Naha ja pärgamendi omadused

Naha üldised omadused

Pärgamendi kahjustusi on lihtsam määratleda ja seisundit analüüsida, kui teada naha omadusi. Nahal on kihiline struktuur ja kihiti on naha omadused erinevad.

Põhistuktuurilt on imetajate nahad omavahel sarnase kiulise struktuuriga.

Imetajate naha ristlõikes on selgelt eristatavad kolm erinevate omadustega kihti: epidermis, derma ja subkuutis. Lihtsustatud skeemid (Ill 1–4) aitavad selgitada naha struktuuri.

Toornahk, mida kasutatakse pärgamendi valmistamiseks, sisaldab algselt keskmiselt 64% vett, 33% proteiine, 2% rasva, 0,5% mineraalsoolasid ja 0,5% teisi aineid (pigmendid jm).

Proteiinid omakorda sisaldavad 0,3% elastiini, 29% kollageeni, 2% keratiini ja 1% mittestruktuurseid proteiine (albumiin, globuliin). Kolmes visuaalselt hästi eristatavas naha kihis on nimetatud ainete sisaldus erinev. Kõige kollageenirikkam ala nahas on derma, kõige keratiinirikkam epidermis ja kõige rasvarikkam subkuutis.

Naha kihtides on erinev ka vere- ja lümfisoonte paiknevuse võrgustik ja veresoonte suurus (Ill 3)

 

Epidermis e marrasknahk (ingl epidermis) on naha väline pind ja koosneb põhiliselt proteiin keratiinist, mis kaitseb naha alumisi kihte väliskeskkonna mõjutuste eest. See on karvanääpsude, higi- ja rasunäärmete ala. Epidermis on naha alumise kihiga seotud veresoonte, nahakudede ja karvade abil. Selle kihi paksus võib ühel isendil keha eri piirkondades varieeruda kümneid kordi. Näiteks võib epidermise paksus olla 0,05 mm silmade piirkonnas ja kuni 1,5mm jäsemete piirkonnas. Epidermis koosneb omakorda kuuest elusale organismile olulisest funksionaalsest kihist (Ill 4).
 
Alates alumisest kihist on nende ladinakeelsed nimetused: stratum basale, stratum spinosum, stratum granulosum, stratum licidum, stratum corneum. Pealmine kiht, stratum corneum e sarvkiht on surnud rakkudega tahket keratiini sisaldav ala. Alumises kihis (stratum basale), toimub uute rakkude moodustumine. Selleks vajalikud toiteained jõuavad sellesse kihti derma veresoonestiku kaudu. Selles kihis moodustavate rakkude eluiga on ligikaudu kaks nädalat.
 
Derma e pärisnahk (ingl dermis) on tiheda kollageenikiudude võrgustikuga ala. Selle ala kiulise struktuuri moodustavad üksteisega tihedalt põimuvad kollageenikiudude kimbud (Ill 1, 2). Olenevalt looma liigist, toitumusest ja vanusest võib derma paksus ulatuda 1–3 mm.
 
Derma koosneb kahest visuaalselt eristatavast kihist: karvanääpsude, higi ja rasunäärmete alast (ingl papillary layer, grain layer) ja tiheda kollageenikiudude võrgustikuga alast (ingl reticular layer, fiber layer, corium).
 
Lisaks eristatavatele kihtidele sisaldab derma kolme tüüpi erinevate omaduste ja funktsionaalsusega kudet, mis on jaotunud dermas mitte kihiti, vaid läbi kogu kiuvõrgustiku. Need on naha tugevust määrav kollageen, painduvust ja elastsust määrav elastiin ja kudede võrgustikku loov proteiine sisaldav kude.
 
Derma pindmine kiht, vere- ja lümfisoonte, karvanääpsude, higi- ja rasunäärmete ala (ingl grain layer) on suure imendumisvõimega ja sellest tulenevalt ka keemiliselt ebastabiilne. Kahte kihti eraldav piiriala (ingl junction of grain and corium: hyaline layer) on ümbritsevate kihtidega keemiliselt nõrgalt seotud ja sellepärast on naha töötlemisel epidermist kerge mehaaniliselt eemaldada koos karvade ja vere-, lümfisoonte võrgustikuga. Seda protseduuri nahkade töötlemisel nimetatakse naha lõhestamiseks (ingl splitting).
 
Kiud ja kiukimbud on omavahel eraldatud kiududevahelise ainesega. Kiuvõrgustiku paksus, kiudude läbimõõt ja orientatsioon on määrava tähtsusega naha tugevuse ja painduvuse määramisel. Derma pindmistes kihtides on kiudude läbimõõt väiksem ja nende orientatsioon naha välispinna suhtes erinev võrreldes derma alumise kihiga. Kiuline struktuur on hästi nähtav skanniva elektronmikroskoobiga Tallinna tehnikaülikooli materjaliuuringute teaduseskuses tehtud fotodel (Ill 5, 6).
 
Subkuutis e alusnahk e nahaalune kude (ingl subcutaneous layer, flesh) koosneb põhiliselt rasvast. See kiht on terve loomanaha ulatuses ebaühtlaselt jaotunud ja nõrga struktuurse ülesehitusega. Naha töötlemisel eemaldatakse see kiht mehaaniliselt.
Pärgamendi valmistamisel töödeldakse ja lihvitakse toornahka kahepoolselt selliselt, et pärgament moodustuks põhiliselt tiheda kollageenikiudude võrgustikuga dermast, kollageeni sisaldusega ligi 95%. Pärgamendi omadused sõltuvad suuresti sellest, millisest derma osast on pärgament valmistatud.
 
Kui pärgamendi valmistamisel on maha lihvitud rohkem derma alumist poolt, jättes alles pealmise kihi, milles on kollageenikiud peenemad, siis jääb pärgamendi pind läikivam ja mehaaniliselt tugevam. Kui aga maha lihvitud on rohkem derma pealmist kihti ja alles jäetud derma alusnahapoolne pehmem, jämedama kiulise struktuuriga ala, siis on saadud pärgament pehme sametise pinnaga.
 
Pärgamendi seisundi ja kahjustuste määratlemisel on oluline teada, et pärgamendi struktuur on hierarhilise üleehitusega ja sisaldab kollageeni. Kollageen on valk, kõrgmolekulaarne ühend, mille monomeerideks on omavahel peptiidsidemetega ühinenud erinevad aminohapped.
 
Pärgamendi kiuline struktuur on korraldatud kiukimpudena, fibrillidena (diameetriga 250–500 nm), mis on moodustunud mikrofibrillidest vesiniksidemete, kovalentsete sidemete ja soolade abil (Ill 5). Kollageeni mikrofibrillid on kollageenimolekulidena erakordselt pikad (ca 300 nm) võrreldes nende ristläbilõikega (1,4 nm), sisaldades ühe molekuli ahelas ca 1000 üksust.
 
Pärgamendi kiulise struktuuri algosaks on tropokollageeni molekulid (Ill 1). Kollageeni kui valgu molekulaarne struktuur tekib kolme polüpeptiidide ahela (s.o peptiidsidemete abil üksteisega seotud aminohapete) erilisel kokkupakkimisel keerdunud vasakukäelisteks spiraalideks, α-heeliksiteks. Need keerdunud molekulid omavahel põimudes moodustavad kolmikspiraalse paremakäelise superheeliksi struktuuriga tropokollageeni. Selline hierarhiline struktuur annab kollageeni molekulidele suure stabiilsuse ja tugevuse.
 
Kolmikspiraalne tropokollageeni struktuur on pärgamendi kiulise hierarhilise struktuuri põhiüksus. Peamised kolmikheeliksit koos hoidvad jõud on vesiniksidemed kolmikheeliksi vahel ja kovalentsed ristsidemed külgnevate aminohapete molekulidega (Ill 2). Kollageeni pikad molekulid on ¼, s.o ca 67 nm ulatuses oma pikkusest asetunud ülestikku üksteisele nn ülekandega. Mikrofibrillid asetuvad fibrillis ülekande kindla perioodilisusega (d). Sellised kindla perioodilisusega korduvad ülekandealad on kiudude uurimisel elektromikroskoobiga tumedate triipudena hästi nähtavad (Ill 1,2).
 
Kokkuvõttes tähendab pärgamendi kiulise struktuuri hierarhiline ülesehitus seda, et tropokollageeni molekulidest moodustuvad mikrofibrillid. Mikrofibrillidest moodustub fibrill ning fibrillidest omakorda kollageenikiud ja -kiudude kimbud (Ill2).
 
Pärgamendi struktuurne ülesehitus ja keemilised omadused on omavahel tihedalt seotud.
 
Tänu pärgamendi hierarhilisele ülesehitusele võivad kollageenikiud olla väga vastupidavad vananemisele. Kollageenimolekuli tugevus tuleneb vesiniksidemetest ahelate vahel ja ristsidemetest molekulis ja mikrofibrillides. Selline struktuurne stabiilsus säilub seni, kuni puuduvad põhjused kolmikheeliksi struktuuri lagunemiseks. Põhjuseid struktuuri lagunemiseks võib olla mitmeid (E. Keedus, Pärgamendikollektsiooni konserveerimine ja säilitamine Ajalooarhiivis. Magistritöö. Tartu 2006).
 
Kolageenikiudude tasemel läbi viidud uuringud kinnitavad pärgamendi omaduste ebastabiilsust väliskeskkonna mõjutuste suhtes. Liigne niiskus, soojus, kiirgus, keskkonnasaaste jm keemilised mõjutused aitavad kaasa kolmikheeliksi struktuuri ja hierarhilise ülesehituse lammutamisele.
 
Näiteks vee ja soojuse toimel kollageenikiud punduvad ja lühenevad ja kolme peptiidahelat kooshoidvad vesiniksidemed katkevad. Vabanenud peptiidahelad moodustavad teisi, vähem korrastatud struktuure, näiteks želatiini. Kollageenikiududes moodustuv želatiin on erineva pikkusega polüpeptiidahela osade suspensioon vees, mis mähkub kiudude ümber ja muudab sel viisil kiulise tekstuuri kiuliselt vähem eristuvaks. See pärgamendis toimuv muutus on visuaalselt hästi jälgitav pinnal eristuva klaasja alana, mis on želatiinistumise e pärgamendi degradeerumise otsene tunnus.
 
Ajalooliste pärgamentürikute seisundi halvenemine viitab eelkõige pärgamendi keemiliste omaduste muutustele, millega kaasnevad pöördumatud struktuursed muutused. Vähem on uuritud, kuidas mõjutavad ajaloolise pärgamendi omaduste stabiilsust pärgamendis sisalduvad mittekollageensed koostisosad. Näiteks lipiidid, mis on estrilise ehitusega naha koostisesse kuuluvad mittepolaarsed biomolekulid ja mis vees ei lahustu.
 
Lipiidide hulka kuuluvad rasvad, õlid, vahad jt. Asjaolu, et lipiidid vees ei lahustu, muudab nende täieliku eemaldamise pärgamendi valmistamisel, mis toimub niiskes keskkonnas või vees, problemaatiliseks. Pärgamendi valmistamisel eemaldatakse tavaliselt, pärast karvkatte eemaldamist, rasvad mehaaniliselt, kraapimisega. Rasvade eemaldamine on aga raskendatud juhul, kui ei eemaldata täielikult derma pindmist kihti (ingl grain layer) koos seda kihti läbivate karvaaukudega, mis moodustavad sügavale kaldu ulatuvaid süvendeid (Ill 3,3a). Nendest süvenditest on nii rasvade kui ka teiste pärgamendi töötlemise jääkide eemaldamine raske. Pärgamendi omaduste degradeerumine e želatiinistumine algabki sageli nendest karvaaukudest.
 
Viimaste aastate uuringud kinnitavad lipiidide oksüdatsiooni otsest mõju pärgamendi degradeerumisele (C. Ghioni, jt. Evidence of a distinct lipid fraction in historical parchments: a potential role in degradation?, 24.03.2016; A. Mozir jt., An Oxidative Degradation of Parchment and its Non-destructive Characterization and Dating, Appl.Phys. A 104 (2011), pp. 211–217).
 
Uuringute tulemusena on selgunud, et mida suurem on ajaloolistes pärgamentides lipiidide sisaldus, seda rohkem on pärgament degradeerunud. Lipiidide sisaldus pärgamendis võib olla põhjustatud pärgamendi valmistamise protseduuride läbiviimisest, keskkonna bakteriaalsest mõjust, konserveerimisest või ka hilisemast ürikute käsitsemisest.
 
Põhjusel, et želatiinistumine võib olla seotud pindmises kihis olevate karvaaukudega, muudab oluliselt ka pärgamendi välisilmet. Pärgamendi pinnal karvaaugu piirkonnas on pärgament sellisel juhul oluliselt kollasem ja naha pinnal on karvaaukude muster sellest tulenevalt selgelt eristatav.
 
Kui pärgamendi valmistamise viis on olnud selline, et osa pindmisest, karvanääpsude alast (ingl grain layer), on jäetud alles, siis on võimalik karvaaukude mustri järgi looma liiki identifitseerida. Karvaaukude järgi looma liigi kindlakstegemiseks on soovitatav kasutada metoodilisi abimaterjale: Helpfile — Parchment Assessment Report / IDAP March 2009; Conservation of Leather and Related Materials, M. Kite, R. Thomson. Oxford, 2006.
 
Pärgamendi puhul on karvaukude mustri järgi looma liiki raskem määrata kui pargitud naha puhul ja nõuab sageli ekspertide abi. Seda põhjusel, et karvaaukudega pindmine nahakiht on pärgamendi valmistamisel suures osas maha lihvitud ja venitamine on moonutanud karvaaukude mustrit pinnal.
 
Illustratsioonidel 4,4a ja 5, 5a on toodud võrdlevalt ühe ja sama loomaliigi puhul pinnal nähtav karvaaukude muster pargitud naha ja degradeerunud ajaloolise pärgamendi puhul (Codex Sinaticus, 24.03.2016 ).
 
Igale imetajaliigile on tema nahal ja sellest tulenevalt ka pärgamendil järgmised iseloomulikud tunnused:
  • karvaaukude spetsiifiline muster
  • kollageenikiudude läbimõõt
  • heeliksite ruumiline asetus
  • naha tihedus
  • naha kolme kihi (epidermisdermaalusnahk) erinev struktuur ja paksus.

 
Need tunnused määravad naha füüsilised ja keemilised omadused. Nii näiteks on kitsenahk tänu oma struktuurile mehaaniliselt tugevam kui lambanahk.
 
Ühe ja sama imetajaliigi puhul on suured erinevused vanade ja noorte loomade naha vahel.
 
Nahk ei ole üle kogu loomakere homogeenne materjal. Ühe looma nahk turja piirkonnas erineb kõhuäärse piirkonna naha struktuurist nii tiheduse, keemilise koostise, üldpaksuse kui ka kolme alakihi (epidermis, derma, subkuutis) paksuse poolest.
 
Samuti tasub teada, et naha pinnalaotusel on ühel imetajal nii naha kiuline struktuur kui ka kiudude orienteeritus lokaalselt erinev,  ill.5 (Parchment. The physical and chemical charecteristics of parchment and the materials used in its conservation, B.H. Haines, 1999).
 
Joonisel 10 toodud nahakiudude erineva orienteerituse suundades toimub naha venimine või kokkutõmbumine kergemini. Seda on oluline teada nii nahast esemete valmistamisel kui ka pärgamendi säilitamisel. Naha keskmises osas A on kiudude eri suundades ühesuguse orienteerituse tõttu nahk venitatav eri suundades peaaegu võrdselt. Kui aga pärgamendileht on nahast välja lõigatud selliselt, et ürik sisaldab oma pinna ulatuses erineva orienteeritusega alasid A, B, C, D, siis on ka suurem tõenäosus algselt tasapinnalise pärgamendi deformeerumiseks keskkonnatingimuste muutumisel (niiskus, temperatuur).
Kokkuvõte

Kokkuvõttes on oluline teada naha ja pärgamendi omadustest järgmist:

  • Pärgamendi kahjustuste määratlemisel on suureks abiks naha omaduste tundmine.
  • Kõrgeima kvaliteediga pärgamendi valmistamiseks tuleb eelistada noorlooma nahka.
    Õhukest, elastset ja hästi säilivat pärgamenti, vellumit, valmistatakse veel sündimata või vastsündinud talle ja vasika nahast.
  • Hea kvaliteediga, hästi säiliv pärgament on kahelt poolt mehaaniliselt töödeldud ja koosneb põhiliselt ülipeente veresoontega derma kõige kollageenirikkamast (üle 95% kollageeni) ja tiheda kollageenikiuvõrgustikuga alast (ingl reticular layer, fiber layer, corium).
  • Väikseim tõenäosus hilisemaks pärgamendi deformeerumiseks on nendel pärgamendilehtedel, mis on naha välja lõigatud nii, et välja jäävad jäsemete (Ill 10, D-ala) ja kõhuäärsed piirkonnad (B-ala).
  • Pärgamendi kahjustumine ja degradeerumine on pöördumatu juhul, kui hävib pärgamendi hierarhiline struktuur.