Kollagen

Kollagen är ett protein i den extracellulära matrixen och det finns många olika typer av kollagen (2013 hade man identifierat 28 olika typer, men för flera av dessa finns än så länge liten kunskap om vad de har för specifika uppgifter).

Näst efter vatten är kollagen den vanligaste komponenten i bindväv. Kollagen utgör ca 30% av kroppens protein.

De viktigaste kollagentyperna är typ I, II, III och IV, vilka svarar för ca 95% av allt kollagen. Typ I är den vanligaste typen hos däggdjur och den finns rikligt i bland annat fascia men även i benvävnad.

80 – 90% av allt kollagen är typ I, men även typ III finns det gott om i fascia. Typ II är den dominerande typen i brosk.

Det kollagen som finns i vår bindväv bildas av fibroblaster, som är speciella celler i bindväven. I broskvävnad bildas kollagenet av kondroblaster och i benvävnaden av osteoblaster.

Omsättningstiden för kollagenfibrer är normalt 300 – 500 dagar, alltså ca 1 – 1,5 år, och produktionen kan stimuleras och ökas genom återkommande sträckning och belastning som stimulerar fibroblasterna.

Kollagenets uppbyggnad

Kollagenmolekylen är uppbyggd av tre långa proteinkedjor (var och en vänsterroterade i en s k alphahelix). Varje proteinkedja består av ca 1000 aminosyror, bland annat den essentiella aminosyran lysin.

Dessa tre vänsterroterade proteinkedjor är i sin tur snurrade runt varandra åt höger till en s k trippelhelix, likt ett rep. Detta ”rep” utgör den egentliga kollagenmolekylen. Den har en längd av ca 280 nm och en diameter på ca 1,5 nm. Molekylen produceras inuti cellernas endoplasmatiska nätverk och transporteras därefter ut till ECM.

I ECM binds flera sådana kollagenmolekyler därefter samman till mikrofibriller eller subfibriller. Därefter viras flera subfibriller ihop till en spiral som blir en kollagenfibrill. Diametern på dessa kollagenfibriller är nu 10 – 300 nm.

Kollagenfibrillerna kan sedan i sin tur fortsätta att viras ihop på olika sätt för att bilda kollagenfibrer, t ex av typ I eller typ III, eller några få andra typer av kollagenfibrer.

Alla kollagentyper bildar inte fiberstruktur utan endast fibriller, t ex typ II, som finns i brosk. I senor och ligament viras kollagenfibrerna återigen runt varandra till ännu starkare fiberbuntar, mestadels typ I.

Spiralsnurran i kollagen går alltid åt vartannat håll, en vänstersnurrad helix följs av en högersnurrad som följs av en vänstersnurrad osv.

Då fibern utsätts för dragkraft sammanflätas spiralerna och stabiliteten ökar. Denna konstruktion ger kollagenfibrerna en enorm styrka och draghållfasthet på 500 – 1000 kg/cm2, vilket är starkare än stål!

För att ytterligare stabilisera och göra kollagenet starkare finns det också tvärbindningar mellan proteinkedjorna i kollagenmolekylen för att begränsa rörligheten mellan kedjorna (tvärbindningar mellan olika aminosyror som ingår i kedjorna).

Utan dessa tvärbindningar skulle molekylerna glida förbi varandra vid belastning och fibrerna skulle inte ha någon styrka. Beroende på typ av kollagen (t ex I eller III) så är fibrillerna olika hårt bundna, typ I är t ex starkare än typ III.

Tvärbindningarna är ett resultat av biokemiska bindningar mellan vissa aminosyror i proteinkedjorna, och C-vitamin är en viktig faktor för att skapa bindningarna. Därför är C-vitamin viktigt för att få tillräckligt starkt kollagen och därmed också stark bindväv.

Den tredimensionella konstruktionen av kollagenmolekylerna som bildar fibriller och fibrer är anpassad efter den belastning de utsätts för. Deformering och förändringar i vävnadens form leder till förändringar i elektrisk spänning. Detta kallas piezoelektricitet, då molekylerna omvandlar mekanisk deformering till elektrisk laddning. Molekyler utnyttjar denna piezoelektriska aktivitet för att forma och organisera vävnadens uppbyggnad.

Om belastningen alltid är orienterad i samma riktning ligger kollagenfibrerna ordnade i kraftens längdriktning och löper parallellt. Detta är fallet vid regelbunden fast bindväv, som senor och ligament.

Då belastningen på vävnaden istället kommer från olika håll, leder det till ett nätformat fackverk av korsande kollagenfibrer. Detta kallas istället oregelbunden fast bindväv som vi hittar i t ex ledkapslar, fascia, intramuskulär och intraneural bindväv. Mellan de korsande fibrerna finns grundsubstans med en stor mängd bundet vatten och hyaluronsyra som bidrar till friktionsfri rörelse mellan fibrerna.

Stel bindväv

Tvärbindningarna ändras i struktur och antal under uppväxt och vuxen ålder och bindväven blir stelare, det tillhör den naturliga utvecklingen och åldrandet.

Vid skada eller sjukdom ändrar grundsubstansens densitet och sammansättning, får en högre viskositet och blir därmed mer trögflytande och innehåller mindre mängd vatten. Det här får kollagenfibrerna att hamna tätare intill varandra och de kan då bilda extra, s k patologiska tvärbindningar, vilket hindrar kollagennätverket att veckla ut sig, och gör bindväven stelare, vilket då påverkar bindvävens mekaniska egenskaper. Mat och vår livsstil kan påverka bildningen av tvärbindningar, t ex ökar mängden tvärbindningar av tobak, sockerrik mat och stress.

Periodiskt återkommande sträckning av bindväven gör att fibroblasterna trycks till och stimuleras att öka syntesen av enzymet kollagenas (upp till 200% ökning). Kollagenas bryter ner de patologiska bindningarna (Carano & Siciliani 1996).

En avspänd vävnad har normalt kollagenfibriller och fibrer formade som ett nätverk. Detta hindrar vävnaden att reagera för snabbt och kraftigt på en belastning. Ju kraftigare belastning vävnaden utsätts, ju snabbare och kraftigare reaktion i vävnaden.

Fascians anatomi & fysiologi