Theo thông lệ, gân đã được coi là một cơ chế mà cơ bắp kết nối với xương cũng như cơ bắp, hoạt động để truyền lực. Kết nối này cho phép các dây chằng điều chỉnh lực thụ động trong quá trình vận động, cung cấp sự ổn định bổ sung mà không có công việc hoạt động. Tuy nhiên, trong hai thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu tập trung vào tính chất đàn hồi của một số gân và khả năng hoạt động của chúng như lò xo. Không phải tất cả các sợi buộc đều được yêu cầu để thực hiện vai trò chức năng tương tự, với một số chân tay định vị chủ yếu, chẳng hạn như các ngón tay khi viết (gân vị trí) và những người khác hoạt động như lò xo để làm cho vận động hiệu quả hơn (sợi lưu trữ năng lượng).[16] Năng lượng lưu trữ gân có thể lưu trữ và phục hồi năng lượng ở hiệu quả cao. Ví dụ, trong một bước đi của con người, gân Achilles trải dài như khớp cánh chân khớp. Trong phần cuối cùng của sải chân, khi chân cây bị uốn cong (chỉ các ngón chân xuống), năng lượng đàn hồi được lưu trữ được giải phóng. Hơn nữa, bởi vì gân trải dài, cơ có thể hoạt động với ít hoặc thậm chí không có thay đổi về chiều dài, cho phép cơ tạo ra lực lớn hơn.

Các tính chất cơ học của gân phụ thuộc vào đường kính và hướng của sợi collagen. Các sợi collagen là song song với nhau và đóng chặt chẽ, nhưng cho thấy một làn sóng giống như xuất hiện do uốn lượn phẳng, hoặc xếp nếp, trên quy mô của một vài micromet.[17] Trong gân, các sợi collagen có một số tính linh hoạt do thiếu hydroxyproline và dư lượng proline tại các vị trí cụ thể trong trình tự axit amin, cho phép hình thành các sự phù hợp khác như uốn cong hoặc vòng trong xoắn ba và dẫn đến sự phát triển của lắn xếp nếp.[18] Những sợi nhỏ trong các sợi collagen cho phép các dây chằng có độ dẻo dai cũng như độ cứng nén thấp. Ngoài ra, bởi vì gân là một cấu trúc đa sợi được tạo thành từ nhiều sợi nhỏ và fascicles độc lập một phần, nó không hoạt động như một thanh duy nhất, và tính chất này cũng góp phần vào tính linh hoạt của nó.[19]

Các thành phần proteoglycan của gân cũng quan trọng đối với các tính chất cơ học. Trong khi các sợi collagen cho phép các dây chằng chống lại ứng suất kéo, các proteoglycans 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 sưng cao. Vì chúng không liên kết với các sợi nhỏ, chúng có thể liên kết ngược lại và tách rời nhau để các cầu nối giữa các sợi nhỏ có thể bị phá vỡ và cải cách. Quá trình này có thể liên quan đến việc cho phép sợi fibril kéo dài và giảm đường kính dưới sự căng.[20] Tuy nhiên, các proteoglycans cũng có thể có vai trò trong tính chất kéo của gân. Cấu trúc của gân có hiệu quả là một vật liệu sợi tổng hợp, được xây dựng như một loạt các cấp độ phân cấp. Ở mỗi cấp của hệ thống phân cấp, các đơn vị collagen được liên kết với nhau bởi các liên kết collagen hoặc các proteoglycan, để tạo ra một cấu trúc có khả năng chống chịu tải trọng cao.[21] Độ giãn dài và sự căng thẳng của các sợi collagen một mình đã được chứng minh là thấp hơn nhiều so với tổng độ giãn dài và căng thẳng của toàn bộ gân dưới cùng một mức độ căng, chứng minh rằng ma trận giàu proteoglycan cũng phải trải qua biến dạng, và làm cứng của ma trận xảy ra ở tốc độ biến dạng cao.[22] Biến dạng của ma trận không collagen này xảy ra ở tất cả các cấp của hệ thống phân cấp gân, và bằng cách điều chỉnh tổ chức và cấu trúc của ma trận này, các đặc tính cơ học khác nhau theo yêu cầu của các gân khác nhau có thể đạt được.[23] Năng lượng lưu trữ gân đã được hiển thị để sử dụng số lượng đáng kể trượt giữa fascicles để cho phép các đặc tính căng cao mà chúng yêu cầu, trong khi gân vị trí dựa nhiều hơn vào trượt giữa sợi collagen và sợi.[24] Tuy nhiên, các dữ liệu gần đây cho thấy rằng các gân lưu trữ năng lượng cũng có thể chứa các hạt xoắn bị xoắn hoặc xoắn ốc - một sự sắp xếp có lợi cho việc cung cấp hành vi giống như lò xo cần thiết trong các gân này.[25]

Cơ học

Bó gân có cấu trúc nhớt đàn hồi, có nghĩa là chúng thể hiện cả hai hành vi đàn hồi và nhớt. Khi kéo dài, gân biểu hiện hành vi "mô mềm" điển hình. Đường cong lực kéo giãn hoặc căng thẳng bắt đầu với một vùng có độ cứng rất thấp, khi cấu trúc uốn thẳng và các sợi collagen sắp xếp cho thấy tỷ lệ Poisson âm trong các sợi của gân.[26] Gần đây hơn, các xét nghiệm được thực hiện trong cơ thể (qua MRI) và ex vivo (thông qua thử nghiệm cơ học của các mô gân khác nhau) đã chỉ ra rằng gân khỏe mạnh có tính dị hướng cao và biểu hiện tỷ lệ Poisson âm (auxetic) trong một số mặt phẳng khi kéo dài đến 2 % dọc theo chiều dài của chúng, tức là trong phạm vi chuyển động bình thường của chúng.[27] Sau khu vực 'chân' này, cấu trúc trở nên cứng hơn đáng kể và có đường cong ứng suất tuyến tính cho đến khi nó bắt đầu thất bại. Các tính chất cơ học của gân rất khác nhau, vì chúng phù hợp với các yêu cầu chức năng của dây chằng. Các gân chứa năng lượng có xu hướng đàn hồi hơn, hoặc ít cứng hơn, vì vậy chúng có thể dễ dàng lưu trữ năng lượng hơn, trong khi các gân định vị cứng hơn có khuynh hướng dẻo hơn và ít co giãn hơn, do đó chúng có thể điều khiển chuyển động tốt hơn. Một gân lưu trữ năng lượng điển hình sẽ thất bại trong khoảng 12-15% căng thẳng, và một sự căng thẳng trong khu vực 100-150 MPa, mặc dù một số gân đáng chú ý là có thể mở rộng hơn điều này, ví dụ như kỹ thuật uốn cong trên con ngựa, trải dài trong vượt quá 20% khi phi nước đại.[28] Các gân có thể thất bại ở các chủng thấp tới 6-8%, nhưng có thể có giá trị tuyệt đối trong khoảng 700-1000 MPa.[29]

Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng gân phản ứng với những thay đổi trong tải cơ học với quá trình tăng trưởng và tu sửa, giống như xương. Đặc biệt, một nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng gân Achilles ở chuột làm giảm độ dày trung bình của các bó sợi collagen bao gồm gân. Ở người, một thí nghiệm trong đó mọi người phải chịu một môi trường vi mô mô phỏng đã thấy rằng độ cứng gân giảm đáng kể, ngay cả khi các đối tượng được yêu cầu thực hiện các bài tập hồi sức.[30] Những tác động này có ý nghĩa trong các lĩnh vực khác nhau, từ điều trị bệnh nhân nằm liệt giường đến việc thiết kế các bài tập hiệu quả hơn cho các phi hành gia.

Chữa bệnh