มูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน

เล่มที่ 8

กายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยา

สามารถแชร์ได้ผ่าน :

ระบบการเคลื่อนไหวและกล้ามเนื้อ

ระบบการเคลื่อนไหวของร่างกายอาศัยการทำงานของ กล้ามเนื้อลายเป็นตัวออกแรงทำงาน โดยอาศัยกระดูกเป็นคาน และข้อต่อเป็นจุดหมุน (fulcrum) กล้ามเนื้อในร่างกายมีอยู่ ๓ ชนิด คือ

๑. กล้ามเนื้อลาย
๒. กล้ามเนื้อเรียบ
๓. กล้ามเนื้อหัวใจ

การทำงานของกล้ามเนื้อคือการหดตัวและได้แรงงาน ออกมา โดยทั่วไปกล้ามเนื้อลายทำงานโดยการดึงกระดูกให้ เคลื่อนที่เชิงมุม (angular motion) โดยมีข้อต่อเป็นจุดหมุน นอกจาก กล้ามเนื้อของลิ้นซึ่งทำงานเคลื่อนที่ทางตรง (linear motion) ได้

ลักษณะกล้ามเนื้อในร่างกาย

(ก) กล้ามเนื้อหัวใจ
(ข) กล้ามเนื้อเรียบ
(ค) กล้ามเนื้อลาย

งานที่ได้จากกล้ามเนื้อลาย = แรงดึง x ระยะทาง ส่วนกล้ามเนื้อเรียบและกล้ามเนื้อหัวใจประกอบเป็นผนัง ของอวัยวะกลาง งานที่ทำได้จึงเกิดจากการเปลี่ยนความดันและ ปริมาตรเป็นส่วนใหญ่

กล้ามเนื้อลาย

นับได้ว่าเป็นอวัยวะที่ใหญ่ที่สุดและมีอยู่ถึงร้อยละ ๔๐ ของน้ำหนักตัว กล้ามเนื้อทั้งมัดประกอบด้วยหลายมัดย่อย (bundle) และแต่ละมัดย่อยประกอบด้วยใย (fiber) ใยกล้ามเนื้อมีขนาดประมาณ ๖๐ ไมครอน และมีความยาวตั้งแต่ ๒-๑๐ เซนติเมตร แต่ละใยประกอบด้วยใยฝอย (fibrill) ซึ่งมีขนาดประมาณ ๑ ไมครอน แต่ละใยฝอยประกอบด้วยไมโอฟิลาเมนท์ (myofilament) อันเป็นหน่วยเล็กที่สุดของกล้ามเนื้อที่ทำงาน ซึ่งประกอบด้วย แอ็คติน (actin) และไมโอซิน (myosin) แอ็คตินเป็นเส้นบาง ยาว ๑ ไมครอน และหนา ๕๐ อังสตรอม ส่วนไมโอซินยาว ๑.๕ ไมครอนและหนา ๑๐๐ อังสตรอม

การทำงานของกล้ามเนื้อลาย แสดงรายละเอียดจนถึงหน่วยเล็กที่สุด

กลไกการทำงาน

  กล้ามเนื้อลายเป็นอวัยวะใหญ่ ในการทำงานต้องได้รับคำสั่งมาจากระบบประสาทกลาง และเพื่อให้การแผ่คำสั่งไปได้กว้างขวางและรวดเร็ว จึงต้องอาศัยการเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้าทั้งการทำงานต้องอาศัยพลังงานอย่างมาก ฉะนั้นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี จึงมีความสำคัญไม่น้อย หลังจากนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้าง แล้วจึงตามด้วยการเปลี่ยนแปลงเชิงกล อย่างไรก็ดี การเปลี่ยนแปลงต่างๆ ไม่ได้เป็นไปตามลำดับขั้นที่เดียว มีการเหลื่อมล้ำกันบ้าง

การเปลี่ยนแปลงทางไฟฟ้า

  เมื่อมี "ข่าว" หรือ "คำสั่ง" ผ่านจุดประสานระหว่างประสาทกับกล้ามเนื้อ จะมีการดีโปลาไรซ์ที่เยื่อหุ้มกล้ามเนื้อแล้วแผ่ไปตามเยื่อหุ้ม กล้ามเนื้อด้วยความเร็วประมาณ ๕ เมตร/วินาที เยื่อหุ้มกล้ามเนื้อมีศักย์ไฟฟ้า ในภาวะปกติเช่นเดียวกับประสาท คือ ภายในเป็นลบมากกว่าภายนอก ๗๐ มิลลิโวลท์ มีข้อแตกต่างอย่างหนึ่งคือ ความจุไฟฟ้าของเยื่อหุ้มกล้ามเนื้อสูงกว่า ประมาณ ๕ ไมโครฟารัด/ตารางเซนติเมตร (ประสาทมีเพียง ๒ ไมโครฟารัด/ตารางเซนติเมตร) ค่าที่สูงกว่าเนื่องมาจากซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม (sarcoplasmic reticulum) ซึ่งมีหลอดฝอย (transverse tubule) ติดต่อกับพื้นหน้าของเยื่อหุ้ม เมื่อคลื่นดีโปลาไรซ์แผ่ถึง หลอดฝอยนี้จะดีโปลาไรซ์แล้วปล่อยแคลเซียมไอออนออกมา จากนั้นก็เข้าสู่การเปลี่ยนแปลงทางเคมี

การเปลี่ยนแปลงทางเคมี

  การเปลี่ยนแปลงทางเคมีในกล้ามเนื้ออาจแบ่งได้ ๒ อย่างคือ

ก) การเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกี่ยวกับการหดตัว สารเคมีที่สำคัญใน กล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องกับการหดตัวคือ โปรตีน

การหดตัว (contractile protein) มีอยู่ ๓ ชนิด คือ

๑) แอ็คติน มีอยู่ร้อยละ ๑๕ เป็นส่วนประกอบของเส้นใยชนิดบาง (thin filament)

๒) ไมโอซิน มีอยู่ร้อยละ ๓๕ เป็นเอนไซม์อะดีโนซีนไตรฟอสฟาเทส (adenosine triphosphatase - ATP - ase) ซึ่งเป็นส่วนประกอบ ของเส้นใยชนิดหนา (thick filament)

๓) โทรไปไมโอซิน (tropomyosin) มีอยู่ร้อยละ ๑๐ บทบาทยัง ไม่ทราบแน่ แต่เชื่อว่าทำหน้าที่คล้ายสวิตช์ทำให้มีการหดตัวและหยุดหดตัว

เชื่อว่าเมื่อแอ็คตินรวมกับไมโอซินจะได้แอ็คโตไมโอซิน (actomyosin) แต่การรวมนี้ต้องอาศัยอะดีโนซีนไตรฟอสฟาเทสจึงจะทำให้ มีการหดตัวของกล้ามเนื้อตามมา

ข) การเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกี่ยวกับการใช้พลังงาน

๑) อะดีโนซีนไตรฟอสฟาเทส เป็นสารที่จำเป็นสำหรับการหดตัว ของกล้ามเนื้อและให้พลังงานมาก แต่มีเก็บไว้ในกล้ามเนื้อน้อยมาก มีเพียง ๓ มิลลิโมลต่อกล้ามเนื้อหนึ่งกิโลกรัม และใช้สำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อ ได้เพียง ๘ ครั้งเท่านั้น

๒) ครีเอตีนฟอสเฟต (creatine phosphate) เป็นแหล่งสะ สมพลังงานในกล้ามเนื้อที่สามารถนำออกมาใช้ได้ทันทีเปรียบเทียบได้กับแบต เตอรี่ที่เก็บไฟฟ้าของระบบเครื่องยนต์ครีเอตีนฟอสเฟตมีอยู่ในกล้ามเนื้อ ๒๐ มิลลิโมล/กิโลกรัม ซึ่งทำให้กล้ามเนื้อหดตัวได้ประมาณ ๑๐๐ ครั้ง

๓) ไกลโคเจนในกล้ามเนื้อ เป็นต้นตอที่สำคัญของพลังงานที่กล้าม เนื้อใช้ มีอยู่ถึง ๑๐๐ มิลลิโมล/กิโลกรัม (ของน้ำตาลเฮ็กโซส) ซึ่งกล้ามเนื้อ สามารถใช้หดตัวได้ถึง ๒๐,๐๐๐ ครั้ง

การสลายไกลโคเจนเพื่อให้ได้พลังงานมานั้นมี ๒ วิธีด้วยกัน คือ

ก. การสลายโดยไม่ใช้ออกซิเจน (anaerobicglycolysis)

ข. การสลายโดยไม่ใช้ออกซิเจน ไกลโคเจนจะสลายเป็นคาร์บอนได ออกไซด์และน้ำ ทำให้ได้พลังงานมากมาย จากการทดลองถ้าให้กล้ามเนื้อทำงานในที่ไม่มีออกซิเจน จะทำงาน ได้น้อย คือหดตัวได้เพียง ๖๐๐ ครั้งเท่านั้น

การเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้าง

  เมื่ออะดีโนซีนไตรฟอสฟาเทส สลายให้พลังงานออกมาจะไปเร่งปฎิกิริยาเคมีทำให้เส้นใยชนิดหนา และเส้นใยชนิดบางซึ่งประสานกันอยู่เลื่อนเข้าไปหากัน จึงทำให้กล้ามเนื้อสั้นเข้าไป

การเปลี่ยนแปลงเชิงกล

  เมื่อกล้ามเนื้อมีการเปลี่ยนแปลงตามลำดับขั้นจนถึงมีการเปลี่ยนแปลงเชิงกล คือ การหดตัว ในการทดลอง ถ้าตัดกล้ามเนื้อออกมา แล้วทำการกระ ตุ้นเพื่อบันทึกความยาวหรือความตึงของกล้ามเนื้อ โดยบันทึกคลื่นกล้ามเนื้อ (myogram) เปรียบเทียบความสัมพันธ์กับศักย์ไฟฟ้าของกล้ามเนื้อที่เกิดขึ้นด้วย จะเห็นว่าศักย์ไฟฟ้าของกล้ามเนื้อเกิดขึ้นก่อนการเปลี่ยนแปลงเชิงกล เมื่อ กระตุ้นกล้ามเนื้อ จะต้องใช้เวลาจำนวนหนึ่งก่อนที่จะมีการเปลี่ยนแปลงใน ความยาวหรือความตึงเรียกว่า ระยะแฝง (latency period) ซึ่งกิน เวลาประมาณ ๑๐ มิลลิเสค จึงเข้าสู่ระยะหดตัว (contraction period) และระยะคลายตัว (relaxation period) ซึ่งกินเวลาประมาณ ๔๐ และ ๕๐ มิลลิเสค ตามลำดับ

ชนิดของการหดตัวเชิงกล

การหดตัวเชิงกล อาจแบ่งได้เป็น ๒ อย่าง คือ

  ๑) การหดตัวแบบไอโซเมตริก (isometric contraction) การหดตัวชนิดนี้ ความยาวของกล้ามเนื้อคงที่ แต่ความตึงเปลี่ยนไป
  ๒) การหดตัวแบบไอโซโทนิก (istotnic contraction) การ หดตัวชนิดนี้ ความตึงของกล้ามเนื้อคงที่ แต่ความยาวเปลี่ยนไป

  อาจช่วยให้เข้าใจการทำงานทั้งสองชนิดนี้ได้โดยคิดถึงการทำงานของกล้ามเนื้อในร่างกายจริงๆ เมื่อใช้มือขวายกน้ำหนักโดยพยายามใช้กล้ามเนื้อไบเซพส์ (biceps) ออกแรงดึง เพื่อให้ข้อศอกงอ ในระยะแรกที่แรงของกล้ามเนื้อน้อยกว่าน้ำหนักของวัตถุ จะยังยกวัตถุไม่ขึ้น ความยาวของกล้ามเนื้อไบเซลล์จะไม่เปลี่ยน แต่ความตึงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ การทำงานของกล้ามเนื้อในระยะนี้จะเป็นชนิดไอโซเมตริก ต่อมาเมื่อแรงดึงของกล้ามเนื้อมากกว่าน้ำหนักของวัตถุ แขนจะงอ และยกน้ำหนักขึ้น กล้ามเนื้อ จะสั้นเข้า การหดตัวในระยะนี้เป็นชนิด ไอโซโทนิก ฉะนั้นการทำงาน ของกล้ามเนื้อในร่างกายส่วนใหญ่มักจะมีการทำงานทั้งสองชนิดนี้ร่วมกัน นอกจากการทำงานบางระยะที่มีการหดตัวเพียงชนิดเดียว

หน่วยยนต์ (motor unit)

  กล้ามเนื้อในร่างกายมีการทำงานเป็นหน่วย หน่วยเล็กที่สุดที่จะทำงานได้เรียกว่า หน่วยยนต์ ซึ่งประกอบด้วยประสาทยนต์หนึ่งเส้น กับใยกล้ามเนื้อจำนวนหนึ่งซึ่งเลี้ยงด้วยใยประสาทยนต์นั้น (ในร่างกายมนุษย์มีกล้ามเนื้อ ๒.๗ x ๑๐ ยกกำลัง ๘ ใย และมีประสาทยนต์ประมาณสี่แสนเส้น) ขนาดของหน่วยยนต์แตกต่างกันตามตำแหน่งและงานที่กล้ามเนื้อต้องทำ กล้ามเนื้อที่ต้องทำงานละเอียด เช่น กล้ามเนื้อลูกตา หน่วยยนต์ประกอบด้วยกล้ามเนื้อ เพียง ๔-๕ ใย แต่ถ้าเป็นกล้ามเนื้อมัดใหญ่ที่ไม่ต้องทำงานละเอียด จะมีใยกล้ามเนื้อหลายร้อยหรือเป็นพันใย เช่น กล้ามเนื้อน่อง (gastrocnemius) จะมีใยกล้ามเนื้อ ๑,๐๐๐ - ๒,๐๐๐ ใย

หน่วยประสาทยนต์

งานของกล้ามเนื้อลาย กล้ามเนื้อลายในร่างกายสามารถออกแรงดึงได้มาก เช่น กล้ามเนื้อ ในร่างกายซึ่งมีถึง ๒.๗ x ๑๐ ยกกำลัง ๘ ใย สามารถดึงน้ำหนักได้รวมกัน ถึง๒๕ ตัน หรือกล้ามเนื้อน่องขณะวิ่งจะยกน้ำหนักได้ถึง ๖ เท่าของน้ำหนักตัว

การทำงานของกล้ามเนื้อไบเซพส์และไตรเซพส์ เมื่อเหยียดแขนกล้ามเนื้อไตรเซพส์จะหดตัว ส่วนกล้ามเนื้อไบเซพส์คลายตัว ในทางตรงกันข้าม เมื่องอแขนกล้ามเนื้อไบเซพส์จะหดตัว ส่วนกล้ามเนื้อไตรเซพส์จะคลายตัว

  มีผู้ได้ศึกษาแรงดึงของกล้ามเนื้อและพบว่า แรงดีของกล้ามเนื้อใน ชายเฉลี่ย ๖.๓ กิโลกรัม ต่อพื้นที่ภาคตัดของกล้ามเนื้อ ๑ ตารางเซนติเมตร ในหญิงได้ค่าไม่แตกต่างจากชาย

  แต่การทำงานจริงๆ ในร่างกายนั้นกล้ามเนื้อต้องเสียเปรียบอยู่มาก เช่น ในการงอข้อศอก กล้ามเนื้อไบเซพส์ต้องดึงกระดูกที่อยู่ห่างจุดหมุนถึง ๑๐-๒๐ เท่า นอกจากนั้นทิศทางของใยกล้ามเนื้อไม่ได้อยู่ในแนวของแรงดึง อีกด้วย การเสียเปรียบดังกล่าวนี้ร่างกายต้องยอม เพื่อประโยชน์บางประ การ เช่น เพื่อลดรูปร่างของร่างกายให้เหมาะสมและดูสวยงาม

กล้ามเนื้อเรียบ

  กล้ามเนื้อเรียบมีลักษณะทางกายวิภาคศาสตร์ และ คุณสมบัติทางสรีรวิทยาแตกต่างกันเองมาก ไม่เป็นแบบฉบับ เดียวกันเช่นกล้ามเนื้อลาย จึงเป็นการยากที่จะอธิบายสรีรวิทยา ของกล้ามเนื้อเรียบแบบเดียวที่อาจถือเป็นตัวแทนของกล้ามเนื้อ เรียบทั้งหมด อย่างไรก็ดี กล้ามเนื้อเรียบมีลักษณะทั่วไปทาง สรีรวิทยา ซึ่งเหมือนกัน ๓ ประการ คือ

  ๑) สามารถหดตัวได้ช้า นาน และสิ้นเปลืองพลังงาน น้อย
  ๒) ประสาทยนต์ที่มาเลี้ยง มาจากระบบประสาท อัตบาล
  ๓) มีความตึงตัวอยู่เองภายในกล้ามเนื้อ

กล้ามเนื้อหัวใจ

  กล้ามเนื้อหัวใจเป็นกล้ามเนื้อที่มีลาย แต่ทำงานอยู่นอก อำนาจจิต (involuntary) คล้ายกล้ามเนื้อเรียบ การทำงานรวมกัน เป็นหน่วยเดียวกัน และมีตัวคุมจังหวะ (pacemaker) อยู่บริเวณ ปุ่มไซโน - เอเทรียล หรือปุ่ม เอส - เอ (sino - atrial node, SA node)

หัวข้อก่อนหน้า หัวข้อถัดไป

บทความและภาพประกอบที่อยู่ในเว็บไซต์ของมูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ นี้ใช้สำหรับเพื่อสนับสนุนการผลิตหนังสือสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ
เป็นการเผยแพร่วิชาการให้แก่เยาวชนและประชาชนทั่วไป โดยจะนำไปแจกจ่ายให้โรงเรียนทั่วประเทศ และจำนวนหนึ่งนำออกจำหน่ายเพื่อนำเงินมาสมทบทุนในการจัดพิมพ์ต่อไป
ซึ่งเป็นการใช้สิทธิโดยสุจริต ทั้งนี้มูลนิธิได้รับอนุญาตทั้งบทความและภาพประกอบจากผู้เขียนแล้ว หากมีประเด็นขัดข้องสงสัยในเรื่องลิขสิทธิ์อย่างใด ขอได้โปรดแจ้งให้
มูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ ทราบเพื่อพิจารณาแก้ไขความขัดข้องสงสัยนั้นต่อไป จะเป็นพระคุณยิ่ง

ลิขสิทธิ์เป็นของมูลนิธิโครงการสารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ
ห้ามนำข้อความและรูปภาพไปเผยแพร่โดยไม่ได้รับอนุญาต