếu kéo dài ~ 4% các sợi sẽ đạt được cấu trúc cũ sau khi áp lực được giải phóng
• Kéo dài > 4% chiều dài gân, các sợi collagen bắt đầu trượt qua nhau vì mất mối liên kết giữa các sợi
• ~ 8% bắt đầu có tổn thương

Đảm bảo cấu trúc, tính đàn hồi của collagen type I cũng có nghĩa là đảm bảo và duy trì chức năng và độ bền dẻo của gân và dây chằng.

∗ Một lưu ý quan trọng là: Các loại collagen khác nhau được cấu tạo từ thành phần axit amin khác nhau không thể chuyển hóa qua lại do đó việc bổ sung đúng, đủ collagen phù hợp với từng cấu trúc trong các mô khác nhau là vô cùng cần thiết và cho hiệu quả tối ưu nhất.

Ví dụ: Muốn tái tạo gân và dây chằng thì bổ sung collagen type I, với sụn, xương khớp cần bổ sung collagen type II, với da cần bổ sung colagen type I và type III…

Cấu trúc của sợi collagen

Phân tử collagen (hay còn gọi là tropocollagen) là một collagen hình trụ dài khoảng  300nm, đường kính 1,5nm.

Nó bao gồm 3 chuỗi polypeptide (α) cuộn lại với nhau. Mỗi chuỗi (α) cuộn lại theo hình xoắn ốc với hướng từ phải sang trái. Ba chuỗi này xoắn lại với nhau theo hướng từ trái sang phải tạo thành đường bộ ba xoắn ốc. Mỗi chuỗi (α) được tạo thành từ khoảng 1000 amino acid. Cấu trúc độc đáo này mang đến cho collagen một cường độ chịu kéo lớn

Thông qua quá trình tạo sợi, các phân tử collagen tổ hợp với nhau hình thành lên các vi sợi (microfibril) hoặc tạo thành sợi (fibril) với số lượng phân tử nhiều hơn. Các sợi collagen này tiếp tục thiết lập tạo lên các sợi lớn hơn và cao hơn nữa là bó sợi.

Sinh tổng hợp collagen trong tế bào

Collagen được tạo ra bởi các nguyên bào sợi, Các nguyên bào sợi có chứa các receptor đặc biệt để nhận biết. Khi các thụ thể kết hợp chính xác với các phân tử tín hiệu (yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi FGF), các nguyên bào sợi bắt đầu sản xuất collagen.
Các nguyên bào sợi ban đầu sản xuất tiểu đơn vị collagen ngắn gọi  là procollagen.

Chúng được vận chuyển ra khỏi các tế bào, giải phóng ra chất nền ngoài tế bào và sau đó kết hợp với nhau để tạo thành các phân tử collagen đầy đủ.

Tiếp theo, các phân tử collagen được thủy phân bởi các enzym ( proteinase) để tạo thành sợi collagen.

Trong suốt quá trình, Vitamin C đóng vai trò như một coenzyme – yếu tố xúc tác các phản ứng diễn ra nhanh và thuận lợi hơn. Nếu không có đủ lượng vitamin C, quá trình hình thành collagen sẽ không đạt hiệu quả tối ưu.

Tổng hợp Collagen xảy ra liên tục trong suốt cuộc đời để sửa chữa và thay thế mô collagen bị hư hỏng hoặc xây dựng cấu trúc tế bào mới. Sự suy thoái và phục hồi của collagen cũ hoặc hư hỏng là một quá trình tự nhiên. Tuy nhiên thời gian đổi mới collagen phụ thuộc vào nhiều yếu tố: độ tuổi, dinh dưỡng,.. tuy nhiên hầu hết quá trình này kéo dài từ 50-100 ngày.

Thời gian tái tạo và phục hồi của gân và dây chằng

Gân và dây chằng thường chịu nhiều loại chấn thương. Có nhiều dạng viêm gân hoặc chấn thương gân do hoạt động lặp đi lặp lại hay vận động quá mức. Những loại chấn thương này thường dẫn đến viêm và thoái hóa hoặc làm suy yếu các gân, cuối cùng có thể dẫn đến rách hoặc đứt gân.

Quá trình sinh lý đổi mới gân và dây chằng diễn ra rất phức tạp và cần nhiều thời gian. Hoạt động chuyển hóa của gân tương đối hạn chế và thấp hơn mô xương do có ít mạch máu nuôi dưỡng nhằm tăng tạo năng lượng theo con đường kị khí để phù hợp với khả năng chịu đựng lực , duy trì được áp lực trong thời gian dài do vậy giảm nguy cơ thiếu máu và hoại tử trong gân, dây chằng. Mức độ tiêu thụ oxy ở mức thấp, nhỏ hơn 7,5 lần so với mô xương.

Ngoài ra quá trình đổi mới của sợi collagen – nguyên liệu chính cấu tạo nên gân và dây chằng  kéo dài từ 50-100 ngày khiến cho tốc độ hồi phục của gân sau tổn thương chậm hơn so với các cơ khác,có thể kéo dài từ 3 tháng tới 1 năm hoặc hơn.

Bên cạnh đó tốc độ chuyển hóa trong gân cũng phụ thuộc chức năng của mỗi gân: thường cao hơn ở các gân phải chịu tải trọng cao như cơ xoay ; thấp hơn nhiều ở các gân như cơ 2 đầu ở cẳng tay do đó thời gian phục hồi của môi gân ở các vị trí khác nhau là khác nhau.

Do vậy việc bảo vệ và phòng ngừa chấn thương nói chung và đặc biệt với gân, dây chằng nói riêng là hết sức cần thiết.

Nhắc lại một chút về các thành phần và tỉ lệ của chúng trong cấu tạo của sợi cơ gân, dây chằng:

Khối lượng khô của các gân bình thường, chiếm khoảng 30% tổng khối lượng của chúng, bao gồm khoảng 86% collagen, 2% elastin, 1-5% proteoglycan và 0,2% các thành phần vô cơ như  đồng, mangan và canxi. Cùng tìm hiểu các vai trò của 3 thành phần chính quan trọng nhất nhé

1, Collagen typ 1:

Gân và dây chằng là một mô mềm được cấu tạo từ collagen. Bắt đầu từ các phân tử collagen tạo thành các vi sợi collagen,liên kết thành sợi collagen, tiếp tục liên kết tạo thành các sợi collagen thứ cấp (bó sợi nhỏ), các bó sợi nhỏ hợp thành các bó sợi lớn hơn, cuối cùng các bó sợi lớn được bao trong bao gân để tạo thành gân thực sự. Nói cách khác gân và dây chằng chính là tập hợp các bó sợi collagen được liên kết với nhau để tạo nên sự bền chặt của gân. Collagen chiếm khoảng 86% khối  lượng khô của gân ( khối lượng không bao gồm các chất, dịch tế bào) có đặc tính dai, bền và là thành phần quan trọng bậc nhất trong cấu tạo của gân và dây chằng.

Có  khoảng 29 loại collagen trong cơ thể với nhiều vai trò khác nhau, phổ biến nhất là collagen typ , typ 3, typ 2 và typ 5. Trong gân có tới 97-98% là collagen Typ 1 còn trong dây chằng là  80-85%, phần nhỏ còn lại bao gồm các collagen khác như collagen typ 2, typ 3…

Collagen typ 1 mang lại sức mạnh và độ mềm dẻo giúp gân và dây chằng thực hiện chức năng như một đệm lò so tiếp nối giữa cơ – xương và xương – xương, đảm bảo hoạt động của cơ thể và hạn chế tối đa những chấn thương.

Bổ sung collagen typ 1 giúp cung cấp nguyên liệu chính để tái tạo lại gân và dây chằng, đặc biệt đối với những người gặp phải chấn thương khi vận động, chơi thể thao hay thoái hóa gân, dây chằng ở người già.

2,  Glucosaminglycan ( mucopolysachcharides) và proteoglycan:

Glucosaminglycan (GAGs) là polysaccharide còn được gọi là đường amino (đường nối với protein) phổ biến nhất trong gân và dây chằng là chondroitin sulfat và dermatan sulfat.

Proteoglycan liên kết với một hoặc nhiều chuỗi glycosaminoglycan (GAGs) bằng liên kết cộng hóa trị  tạo thành các chuỗi dài mang điện tích âm, chúng kết hợp với các sợi collagen mang điện tích dương tạo nên một cấu trúc bền vững và ổn định, giúp tổ chức các sợi collagen nhỏ thành các sợi lớn hơn và thành phiến collagen. Glucosaminglycan và proteoglycan ảnh hưởng trực tiếp đến đường kính các sợi collagen do đó cũng ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng cơ học của collagen như độ đàn hồi, độ bền, dẻo dai…

Sự tương tác này có vai trò quan trọng trong hồi phục các sợi collagen về vị trí ban đầu của chúng sau khi áp lực trên gân được giải phóng, do đó là thành phần không thể thiếu trong cấu trúc gân và dây chằng.

Ngoài ra còn có Elastin là một protein chiếm tỉ lệ khá ít (1-2%) trong gân, giống như collagen, elastin là một protein dạng sợi nhưng có cấu trúc hoàn toàn khác biệt. Trong khi collagen có đặc tính dẻo dai và chịu lực tốt, elastin có tính dãn nở và đàn hồi cao góp phần tạo lên tính co giãn và linh động cho gân.

Trong các sản phẩm chăm sóc và phục hồi chức năng gân và dây chằng, sự phối hợp giữa collagen typ 1 và mucopolysaccharid được coi là nguồn nguyên liệu chính cho sinh lý tái tạo lại gân và dây chằng. Ngoài ra thành phần vitamin C cũng thường được bổ trợ thêm do vitamin C giúp kích thích sinh tổng hợp collagen diễn ra nhanh hơn (vitamin C được coi là một coenzyme thiết yếu trong sinh tổng hợp collagen.)