ระบบกล้ามเนื้อ

กล้ามเนื้อเป็นเนื้อเยื่อที่มีหน้าที่โดยตรงเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของร่างกาย ประมาณได้ว่าร่างกายมนุษย์โดยทั่วไปประกอบด้วยกล้ามเนื้อมากกว่า 500 มัด และมีน้ำหนักรวมกันประมาณครึ่งหนึ่งของน้ำหนักร่างกายทีเดียว จากการศึกษาพบว่ากล้ามเนื้อที่พบในร่างกายมีอยู่ 3 ชนิด คือ

1) กล้ามเนื้อเรียบ (Smooth Muscle) เป็นกล้ามเนื้อที่ประกอบด้วยเซลล์รูปร่างเรียว หัวท้ายแหลมคล้ายกระสวย มีนิวเคลียส 1 นิวเคลียส อยู่ตรงกลางเซลล์เห็นเด่นชัด เป็นกล้ามเนื้อที่อยู่นอกอำนาจจิตใจ (Involuntary Muscle) เราไม่สามารถบังคับให้กล้ามเนื้อทำตามคำสั่งของระบบประสาทส่วนกลางได้ การหดและคลายตัวของกล้ามเนื้อชนิดนี้จะเกิดขึ้นช้า ๆ พบที่ผนังของอวัยวะในระบบย่อยอาหาร ระบบขับถ่าย ระบบสืบพันธุ์ และหลอดเลือด

2) กล้ามเนื้อหัวใจ (Cardiac muscle) เป็นกล้ามเนื้อที่มีลาย ประกอบด้วยเซลล์ที่มีหลายนิวเคลียสอยู่ตรงกลาง โดยแต่ละเซลล์มักจะแยกเป็น 2 แฉก และแต่ละแฉกจะเรียงติดต่อกับแฉกของอีกเซลล์หนึ่ง ทำให้เห็นการเรียงตัวของกล้ามเนื้อหัวใจติดต่อกันคล้ายร่างแห กล้ามเนื้อหัวใจจัดเป็นกล้ามเนื้อที่อยู่นอกอำนาจจิตใจ เช่นเดียวกัน เป็นกล้ามเนื้อที่มีการทำงานติดต่อกันตลอดเวลา และพบเฉพาะที่หัวใจเท่านั้น

3) กล้ามเนื้อลาย (Striated Muscle) เป็นกล้ามเนื้อที่มีลายเห็นชัดเจน ประกอบด้วยเซลล์ที่มีขนาดใหญ่เป็นรูปทรงกระบอกยาว มีหลายนิวเคลียสเรียงชิดอยู่กับเยื่อหุ้มเซลล์ เป็นกล้ามเนื้อที่อยู่ในอำนาจจิตใจ (Voluntary Muscle) สามารถสั่งให้ทำงานได้โดยการควบคุมของระบบประสาทส่วนกลางได้

จากการศึกษาพบว่า กล้ามเนื้อลายเป็นกล้ามเนื้อที่พบมากที่สุดในร่างกายโดยจะยึดเกาะอยู่กับกระดูกทั่วทุกส่วนของร่างกาย เช่น แขน ขา ลำตัว ใบหน้า ทำให้เราสามารถเคลื่อนไหวส่วนต่าง ๆ ดังกล่าวได้ จึงอาจเรียกกล้ามเนื้อลายอีกอย่างหนึ่งว่า กล้ามเนื้อยึดกระดูกหรือกล้ามเนื้อโครงร่าง (Skeletal Muscle)

เมื่อศึกษาโครงสร้างภายในของกล้ามเนื้อลายจะพบว่า ประกอบด้วยเซลล์กล้ามเนื้อที่มีลักษณะเป็นทรงกระบอกยาว เรียกว่า เส้นใยกล้ามเนื้อ (Muscle Fiber) ซึ่งมีนิวเคลียสหลายนิวเคลียสอยู่ติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งเรียกว่า ซาร์โคเลมมา (Sarcolemma) ภายในไซโทพลาซึมของเซลล์กล้ามเนื้อซึ่งเรียกว่า ซาร์โคพลาซึม (Sarcoplasm) จะประกอบด้วยเส้นใยฝอยจำนวนมาก เรียกว่า ไมโอไฟบริล (Myofibrill) กระจายอยู่ทั่วไป และไมโอไฟบริลก็ยังประกอบด้วยหน่วยย่อยลงไปอีก เรียกว่า ฟิลาเมนต์ (Filament) ฟิลาเมนต์ที่พบในกล้าเนื้อลายนี้มีอยู่ 2 ชนิด คือ

1. ฟิลาเมนต์ชนิดหนา (Thick Filament) ประกอบด้วยโปรตีนซึ่งเรียกว่า ไมโอซิน (Myosin) รวมตัวกันเป็นมัด โดยแต่ละมัดประกอบด้วยโมเลกุลของไมโอซินที่เกิดจากโปรตีน 2 สาย พันกันเป็นเกลียวตรงปลายสุดของแต่ละสายจะม้วนตัวเป็นก้อนกลมคล้ายตะขอ

2. ฟิลาเมนต์ชนิดบาง (Thin Filament) ประกอบด้วยโปรตีนซึ่งเรียกว่า แอกทิน (Actin) ที่มีลักษณะเป็นก้อนกลม (Globula Actin Molecules) เรียงต่อกันเป็นสายยาวที่พันกันเป็นเกลียว

ภาพ 9.3 แสดงโครงสร้างภายในของกล้ามเนื้อลาย

การจัดเรียงตัวของฟิลาเมนต์ทั้งสองชนิดในกล้ามเนื้อลายอย่างเป็นระเบียบทำให้เรามองเห็นกล้ามเนื้อลาย มีสีเข้มและจางสับกันอย่างมีระเบียบ กล่าวคือ บริเวณที่เห็นสีเข้มเป็นบริเวณที่มีฟิลาเมนต์ชนิดหนาอยู่ ซึ่งปลายทั้งสองข้างจะซ้อนกับฟิลาเมนต์บางด้วยทำให้ส่วนที่ซ้อนกันมีสีเข็มมากที่สุด เราเรียกแถบที่มีสีเข้มทั้งหมดว่า A-Band (Anisotropic Band) ส่วนบริเวณกลางฟิลาเมนต์ชนิดหนาซึ่งไม่ซ้อนกับฟิลาเมนต์ชนิดบางนั้นจะมีสีเข็มน้อยกว่า จึงเรียกว่า H-Zone ดังนั้น H-Zone จึงเป็นส่วนหนึ่งของ A-Band ส่วนบริเวณที่เห็นสีจางนั้น จะมีเฉพาะฟิลาเมนต์บางเพียงอย่างเดียว เรียกว่า I-Band (Isotropic Band) ตรงบริเวณกึ่งกลางของแต่ละ I-Band จะมีแนวสีเข็มเล็ก ๆ ซึ่งเป็นรอยต่อของฟิลาเมนต์ชนิดบางมาจรดกัน เรียกว่า Z-Line และช่วงระหว่าง Z-Line หนึ่งถึงอีก Z-Line หนึ่ง จะเรียกว่า ซาร์โคเมียร์ (Sarcomere) หรือ 1 หน่วยกล้ามเนื้อ (Muscle Unit)

กลไกการทำงานของกล้ามเนื้อลาย

A.F. Huxley และ H.E. Huxley ได้ทำการทดลองและตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับกลไกการทำงานของกล้ามเนื้อลายในร่างกาย มีใจความว่า การหดหรือคลายตัวของกล้ามเนื้อเกิดจากการเลื่อนเข้าหากัน หรือเลื่อนออกจากกันของฟิลาเมนต์ชนิดหนาและชนิดบาง โดยเริ่มจากโมเลกุลของไมโอซินในฟิลาเมนต์ชนิดหนา ซึ่งส่วนปลายลักษณะเป็นตะขอยื่นออกมาเชื่อมต่อกับโมเลกุลของแอกทินในฟิลาเมนต์ชนิดบาง (1) จากนั้นจะมีการปลดปล่อย ADP+P ออกมาทำให้สะพานที่เชื่อมต่อฟิลาเมนต์ทั้งสองชนิดโค้งงอ และดันให้ฟิลาเมนต์ทั้งสองเลื่อนเข้าซ้อนกัน (2) ต่อมาพลังงานจาก ATP จะทำให้โมเลกุลของไมโอซินหลุดออกจากโมเลกุลของแอกทิน (3) และเมื่อเกิดปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส ก็จะทำให้ส่วนปลายของโมเลกุลไมโอซินกลับมาอยู่ตำแหน่งเดิม (4) และจับเกาะกับโมเลกุลของแอกทินอีกครั้งที่ตำแหน่งใหม่ (5) แล้วจะเกิดการโค้งงอของสะพานที่เชื่อมต่อฟิลาเมนต์ทั้งสอง ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของฟิลาเมนต์เข้าซ้อนกันหรือเลื่อนออกจากกันได้ ส่งผลให้กล้ามเนื้อหดตัวหรือคลายตัวและก่อให้เกิดการเคลื่อนตัวของร่างกายนั่นเอง

ภาพ 9.4  กลไกการทำงานของกล้ามเนื้อลาย

การเคลื่อนไหวของแต่ละส่วนของร่างกายของมนุษย์นั้น เกิดจากการทำงานร่วมกันเป็นคู่ ๆ แบบแอนตาโกนิซึมของกล้ามเนื้อที่ยึดกระดูกอยู่ตามส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย เช่น การงอและการเหยียดแขนเกิดจากการทำงานร่วมกันของกล้ามเนื้อ 2 ชุด คือ กล้ามเนื้อ ไบเซป (Biceps) ซึ่งยึดติดกับกระดูกต้นแขนด้านหน้าและกระดูกเรเดียส (Radius) กับกล้ามเนื้อไตรเซป (Triceps) ซึ่งยึดติดกับกระดูกต้นแขนด้านหลังและกระดูกอัลนา (Ulna) เมื่อกล้ามเนื้อไบเซปหดตัวกล้ามเนื้อไตรเซปจะคลายตัวทำให้แขนงอพับขึ้น และเมื่อกล้ามเนื้อไบเซปคลายตัว กล้ามเนื้อไตรเซปก็จะหดตัวทำให้แขนเหยียดออก

ภาพ 9.5 แสดงการทำงานแบบแอนตาโกนิซึมของกล้ามเนื้อแขน

การทำงานของกล้ามเนื้อแบบแอนตาโกนิซึมในร่างกายมีอยู่มากมายหลายชุดแต่ละชุดก็ทำให้ส่วนต่าง ๆ ของร่างกายเคลื่อนไหวในทิศทางแตกต่างกัน เช่น

1. กล้ามเนื้อที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวแบบงอหรือเหยียด ได้แก่

1) กล้ามเนื้อเฟลกเซอร์ (Flexor) หมายถึง กล้ามเนื้อที่หดตัวแล้วทำให้อวัยวะส่วนนั้นงอพับ

2) กล้ามเนื้อเอกซ์เทนเซอร์ (Extensor) หมายถึง กล้ามเนื้อที่หดตัวแล้วทำให้อวัยวะส่วนนั้นเหยียดออก

2. กล้ามเนื้อที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวไปข้างหน้าหรือข้างหลัง ได้แก่

1) กล้ามเนื้อโพรแทรกเตอร์ (Protractor) หมายถึง กล้ามเนื้อที่หดตัวแล้วทำให้อวัยวะส่วนนั้นเคลื่อนไหวไปข้างหน้า

2) กล้ามเนื้อรีแทรกเตอร์ (Retractor) หมายถึง กล้ามเนื้อที่หดตัวแล้วทำให้อวัยวะส่วนนั้นเคลื่อนไหวไปข้างหลัง

3. กล้ามเนื้อที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวไปข้างหลัง ได้แก่

1) กล้ามเนื้อแอบดักเตอร์ (Abductor) หมายถึง กล้ามเนื้อที่หดตัวแล้วทำให้อวัยวะส่วนนั้นเคลื่อนไหวออกไปทางด้านข้าง เช่น แขน ขา กางออกไปทางด้านข้าง

2) กล้ามเนื้อแอดดักเตอร์ (Adductor) หมายถึง กล้ามเนื้อที่หดตัวแล้วทำให้อวัยวะส่วนนั้นเคลื่อนไหวแนบเข้าลำตัว เช่น การหุบแขนหรือขาเข้าหาลำตัว

4. กล้ามเนื้อที่ทำให้เกิดการหมุน ได้แก่

กล้าเนื้อโรเตเตอร์ (Rotator) เช่น การหมุนขาเข้าข้างใน (Internal Rotator) การหมุนขาออกด้านนอก (External Rotator) เป็นต้น