หน้าที่ของกล้ามเนื้อลาย จงเปรียบเทียบรูปร่างลักษณะและหน้าที่ของกล้ามเนื้อทั้ง 3 ชนิด หน้าที่ของกล้ามเนื้อหลัง
การหดตัวของกล้ามเนื้อลาย
การหดตัวของกล้ามเนื้อแบ่งได้เป็น 2 ชนิด คือ
1. การหดตัวแบบแรงตึงกล้ามเนื้อคงที่ (Isotonic contraction) เป็นการหดตัวโดยที่แรงในการหดตัว (Tension) ไม่มีการเปลี่ยนแปลงแต่กล้ามเนื้อหดสั้นลง การหดตัวแบบนี้เกิดขึ้นเนื่องจากนำหนักของสิ่งของที่ยกน้อยกว่าแรงที่กระทำจึงทำให้เกิดการทำงานได้ ตัวอย่าง เช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อแขนเพื่อพยายามยกของน้ำหนัก 0.5 กิโลกรัม ขึ้นจากพื้น จะมีการหดตัวของกล้ามเนื้อต้นแขน แต่ความตึงตัวของกล้ามเนื้อไม่เปลี่ยนแปลงผลออกมาจะได้งานเพราะวัตถุเคลื่อนที่ได้
2. การหดตัวแบบความยาวคงที่ (Isometric contraction) เป็นการหดตัวโดยที่ความยาวของกล้ามเนื้อไม่เปลี่ยนแปลง แต่แรงในการหดตัวของกล้ามเนื้อเปลี่ยนไป เกิดขึ้นเนื่องจากน้ำหนักของสิ่งของที่ยกมีมากกว่าแรงในการยก เช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อแขนที่จะยกของน้ำหนัก 20 กิโลกรัมขึ้นจากพื้น ซึ่งไม่สามารถจะยกขึ้นได้ ทำให้มีการออกแรงมาก และมีการหดตัวของกล้ามเนื้อมากการหดตัวแบบความยาวคงที่ จะทำให้กล้ามเนื้อแข็งแรงคือมีการเพิ่มความตึงตัวของกล้ามเนื้อ เช่น การยกน้ำหนักค้างไว้ (Weight lifting)
ในสภาพจริงขณะที่มนุษย์ทำงานหรือเคลื่อนไหว จะมีการหดรัดของกล้ามเนื้อทั้งสองแบบ (Mixed contraction) เช่น การยกของที่ไม่หนักขึ้นจากพื้น กล้ามเนื้อแขนจะต้องมีแรงตึงกล้ามเนื้อมากขึ้น โดยไม่มีการหดตัวช่วงนี้เป็นการหดตัวแบบความยาวกล้ามเนื้อคงที่ เมื่อกล้ามเนื้อมีแรงดึงเพิ่มขึ้นมีมากกว่าน้ำหนักของสิ่งของที่จะยก ก็จะมีการหดตัวแบบแรงตึงกล้ามเนื้อคงที่และตามมาวัตถุก็จะถูกยกขึ้นจากพื้น การหดตัวของกล้ามเนื้อจะแรงมากหรือน้อยเป็นสัดส่วนสัมพันธ์กับแรงตึงกล้ามเนื้อ คือ ถ้าแรงตึงกล้ามเนื้อมาก การหดตัวของกล้ามเนื้อจะหดตัวได้มาก ในทางตรงกันข้าม กล้ามเนื้อมีแรงตึงกล้ามเนื้อน้อย การหดตัวจะลดลง จากการทดลองตรวจสอบการทำงานของกล้ามเนื้อ พบว่าแรงตึงกล้ามเนื้อมีความสัมพันธ์กับความยาวของกล้ามเนื้อ (Length tension relationship)
แรงดึงในการหดตัวของกล้ามเนื้อมีความสัมพันธ์กับความยาวขอกงล้ามเนื้อในขณะกระตุ้นกล้ามเนื้อจะมีแรงดึงดูดสูงสุด ซึ่งทำให้กล้ามเนื้อหดตัวได้สูงสุด เมื่อความยาวของกล้ามเนื้อถึงระดับหนึ่งถ้าทำการยืดหรือหดกล้ามเนื้อให้มีความยาวเปลี่ยนไป การหดตัวของกล้ามเนื้อจะลดลง ความยาวของกล้ามเนื้อที่ทำให้เกิดแรงดึงกล้ามเนื้อสูงสุด เรียกว่า ความยาวในขณะพัก (Resting length) ซึ่งความยาวของกล้ามเนื้อขณะอยู่ในร่างกายขณะพัก
 |
รูปแสดง กลไกการหดตัวของกล้ามเนื้อที่อธิบายโดย Sliding theory
ที่มา Frederich H. Martini. Edwin F. Bartholomew. Essentials of anatomy and physiology. U.S.A., Prentice-Hall , Inc. 1997.
กลไกการหดตัวของกล้ามเนื้อ ซึ่งเป็นที่ยอมรับในขณะนี้คือ Interdigitation หรือ Sliding filament theory หรือ Cross - bridge theory กล่าวคือ การหดตัวของกล้ามเนื้อ เกิดจากการเลื่อนตัวของ thin filament เข้าหา thick filament โดยที่ myosin จะยื่นส่วนหัวมาเกาะกับ actin ส่วนหัวของ myosin ที่ยื่นออกมามีลักษณะคล้ายเป็นสะพาน (cross - bridge) ซึ่งจะทำหน้าที่ดึง actin เข้ามาสู่ส่วนกลางของ sarcomere จากนั้นหัวของ myosin หรือ cross - bridge ก็จะหลุดออกจากตำแหน่งที่เกาะเดิม เพื่อไปจับตำแหน่งใหม่ต่อไปบน actin แรงตึงจากการหดตัวจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับจำนวน cross - bridge ที่เกิดขึ้น เมื่อจำนวน cross - bridge มากที่สุดแรงตึงจากการหดตัวของกล้ามเนื้อจะสูงที่สุด
ขบวนการหดตัว และคลายตัวของกล้ามเนื้อเกิดเป็นขั้นตอนติดต่อกัน และเกิดขึ้นวนเวียนกันไปเรื่อย ๆ เรียกว่า Cross-bridge cycle ในแต่ละ cycle จะมีการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นระหว่าง myosin และ actin แบ่งออกได้เป็น 4 ขั้น ดังต่อไปนี้คือ
ขั้นที่ 1 เป็นระยะพัก actin และ myosin เป็นอิสระต่อกัน เนื่องจากอิทธิพลของ regulatory protein และไม่มี Calcium เป็นตัวก่อให้เกิดปฏิกริยา ระหว่าง actin และ myosin
ขั้นที่ 2 เมื่อ Calcium ภายในเซลล์สูงขึ้น จะเกิด crossbridge ระหว่าง actin และ myosin ได้เป็น A-M.ADP.Pi complex พลังงานที่สะสมไว้ในโมเลกุลของ myosin ถูกปล่อยออกมาใช้ในการหดตัวของกล้ามเนื้อ
ขั้นที่ 3 กล้ามเนื้อเกิดการหดตัว ในขั้นนี้หัวของ myosin ยังคงเกาะกับ actin เรียกการรวมตัวขณะนี้ว่าเป็น Rigor complex
ขั้นที่ 4 หัวของ myosin รวมตัวกับ ATP 1 โมเลกุลทำให้หัวของ myosin หลุดออกจาก actin จากนั้นมีการสลายตัวของ ATP ได้เป็น ADP Pi และพลังงานซึ่งสะสมไว้ในโมเลกุลของ myosin ขั้นนี้กล้ามเนื้อเกิดการคลายตัว และ cycle จะย้อนกลับไปที่ขั้นที่ 1
ในแต่ละ cross-bridge cycle จะมีการสลายตัวของ ATP เพียง 1 โมเลกุล พลังงานที่เกิดขึ้นถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานกลโดยการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของส่วนหัวของ myosin ในการเกิด cross-bridge cycle แต่ละครั้งจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของฟิลาเม้น ไปได้ 10 nm และแรงที่เกิดขึ้นมีเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตามการเกิด cross-bridge cycle นี้จะเกิดวนเวียนติดต่อกันไปเรื่อย ๆ หลายล้านครั้ง เป็นผลให้กล้ามเนื้อหดตัว และเกิดแรงขึ้น
Basic human anatomy
September 2006
แหล่งที่มา : bcnlp.ac.th