Blockdit Logo (Mobile)
Namo Provision
•
2 มิ.ย. 2020 เวลา 06:01 • การศึกษา
ฝีพายมือฉมังแห่งระบบการเคลื่อนไหว EP.3
ฝีพายแห่งเรือพระที่นั่งสุพรรณหงส์
บทความใน EP.3 นี้ ผู้เขียนจะพาเพื่อนๆ ไปดูกระบวนการทำงานของทหาร myosin และ actin ซึ่งเปรียบเสมือนฝีพายแห่งระบบการเคลื่อนไหว ใครที่นึกไม่ออกว่าทหาร 2 นายนี้คือใคร ก็เข้าไปอ่านที่ link ด้านล่างนี้กันก่อนเลย
ก่อนที่จะไปรู้จักกับกระบวนการทำงานของทหาร myosin และ actin ผู้เขียนอยากปรับความเข้าใจเพื่อนๆ ให้ตรงกันก่อนว่า การเคลื่อนไหวร่างกายมาจากสมองสั่งให้ทหาร myosin ดึง actin เข้าหาตัวเอง ทำให้เกิดการหดตัวของกล้ามเนื้อ (muscle contraction) ส่งผลให้กระดูก 2 ชิ้นที่ปลายกล้ามเนื้อมัดนี้ยึดเกาะอยู่เคลื่อนที่เข้าหากัน
กล้ามเนื้อหดตัว เกิดจากสมองสั่งให้ทหาร myosin ดึง actin เข้าหาตัวเอง (รูปภาพจาก https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-sliding-filament-theory-of-muscle-contraction-14567666/)
เมื่อสมองหยุดส่งคำสั่ง กล้ามเนื้อมัดนั้นจะค่อยๆคลายตัวออกอย่างช้าๆ ตามแรงยืดหยุ่นสปริงจากทหาร titin สมองจะไม่สามารถสั่งให้กล้ามเนื้อคลายตัวแบบฉับพลัน
กล้ามเนื้อคลายตัว เกิดจากแรงสปริงจาก titin ดึง actin กลับมาอย่างช้าๆ (รูปภาพจาก https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-sliding-filament-theory-of-muscle-contraction-14567666/)
แล้วแบบนี้ เพื่อนๆ หลายคนอาจมีคำถามในใจว่า ถ้าต้องการให้กระดูก 2 ชิ้นเคลื่อนที่ออกจากกันแบบทันที จะต้องทำอย่างไร
ในทุกๆส่วนของร่างกายที่มีการเคลื่อนไหว จะมีกลุ่มกล้ามเนื้อ 2 กลุ่มที่ทำงานตรงข้ามกันเสมอ กล่าวคือ เมื่อกลุ่มกล้ามเนื้อหนึ่งกำลังหดตัว อีกกลุ่มหนึ่งจะต้องคลายตัว เราจะเรียกกลุ่มกล้ามเนื้อที่หดตัวในขณะนั้นว่า กล้ามเนื้อหลัก (agonist) และเรียกกลุ่มที่กำลังคลายตัวว่า กล้ามเนื้อตรงข้าม (antagonist)
ถ้ายกตัวอย่างให้เห็นภาพก็เช่น เมื่อต้องการงอข้อศอกเข้าหาลำตัว กล้ามเนื้อ biceps จะเป็นกล้ามเนื้อหลักในการหดตัว และกล้ามเนื้อ triceps จะเป็นกล้ามเนื้อตรงข้ามที่กำลังคลายตัว แต่เมื่อต้องการยืดข้อศอกออกไป กล้ามเนื้อ triceps จะเปลี่ยนหน้าที่ตัวเองเป็นกล้ามเนื้อหลักในการหดตัว และกล้ามเนื้อ biceps จะเปลี่ยนเป็นกล้ามเนื้อตรงข้ามเพื่อการคลายตัว
การงอและยืดข้อศอก รูปภาพจาก Pinterest
เพื่อนๆคงจะพอเห็นภาพแล้วว่า สมองจะสั่งกล้ามเนื้อให้หดตัวได้เพียงอย่างเดียว ไม่สามารถสั่งให้กล้ามเนื้อคลายตัวได้ หลังจากที่เพื่อนๆเข้าใจตรงกันแล้ว ผู้เขียนจะพาไปดูกระบวนการหดตัวของกล้ามเนื้อกันอย่างละเอียด
เพื่อให้เข้าใจกระบวนการกันอย่างง่ายๆ ผู้เขียนจะขอเปรียบ myosin เหมือนกับฝีพายซึ่งมี myosin head เหมือนดังตะขอที่ใช้เกี่ยวโยงลำเรือ เรือที่ลอยอยู่นี้ก็คือ actin นั่นเอง
ในสภาวะปกติ เรือลำนี้จะจอดผูกโยงด้วยเชือก tropomyosin และใส่แม่กุญแจ troponin ปิดล็อคไว้ ทำให้ฝีพายไม่สามารถใช้ตะขอเกี่ยวเรือลำนี้ได้ แต่เมื่อมีคำสั่งจากศูนย์บัญชาการ ลูกกุญแจที่ชื่อ "แคลเซียม" จะถูกส่งมาปลดล็อคแม่กุญแจ troponin ทำให้ฝีพายเข้าใช้งานตัวเรือได้ ในระหว่างการใช้งาน แคลเซียมจะต้องอยู่ติดกับ troponin ตลอดเวลา (แคลเซียมมาจากไหน ติดตามได้ในหัวข้อ "คำสั่งปฏิบัติการจากศูนย์บัญชาการใหญ่" เร็วๆนี้)
กระบวนการปลดล็อคแม่กุญแจ troponin ด้วยลูกกุญแจแคลเซียม
ในขั้นตอนนี้ ฝีพายจะใช้ตะขอเกี่ยวลำเรือไว้เพื่อเตรียมการลากจูงในขั้นถัดไป เราจะเรียกการเกี่ยวเรือแบบนี้ว่า "crossbridge"
เพื่อให้ตะขอเกี่ยวลำเรือได้เหนียวแน่นขึ้น จะมีการปล่อยสารที่มีชื่อว่า "ฟอสเฟตอนินทรีย์" (inorganic phosphate: Pi) ออกมา
ขั้นตอนนี้ เปรียบได้กับจังหวะที่ฝีพายเอาไม้พายจุ่มลงในน้ำ
ฝีพายจุ่มไม้พายลงน้ำ
จากนั้น ฝีพายจะดึงลำเรือให้เคลื่อนที่เข้าหาตัวเอง เราจะเรียกการดึงเรือแบบนี้ว่า power stroke เมื่อเรือถูกดึงจนสุดปลายแขนของฝีพายแล้ว พลังงาน ADP จะหลุดออกมา เพื่อรอให้พลังงาน ATP มาปลดตะขอในขั้นตอนถัดไป
ขั้นตอนนี้ เปรียบได้กับจังหวะที่ฝีพายใช้ไม้พายกวักน้ำไปด้านหลัง เพื่อให้เรือเคลื่อนที่ไปข้างหน้า
ฝีพายใช้ไม้พายกวักน้ำไปด้านหลัง
จากนั้น ฝีพายจะรอพลังงาน ATP มาปลดตะขอออกจากลำเรือ เราจะเรียกขั้นตอนการปลดตะขอว่า "detach" ตราบใดที่ยังไม่มีพลังงาน ATP เรือลำนี้ก็ยังคงถูกตะขอของฝีพายเกี่ยวไปตราบนานเท่านาน
ผู้เขียนอยากเตือนความจำเพื่อนๆว่า myosin filament แต่ละเส้นประกอบด้วย myosin head จำนวนมาก และเมื่อเรียงลำดับจากเล็กไปใหญ่ตามโครงสร้างกองทัพ คือ filament, sarcomere, fiber, fascicle และมัดกล้าม ตามลำดับ ดังนั้น ในขั้นตอน detach ของกล้ามเนื้อ 1 มัดจะต้องใช้พลังงาน ATP ที่มหาศาล ขั้นตอนนี้ถือเป็นขั้นตอนเดียวที่มีการใช้พลังงานจากภายนอก
และนี่จึงเป็นสาเหตุให้ศพมีร่างกายหดเกร็งตามลักษณะท่าการตาย เนื่องจากปราศจากพลังงาน ATP เพื่อมาปลดตะขอออกจากลำเรือนั่นเอง
ขั้นตอนนี้เปรียบได้กับจังหวะที่ฝีพายยกไม้พายขึ้นเหนือน้ำนั่นเอง
ฝีพายยกไม้พายขึ้นเหนือน้ำ
จากนั้น ตะขอจะถูกโยนกลับมาด้านหลังเพื่อเตรียมเกี่ยวลำเรืออีกครั้งในรอบถัดไป เราจะเรียกขั้นตอนนี้ว่า re-cocked ส่วนพลังงาน ATP จะถูกแปลงสภาพเป็นพลังงาน ADP และสารฟอสเฟตอนินทรีย์ (Pi) เพื่อใช้ในการเกี่ยวตะขอเรือในรอบถัดไป
ขั้นตอนนี้ เปรียบได้กับจังหวะที่ฝีพายตวัดไม้พายกลับมาข้างหน้า เพี่อเตรียมแจวเรือในรอบถัดไป
ฝีพายตวัดไม้พายมาด้านหน้า
การพายเรือใน 1 รอบ จะได้ระยะการเคลื่อนที่เพียง 10 นาโนเมตร ดังนั้น เพื่อให้ได้ระยะการหดตัวที่ต้องการ ขั้นตอนทั้ง 4 จังหวะนี้จะเกิดวนซ้ำไปหลายๆรอบ สิ่งสำคัญ 2 สิ่งตลอดกระบวนการหดตัว คือ จะต้องมีแคลเซียม และพลังงาน ATP อย่างเพียงพอสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อ เมื่อแคลเซียมและพลังงาน ATP หมด กล้ามเนื้อจะอยู่ในสภาวะเมื่อยล้า (fatigue)
เพื่อนๆ คงเห็นถึงขยันขันแข็งของฝีพายที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวร่างกาย ฝีพายแต่ละคนต่างต้องการพลังงานมหาศาลเพื่อใช้ขับเคลื่อนอวัยวะให้ได้ระยะตามที่ต้องการ (ใครที่กำลังสงสัยว่าพลังงานเหล่านี้มาจากไหน โปรดติดตามหัวข้อ "หน่วยจู่โจมต้องเดินด้วยท้อง" เร็วๆนี้)
ผู้เขียนขอสรุปขั้นตอนการพายเรือทั้ง 4 จังหวะ ดังนี้
1) จุ่ม หรือ crossbridge
2) กวัก หรือ power stroke
3) ยก หรือ detach จังหวะนี้ต้องใช้พลังงาน ATP
4) ตวัด หรือ re-cocked
สรุป 4 จังหวะการพายเรือ
ก่อนจากกัน ฝากเพื่อนๆส่งกำลังใจเล็กๆให้กับผู้เขียนคนนี้ ด้วยการกดติดตามเพจสรีระไฟฟ้ากันด้วยนะ และขอปิดท้ายด้วยภาพสวยๆ ท่าพายนกบิน จากเรือพระที่นั่งสุพรรณหงส์
ภาพท่าพายนกบินจาก http://www.phralan.in.th/coronation/finalceremoniesdetail.php?id=607
แหล่งอ้างอิงข้อมูล จากหนังสือ anatomy and physiology, OpenStax College, Rice University

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา