การเคลื่อนที่ของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง

การเคลื่อนที่ของสิ่งมีชีวิต

การเคลื่อนที่ของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

1. การเคลื่อนที่ของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

1.1 การเคลื่อนไหวโดยอาศัยการไหลของไซโทพลาซึม

ไซโทพลาซึม (Cytoplasm) หมายถึง ส่วนของโพรโทพลาซึมภายในเซลล์ทั้งหมด การเคลื่อนไหวโดยใช้ไซโทพลาซึมนี้จะเคลื่อนไหวโดยการยืดส่วนของไซโทพลาซึม ออกจากเซลล์ เช่น 

การเคลื่อนไหวของราเมือก อะมีบา เป็นต้น การเคลื่อนไหวของอะมีบา ซึ่งเป็นโพรทิสต์ที่อาศัย 

การไหลของไซโทพลาซึมที่แบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ เอ็กโทพลาซึม(ectoplasm) 

เป็นไซโทพลาซึมชั้นนอกมีลักษณะเป็นสารกึ่งแข็งกึ่งเหลวเรียกว่าเจลและ

เอนโดพลาซึม (endoplasm) เป็นไซโทพลาซึมชั้นในมีลักษณะค่อนข้างเหลวกว่าเรียกว่า โซล 

ภายในไซโทพลาซึมมีไมโครฟิลาเมนต์ (microfilament) เป็นเส้นใยโปรตีน แอกทินและไมโอซิน เป็นโครงสร้างที่ทำให้เอนโดพลาซึมไหลไป- มาภายในเซลล์ได้ และดันเยื่อหุ้มเซลล์ ให้โป่งออกมาเป็นเท้าเทียมทำให้อะมีบาเคลื่อนไหวได้

1.2 การเคลื่อนไหวโดยอาศัยแฟลเจลลัมหรือซีเลีย

  การเคลื่อนไหวโดยอาศัยแฟลเจลลัมหรือซีเลียซึ่งเป็นโครงสร้างเล็กๆ ที่ยื่นออกมาจากเซลล์สามารถโบกพัดไปมาได้ ทำให้สิ่งมีชีวิตเคลื่อนที่ไปได้

• 1) แฟลเจลลัม (flagellum) มีลักษณะเป็นเส้นยาว ๆ คล้ายหนวดยาวกว่า ซีเลีย  แฟลเจลลัม เป็นโครงสร้างที่พบในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวบางชนิด เช่น ยูกลีนา
• 2) ซีเลีย (cilia) มีลักษณะเป็นเส้นเล็ก ๆ ยื่นยาวออกจากเซลล์ของพืช หรือ สัตว์เซลล์เดียว หรือเซลล์สืบพันธุ์ ใช้โบกพัดเพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่ภายในน้ำหรือของเหลว พบในพารามีเซียม (paramecium) พลานาเรีย

• จากการศึกษาโครงสร้างของแฟลเจลลัมและซีเลียตัดตามขวางพบว่ามีโครงสร้างเหมือนกัน คือ ประกอบด้วยหลอดเล็ก ๆ เรียกว่า ไมโครทูบูล(microtubules) เป็นหลอดแกนตรงกลาง 2 หลอด ล้อมรอบด้วยหลอดเล็ก ๆ อีก9 คู่ ทั้งหมดจะถูกหุ้มด้วยเยื่อบาง ๆ ที่ติดต่อเป็นเนื้อเดียวกับเยื่อหุ้มเซลล์ เรียกโครงสร้างแบบนี้ว่า 9 + 2 ที่โคนของซีเลียและแฟลเจลลัม มีเบซัลบอดี ( basal body)หรือ ไคนีโทโซม (kinetosome) อยู่ด้วย เบซัลบอดี มีไมโครทิวบูล เช่นกัน แต่การเรียงตัวต่างกัน โดยที่หลอดตรงกลาง 2 หลอดไม่มี มีแต่หลอดรอบนอก 9 ชุด เรียกการเรียงตัวแบบนี้ว่า 9 + 0 ถ้าหากตัดเบซัลบอดีออก พบว่าแฟลเจลลัมและซีเลียเส้นนั้น จะหยุดลง จึงเชื่อกันว่าเบซัลบอดี เป็นตัวควบคุมการเคลื่อนไหวของซีเลียและแฟลเจลลัม

พารามีเซียมเคลื่อนที่โดยการโบกพัดของซีเลีย ไปทางด้านหลัง ทำให้ตัวของพารามีเซียมเคลื่อนที่ไปข้างหน้า จากการโบกพัดของซีเลีย ทำให้ตัวพารามีเซียมหมุนไปด้วยเนื่องจากไม่มีอวัยวะคอยปรับสมดุล (หางเสือ) และอีกอย่างหนึ่งเนื่องจากซีเลียที่ร่องปาก ซึ่งมีจำนวนมากกว่าโบกพัดแรงกว่าบริเวณอื่น จึงทำให้หมุน

การเคลื่อนที่ของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง

การเคลื่อนที่ของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง

การเคลื่อนที่ไส้เดือน

•  ไส้เดือน (earth worm) ไส้เดือนจัดอยู่ในไฟลัมแอนเนลิดา (annelida) ไส้เดือนมีกล้ามเนื้อ 2 ชุด คือ กล้ามเนื้อวงกลมรอบตัว (circular muscle) อยู่ทางด้านนอก และกล้ามเนื้อตามยาว (longitudinal muscle) ตลอดลำตัวอยู่ทางด้านในนอกจากนี้ไส้เดือนยังใช้เดือย (setae) ซึ่งเป็นโครงสร้างเล็ก ๆ ที่ยื่นออกจากผนังลำตัวรอบปล้องช่วยในการเคลื่อนที่ด้วย

ขณะที่ไส้เดือนเคลื่อนที่จะใช้เดือยจิกดินไว้ กล้ามเนื้อวงกลมหดตัว ส่วนกล้ามเนื้อตามยาวคลายตัว ทำให้ลำตัวยืดยาวออก เมื่อสุดแล้วส่วนหน้า คือ ปล้องแรกของไส้เดือนกับเดือยจะจิกดินแล้วกล้ามเนื้อวงกลมคลายตัว กล้ามเนื้อตามยาวหดตัว ดึงส่วนท้ายของลำตัวให้เคลื่อนมาข้างหน้า การเคลื่อนที่ของไส้เดือน เกิดจากการทำงานร่วมกันของกล้ามเนื้อวงกลมและกล้ามเนื้อตามยาว หดตัวและคลายตัวเป็นระลอกคลื่นจากทางด้านหน้ามาทางด้านหลังทำให้เกิดการเคลื่อนที่ไปทางด้านหน้า

•  พลานาเรีย (planaria) พลานาเรียเป็นสัตว์จำพวกหนอนตัวแบน อาศัยอยู่ในน้ำ

พลานาเรียมีกล้ามเนื้อ 3 ชนิด คือ 

● กล้ามเนื้อวง (circular muscle) อยู่ทางด้านนอก

● กล้ามเนื้อตามยาว (longitudinal muscle) อยู่ทางด้านใน

● กล้ามเนื้อทแยง (oblique muscle) ยึดอยู่ระหว่างส่วนบนและส่วนล่างของลำตัว

พลานาเรีย เคลื่อนที่โดยการลอยไปตามน้ำ หรือ คืบคลานไปตามพืชใต้น้ำโดยอาศัยกล้ามเนื้อวงและกล้ามเนื้อตามยาว ส่วนกล้ามเนื้อทแยงจะช่วยให้ลำตัวแบนบางและพลิ้วไปตามน้ำในขณะที่พลานาเรียเคลื่อนไปตามผิวน้ำซีเลียที่อยู่ทางด้านล่างของลำตัวจะโบกพัดไปมาช่วยเคลื่อนตัวไปได้ดียิ่งขึ้น

•  แมงกะพรุน (jelly fish)

แมงกะพรุนมีรูปร่างคล้ายกระดิ่ง มีลำตัวนิ่มมาก มีของเหลว 

เรียกว่า มีโซเกลีย (mesoglea) แทรกอยู่ระหว่างเนื้อเยื่อชั้นนอก

และเนื้อเยื่อชั้นใน มีน้ำเป็นองค์ประกอบเป็นส่วนใหญ่

ของลำตัวแมงกะพรุน เคลื่อนที่โดยการหดตัวของเนื้อเยื่อ

บริเวณขอบกระดิ่งและที่ผนังลำตัวสลับกัน ทำให้พ่นน้ำ

ออกมาทางด้านล่างส่วนตัวจะพุ่งไปในทิศทางตรงข้ามกับ

ทิศทางน้ำที่พ่นออกมา การหดตัวนี้จะเป็นจังหวะทำให้

ตัวแมงกะพรุนเคลื่อนไปเป็นจังหวะด้วย

•  หมึก (squid) หมึกเป็นสัตว์กลุ่มเดียวกับหอย

หมึกเคลื่อนที่โดยการหดตัวของกล้ามเนื้อลำตัว พ่นน้ำออกมา

จากไซฟอน (siphon) ซึ่งอยู่ทางส่วนล่างของส่วนหัวทำให้ตัว

พุ่งไปข้างหน้าในทิศทางที่ตรงข้ามกับทิศทางของน้ำ นอกจากนี้

เปลี่ยนแปลงทิศทางของน้ำที่พ่นออกมาและยังทำให้เกิดการ

เปลี่ยนแปลงทิศทางของการเคลื่อนที่ด้วย ส่วนความเร็ว

ขึ้นอยู่กับความแรงของการบีบตัวของกล้ามเนื้อลำตัวแล้วพ่นน้ำออกมา 

และหมึกยังมีครีบอยู่ทางด้านข้างลำตัวช่วยในการทรงตัวให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางที่เหมาะสม

• ดาวทะเล (sea star) เป็นสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง มีโครงแข็งที่ผิวนอกไม่ได้ยึดเกาะกับกล้ามเนื้อ ดาวทะเลมีระบบการเคลื่อนที่ด้วยระบบท่อน้ำ (water vascularsystem) ประกอบด้วย

มาดรีโพไรต์ (madrepolite) มีลักษณะคล้ายตะแกรงเป็นทางให้น้ำเข้า สโตนแคเนล (stonecanal) เป็นท่อที่ต่อมาจากมาดรีโพไรต์ ริงแคแนล (ring canal) เป็นท่อวงแหวนที่อยู่รอบปากน้ำจาก มาดรีโพไรต์และสโตนแคแนล มาเปิดเข้าส่วนนี้ เรเดียลแคแนล (radial canal)เป็นท่อยาวยื่นจาก ริงแคแนลเข้าไปในอาร์มแต่ละอัน แลเทอรอลแคแนล (lateral canal)เป็นท่อสั้นๆ ที่ยื่นออกมาจากเรเดียลแคแนลทางด้านข้างจำนวนมาก ทิวบ์ฟีท (tube feet) มีลักษณะเป็นหลอดยาวปลายตันที่ต่อมาจากแลเทอรอบแคแนล ทิวบ์ฟีท เป็นท่อปิดรูปทรงกระบอก ปลายที่ยื่นออกนอกลำตัวมีผนังเป็นกล้ามเนื้อทำหน้าที่เป็นอวัยวะเกาะติดหรือชัคเกอร์ (sucker) ปลายอีกด้านหนึ่งเป็นกระเปาะกล้ามเนื้อเรียกว่า แอมพูลลา (ampulla)

ดาวทะเลเคลื่อนที่โดยแอมพลูลาหดตัว จะดันน้ำไปตามทิวบ์ฟีททำให้ทิวบ์ฟีทยืดยาวออก เมื่อเคลื่อนที่ไปแล้วทิวบ์ฟีทหดสั้นเข้า ดันน้ำกลับเข้าสู่แอมพูลลาใหม่ การหดตัวและคลายตัวของทิวบ์ฟีทอาศัยแรงดันของน้ำไม่อาศัยแอนตาโกนิซึมของกล้ามเนื้อ การยืดและหดตัวของทิวบ์ฟีท หลายๆ อันต่อเนื่องกันทำให้ดาวทะเลเคลื่อนไหวได้

แมลง (insect) เป็นสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังแต่แมลงมีโครงร่างภายนอก(exoskeleton) ซึ่งเป็นสารพวกไคทินมีลักษณะเป็นโพรงเกาะกันด้วยข้อต่อซึ่งเป็นเยื่อที่งอได้ ข้อต่อข้อแรกของขากับลำตัว เป็นข้อต่อแบบบอลแอนด์ซอกเก็ต (ball and socket) ส่วนข้อต่อแบบอื่นๆ เป็นแบบ บานพับ การเคลื่อนไหวเกิดจากทำงานสลับกันของกล้ามเนื้อเฟล็กเซอร์ (flexor) และเอ็กเทนเซอร์ (extensor) ซึ่งเกาะอยู่โพรงไคทินนี้ โดยกล้ามเนื้อเฟล็กเซอร์ (flexor) ทำหน้าที่ในการงอขา และกล้ามเนื้อเอ็กเทนเซอร์ (extensor) ทำหน้าที่ในการเหยียดขา ซึ่งการทำงานเป็นแบบแอนทาโกนิซึม (antagonism) เหมือนกับคน

        แมลงเป็นสัตว์ขนาดเล็ก มีลำตัวเบา แต่มีปีกขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับลำตัว แมลงมีระบบกล้ามเนื้อเป็น 2 แบบ คือ

1. ระบบกล้ามเนื้อที่ติดต่อกับโคนปีกโดยตรง

มีกล้ามเนื้อคู่หนึ่งเกาะอยู่ที่โคนปีกด้านในและส่วนท้องเมื่อกล้ามเนื้อคู่นี้หด ตัวจะทำให้ปีกยกขึ้น และกล้ามเนื้ออีกคู่หนึ่งเกาะอยู่กับโคนปีกด้านนอกและส่วนท้องเมื่อกล้ามเนื้อคู่นี้ หดตัวจะทำให้ปีกลดตัวต่ำลง การทำงานของกล้ามเนื้อมัดนี้เป็นแบบแอนทาโกนิซึม (antagonism)ทำให้ปีกของแมลงยกขึ้นและกดลง จึงทำให้เกิดการบินขึ้นได้แก่ แมลงชนิดต่าง ๆ เช่น แมลงปอ

ผีเสื้อ

2. ระบบกล้ามเนื้อที่ไม่ติดต่อกับปีกโดยตรง

ระบบกล้ามเนื้อที่ไม่ติดกับปีกโดยตรง แต่ติดต่อกับผนังส่วนอก กล้ามเนื้อคู่หนึ่งเป็นกล้ามเนื้อตามขวาง โดยเกาะอยู่กับผนังด้านบนของส่วนอกกับผนังด้านล่างของส่วนอก เมื่อกล้ามเนื้อคู่นี้หดตัวทำให้ช่องอกแคบเข้าและลดต่ำลงเกิดการยกปีกขึ้น ส่วนกล้ามเนื้ออีกคู่หนึ่งจะเป็นกล้ามเนื้อตามยาวไปตามลำตัวเมื่อกล้ามเนื้อคู่นี้หดตัว ทำให้ช่วงอกยกสูงขึ้นทำให้กดปีกลงด้านล่าง การทำงานของกล้ามเนื้อทั้งสองคู่นี้จะทำงานประสานกันเป็นแบบ แอนทาโกนิซึม(antagonism) จึงทำให้ปีกขยับขึ้นลงและบินไปได้ ได้แก่ แมลง

การเคลื่อนที่ของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง

ปลา 

        จะเห็นว่าการทำงานของกล้ามเนื้อของปลาขณะที่มีการเคลื่อนที่ พบว่าเกิดจากหดตัวและคลายตัวของกล้ามเนื้อที่ยึดติดอยู่กับกระดูกสันหลัง การหดตัวของกล้ามเนื้อในแต่ละส่วนของลำตัวปลาไม่พร้อมกัน จะเริ่มทยอยจากด้านหัวไปด้านหางทำให้ลำตัวปลามีลักษณะโค้งไปมา ประกอบกับส่วนหางโค้งงอสลับไปมาทางด้านซ้ายและขวา เมื่อกระทบกับแรงต้านของน้ำรอบๆ ตัว จะผลักดันให้ปลาเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

นก

นกเป็นสิ่งมีชีวิตที่บิน  นกมีกล้ามเนื้อ 2 ชุดคือ กล้ามยกปีกและกล้ามเนื้อกดปีก

การทำงานของกล้ามเนื้อของนกเป็นการทำงานแบบแอนตาโกนิซึมหรือเรียกว่าการทำงานของกล้ามเนื้อแบบตรงกันข้าม

เมื่อกล้ามเนื้อยกปีกหดตัวและกล้ามเนื้อกดปีกคลายตัวจะทำให้ปีกของนกยกขึ้น

และเมื่อกล้ามเนื้อกดปีกหดตัวและกล้ามเนื้อยกปีกคลายตัวจะทำให้ปีกของนกกดลง

โครงสร้างที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของคน

เมื่อพิจารณาอากัปกิริยาต่างๆ ของนักเรียน เช่น การกิน การนอน การวิ่ง ล้วนแล้วแต่เป็นการเคลื่อนไหลที่เกิดจากระบบโครงกระดูกและระบบกล้ามเนื้อทั้งสิ้น โครงกระดูกและกล้ามเนื้อทำงานสัมพันธ์กันอย่างไร คนจึงเคลื่อนที่ได้ นักเรียนจะได้ศึกษาต่อไปนี้

ระบบโครงกระดูก

สัตว์มีกระดูกสันหลังทุกชนิดมีระบบโครงกระดูกที่คล้ายคลึงกัน คือ ประกอบด้วยกระดูกแกน (axial skeleton) และกระดูกรยางค์ (appendicular skeleton) แต่ในบทนี้จะเน้นระบบโครงกระดูกของคนดังภาพที่ 7-13

ภาพที่ 7-13 กระดูกของคน
- การที่โครงกระดูกของคนไม่ต่อกันเป็นชิ้นเดียวและมีจำนวนมาก มีประโยชน์ต่อการเคลื่อนที่อย่างไร

               เมื่อร่างกายของคนเจริญเติบที่จะประกอบด้วย กระดูก ประมาณ 206 ชิ้น ต่อกัน สามารถแบ่งออกเป็น2 กลุ่ม ตามตำแหน่งที่อยู่ คือ กระดูกแกนและกระดูกรยางค์ นักเรียนคิดว่ากระดูกประมาณ 206 ชิ้น ต่อกัน สามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม ตามตำแหน่งที่อยู่ คือ กระดูกแกนและกระดูกรยางค์นักเรียนคิดว่ากระดูกแกนและกระดูกรยางค์มีความสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของคนอย่างไร

กระดูกแกน
กระดูกแกนมีจำนวน 80 ชิ้น ประกอบด้วยกระดูกกะโหลกศีรษะ กระดูกหน้าอก และกระดูกซี่โครงกระดูกกะโหลกศีรษะเป็นกระดูกที่เป็นแผ่นเชื่อมติดกันภายในมีลักษณะเป็นโพรงสำหรับบรรจุสมอง ทำหน้าที่ป้องกันสมองไม่ให้ได้รับอันตราย

กระดูกสันหลังทำหน้าที่ช่วยค้ำจุน และรองรับน้ำหนักของร่างกายประกอบด้วยกระดูกที่มีลักษณะเป็นข้อๆต่อกัน ระหว่างกระดูกสันหลังแต่ละข้อจะมีแผ่นกระดูกอ่อน (cartiage) หรือที่เรียกกันว่าหมอนรองกระดูก ทำหน้าที่รองและเชื่อมกระดูกนี้เสื่อมจะไม่สามารถเอี้ยว หรือบิดตัวได้ กระดูกสันหลังแต่ละข้อจะมีช่องให้ไขสันหลังสอดผ่านและมีส่วนของจะงอยยื่นออกมาเป็นที่เกาะของกล้ามเนื้อและเอ็น กระดูกสันหลังช่วงงอกจะมีกระดูกซี่โครงมาเชื่อมต่อ ดังภาพที่ 7-14
 

ภาพที่ 7-14 ก. กระดูกสันหลัง                     ข. กระดูกซี่โครง

กระดูกซี่โครงมีทั้งหมด 12 คู่ กระดูกซี่โครงทุกๆ ซี่จะไปต่อกับด้านข้างของกระดูกสันหลังบริเวณทรวงอก โดยปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมกับกระดูกหน้าอก ยกเว้นกระดูกซี่โครงคู่ที่ 11 และ 12 จะเป็นซี่สั้นๆ ไม่เชื่อมต่อกับกระดูกหน้าอก เรียกว่า ซี่โครงลอยดังภาพที่ 7-14 
              - ถ้าหมอนรองกระดูกเสื่อมจะเกิดผลอย่างไร
              - กระดูกซี่โครงสร้างโครงและกล้ามเนื้อยึดซี่โครงเกี่ยวข้องกับการหายใจอย่างไร

กระดูกรยางค์

กระดูกรยางค์ มีทั้งสิ้น 126 ชิ้น ได้แก่กระดูกแขก กระดูกขา รวมไปถึงกระดูกสะบัก และกระดูกเชิงกราน ซึ่งเป็นที่ยึดเกาะของแขนและขา

ข้อต่อ และเอ็นยึดกระดูก 

จากภาพที่ 7-13 จะเห็นว่าโครงกระดูกประกอบด้วยกระดูกหลายชิ้นต่อกัน ตำแหน่งที่กระดูก 2 ชิ้น มาต่อกันเรียกว่า ข้อต่อ (joint)  นักเรียนคิดว่าข้อต่อมีความสำคัญต่อการเคลื่อนไหวของร่างกายอย่างไร

ข้อต่อมีหลายลักษณะอย่างไรบ้าง นักเรียนสามรถศึกษาได้จากกิจกรรมที่ 7.2 

กิจกรรมที่ 7.2 ชนิดของข้อต่อกับการเคลื่อนไหว 
วิธีการทดลอง 

1. ใช้มือหนึ่งจับโคนนิ้วชี้ให้แน่นกระดกปลายนิ้วไปมาดังภาพ ก. สังเกตลักษณะทิศทางการเคลื่อนไหว
ของปลายนิ้ว บันทึกผล 
2. ใช้มือขวาจับเหนือข้อศอกแขนซ้ายให้แน่นและเคลื่อนส่วนปลายแขนไปดังภาพ ข. สังเกตลักษณะทิศ
ทางการเคลื่อนไหวของปลายแขน บันทึกผล
3. ให้นักเรียนหมุนแขนไปมา สังเกตลักษณะทิศทางการเคลื่อนไหวของแขน บันทึกผล 
4. ให้นักเรียนเคลื่อนไหวข้อต่อบริเวณอื่นๆ เช่น หัวเข่า ศีรษะ สังเกตลักษณะทิศทางการเคลื่อนไหว บันทึกผล

- ทุกๆ ส่วนของร่างกายที่ทดลองมีขอบเขตในการเคลื่อนไหวเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร
- นักเรียนคิดว่าสิ่งที่จำกัดขอบเขตในการเคลื่อนไหวของร่างกายส่วนที่ทดลองคืออะไรจากการทดลองนักเรียนแบ่งชนิดของข้อต่อได้กี่ชนิดอะไรบ้างและใช้อะไรเป็นเกณฑ์
- เมื่อทดลองเคลื่อนไหว นิ้วเท้า หัวเข่าและต้นขา นักเรียนบอกได้หรือไม่ว่า ข้อต่อตรงส่วนนั้นเป็นข้อต่อชนิดใด และส่วนใดบ้างที่เคลื่อนไหวไม่ได้
- การเคลื่อนไหวของกระดูกหัวเข่า กระดูกโคนขา และกระดูกเชิงกรานเหมือนกันหรือไม่อย่างไร

ข้อควรระวัง การตรวจสอบการเคลื่อนไหวของอวัยวะดังกล่าว ควรทำด้วยความระมัดระวัง โดยเฉพาะบริเวณศีรษะ 

               จากกิจกรรมที่ 7.2 นักเรียนจะเห็นว่า ข้อต่อช่วยให้อวัยวะต่างๆ ที่ช่วยในการเคลื่อนไหวสารถเคลื่อนไหวได้สะดวก
อย่างไรก็ดี การเคลื่อนไหวของร่างกายบางส่วนสามารถเคลื่อนไหวได้หลายทิศทาง บางส่วนเคลื่อนไหวได้เฉพาะการเหยียดและงอเข้าเท่านั้น ที่เป็นเช่นนี้เนื่องจากเชื่อมต่อกันของกระดูกตรงข้อต่อนั้นมีหลายลักษณะ ข้อต่อบางแห่งมีลักษณะการเชื่อมต่อเหมือนบานพับ ทำให้เคลื่อนไหวตรงส่วนนั้นจากัดได้เพียงทิศทางเดียวเช่นเดียวกับการเคลื่อนไหวของบานพับประตู หรือหน้าต่างเชน ข้อต่อบริเวณข้อศอก

               การเชื่อมกันของกระดูกบางแห่ง เป็นไปในลักษณะคล้ายลูกกลมในบ้ากระดูก ทำให้ร่างกายส่วนนั้นเคลื่อนไหวอย่างอิสระหลายทิศทาง เช่น ข้อต่อที่หัวไหล่

               ข้อต่อบางแห่งเป็นแบบชนิดประกบส่วนในลักษณะเดือยทำให้สามารถก้ม เงย บิด ไปทางซ้าย ขวา เช่น ข้อต่อ ที่ต้นคอกับฐานของกะโหลกศีรษะ อย่างไรก็ตามแม้ว่าข้อต่อของกระดูกส่วนใหญ่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวได้ ดังภาพ 7-15 ก. แต่มีข้อต่อบางแห่งที่หำหน้ายึดกระดูก และทำให้เกิดการเคลื่อนไหวได้เพียงเล็กน้อยเช่น ข้อต่อของกระดูกซี่โครง หรือข้อต่อที่เคลื่อนไหวไม่ได้เลยเช่น ข้อต่อของกะโหลกศีรษะ ดังภาพที่ 7-15 ข. 
 

                                      ภาพที่ 7-15   ก.ลักษณะข้อต่อชนิดเคลื่อนไหวได้แบบต่างๆ    ข. ลักษณะข้อต่อชนิดเคลื่อนไหวไม่ได้

ระหว่างกระดูกบริเวณข้อต่อจะมีของเหลว เรียกว่า น้ำไขข้อ (synovial fluid) หล่อลื่นอยู่ ดังภาพที่ 7-16 ทำให้กระดูกไม่เสียดสีกันขณะเคลื่อนไหว และทำให้เคลื่อนไหวได้สะดวกไม่เกิดความเจ็บปวด

การทีกระดูกมีลักษณะเป็นข้อต่อ จำเป็นจะต้องมีโครงสร้างที่ยึดกระดูกให้เชื่อมติดต่อกัน เพื่อทำหน้าที่เป็นโครงร่างค้ำจุนร่างกายและทำให้กระดูกทำงานสัมพันธ์กันในการเคลื่อนไหว โครงสร้างดังกล่าวได้แก่ เนื้อเยื่อเกี่ยวที่มีความเหนียวทนทาน เรียกว่า เอ็นยึดข้อ (ligament)

 

ภาพที่ 7-16 ตำแหน่งของน้ำไขข้อ

ระบบกล้ามเนื้อ

การทำงานของระบบโครงกระดูกเพียงระบบเดียว ไม่สามารถทำให้ร่างกายเคลื่อนไหวได้ ต้องอาศัยการทำงานร่วมกับระบบกล้ามเนื้อซึ่งจัดได้ว่าเป็นแหล่งพลังงานกลเพราะเมื่อกล้ามเนื้อหดตัว ย่อมทำให้เกิดเคลื่อนไหวของสัตว์ กล้ามเนื้อของสัตว์มีกระดูกสันหลังมีหลายประเภท ซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษาจากภาพที่ 7-17

 

                                                                     ภาพที่ 7-17 ก. ภาพถ่ายวาดของกล้ามเนื้อยึดกระดูก

                                                                                          ข. ภาพถ่ายและวาดกล้ามเนื้อหัวใจ ค. ภาพถ่ายและภาพวาดของกล้ามเนื้อเรียบ 

- จงเปรียบเทียบภาพของกล้ามเนื้อทั้ง 3 ชนิด ว่าเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร

               จากภาพที่ 7-17 จะเห็นว่า กล้ามเนื้อของสัตว์มีกระดูกสันหลังแบ่งออเป็น 3 ชนิด คือกล้ามเนื้อยึดกระดูก กล้ามเนื้อหัวใจและกล้ามเนื้อเรียบ ดังนี้
              กล้ามเนื้อยึดกระดูก (skeletal muscle) เป็นกล้ามเนื้อที่เกาะติดกับโครงกระดูก เช่น กล้ามเนื้อแขน กล้ามเนื้อขา จึงทำหน้าที่เกี่ยวกับการเคลื่อนไหวร่างกายโดยตรง เมื่อนำเซลล์กล้ามเนื้อเหล่านี้มาศึกษาด้วยกล้ามจุลทรรศน์จะมองเห็นเป็นแถบลาย สีอ่อนสีเข้มสลับกันเห็นเป็นลาย(striation) เซลล์ของกล้ามเนื้อนี้มีลักษณะเป็นทรงกระบอกยาว แต่ละเซลล์มีหลายนิวเคลียส

              การทำงานของกล้ามเนื้อยึดกระดูกนั้นถูกควบคุมโดย ระบบประสาทโซมาติก  ดังนั้นการทำงานของกล้ามเนื้อชนิดนี้ ร่างกายสามารถบังคับได้ หรืออาจกล่าวว่าอยู่ในอำนาจจิตใจ

               กล้ามเนื้อหัวใจ(cardiac muscle) เซลล์มีรูปร่างเป็นทรงกระบอก แต่สั้นกว่าเซลล์กล้ามเนื้อยึดกระดูกและเห็นเป็นลายเช่นเดียวกัน แต่ตอนปลายของเซลล์มีการแตกแขนงและเชื่อมโยงติดต่อกันกับเซลล์ข้างเคียง

               การทำงานของกล้ามเนื้อหัวใจถูกควบคุมโดยระบบประสาท อัตโนวัติ ดังนั้นร่างกายไม่สามารถบังคับได้ จึงเป็นกล้ามเนื้อที่อยู่นอกอำนาจจิตใจ           

               กล้ามเนื้อเรียบ(smooth muscle) เป็นกล้ามเนื้อที่พบอยู่ตามอวัยวะภายใน เช่น ผนังกระเพาะอาหาร ผนังลำไล้ ผนังหลอดเลือด และม่านตา เป็นต้น กล้ามเนื้อเหล่านี้ประกอบด้วยเซลล์ที่มีลักษณะยาว หัวท้ายแหลม แต่ละเซลล์มี 1 นิวเคลียสไม่มีลายพาดขวาง

               การทำงานของกล้ามเนื้อเรียบถูกควบคุมโดยระบบประสาท อัตโนวัติ เช่นเดียวกับกล้ามเนื้อหัวใจ ซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษารายละเอียดในบทต่อไป

               นักเรียนได้ทราบมาแล้วว่าการเคลื่อนไหวของสัตว์เกิดจากการทำงานของกล้ามเนื้อ 2 ชุดที่ทำงานสัมพันธ์กันในสภาวะตรงกันข้าม
ในบทเรียนบทนี้นักเรียนจะได้ศึกษาการทำงานของกล้ามเนื้อยึดกระดูกของคนจากกิจกรรมที่ 7.3

กิจกรรมที่ 7.3 การทำงานของกล้ามเนื้อยึดกระดูกที่แขน

วัสดุอุปกรณ์

          1.โต๊ะ
          2.หนังสือ

วิธีการทดลอง

1.ให้นักเรียนวางปลายแขนราบไปกับพื้นโต๊ะในลักษณะหงายฝ่ามือ แล้วจับกล้ามเนื้อบริเวณต้นแขนด้านบน เปรียบเทียบกับกล้ามเนื้อต้นแขนด้านล่าง บันทึกผล
2.วางหนังสือบนฝ่ามือและยกหนังสือขึ้น โดยการงอข้อศอกเท่านั้น ลองจับกล้ามเนื้อทั้ง 2 ตำแหน่งเดิมนั้นอีกครั้งหนึ่ง บันทึกการแปลงเปลี่ยนของกล้ามเนื้อ
3.นำหนังสือออกจากฝ่ามือ เปลี่ยนเป็นการออกแรงให้ปลายแขนกดพื้นโต๊ะ ลองจับกล้ามเนื้อทั้ง 2 ตำแหน่ง พร้อมทั้งบันทึกผลเช่นเดียวกับข้อ 2

-กล้ามเนื้อแขนขณะที่ออกแรงยกหนังสือหรือกดพื้นโต๊ะกับขณะวางราบบนพื้นโต๊ะมีลักษณะแตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร
-นักเรียนจะสรุปผลการทดลองเกี่ยวกับการทำงานของกล้ามเนื้ออย่างไร

               จากกิจกรรมจะเห็นได้ว่ากล้ามเนื้อยึดกระดูกจะทำงานเป็นคู่การงอและเหยียดแขนเกิดจากการทำงานของกล้ามเนื้อไบเซพ(bicep) และ ไตรเซพ(triceps) ขณะที่ไปเซทหดตัว ไตรเซพจะคลายตัวทำให้แขนงอเข้า และขณะที่ไบเซพจะหดตัวทำให้แขนเหยียดออก ดังภาพที่ 7-18

 

ภาพที่ 7-18 ลักษณะการทำงานของกล้ามเนื้อไบเซพและไตรเซพ

เมื่อกล้ามเนื้อหดตัวจะเกิดแรงดึงให้กระดูกทั้งท่อนเคลื่อนไหวได้ เพราะระหว่างกล้ามเนื้อกับกระดูกมีเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่มีความเหนียวแข็งแรงและทนทานแรงดึงหรือรองรับน้ำหนักเรียกว่าเอ็นยึดกระดูก (tendon) ยึดอยู่ดังภาพที่ 7-18

-เอ็นยึดข้อและเอ็นยึดกระดูกเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร
-นักเรียนคิดว่าขณะที่ร่างกายเคลื่อนที่ การทำงานของกระดูก กล้ามเนื้อและข้อต่อมีความสัมพันธ์กันอย่างไร

รู้หรือเปล่าเอ็นที่ยึดระหว่างกล้ามเนื้อน่องกับกระดูกสันเท้า เรียกว่าเอ็นร้อยหวาย

 

เชื่อมโยงกับฟิสิกส์
การหดตัวของกล้ามเนื้อที่ทำให้กระดูกเคลื่อนที่อาศัยหลักการทำงานโดยการออกแรงด้านน้ำหนักแบบคานงัดคานดีด โดยมีข้อต่อระหว่างกระดูกเป็นจุดหมุน (Fulcrum) ดังภาพ กล้ามเนื้อกับกระดูกทำงานโดยอาศัยหลักการของคาน(lever) คือมีกระดูกเป็นคานและข้อต่อเป็นจุดหมุนเช่นเดียวกับปากคีบ

               จากที่กล่าวมาแล้ว การเคลื่อนไหวของกระดูกเกิดจากการหดตัวและคลายตัวของกล้ามเนื้อ 2 ชุดที่ทำในสภาวะตรงกันข้ามนักเรียนคิดว่ากล้ามเนื้อหดตัวและคลายตัวได้อย่างไร

โครงสร้างและการทำงานของกล้ามเนื้อยึดกระดูก

               กล้ามเนื้อยึดกระดูกแต่ละมัดประกอบด้วย เส้นใยกล้ามเนื้อ (muscle fiber) หรือเซลล์กล้ามเนื้อ (muscle cell) ภายในเส้นใยกล้ามเนื้อประกอบด้วยเส้นใยกล้ามเนื้อเล็ก (myofibrils) มีลักษณะเป็นท่อนยาวเรียงซ้อนกันเส้นใยกล้ามเนื้อเล็กเหล่านี้จะอยู่รวมกันเป็นมัด

เส้นใยกล้ามเนื้อเล็กประกอบด้วย ไมโครฟิลาเมนท์ 2 ชนิดคือ ชนิดบาง ซึ่งเป็นสายโปรตีนแอกทิน (act in) และชนิดหนาซึ่งเป็นสายโปรตีนไมโอซิน(myosin) แอกทินและไมโอซินเรียงตัวขนานกัน ดังภาพที่ 7-19

 

ภาพที่ 7-19 เส้นใยกล้ามเนื้อ เส้นใยกล้ามเนื้อเล็ก และการเรียงตัวของแอกทินกับไมโอซิน

               นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาการทำงานของเส้นใยกล้ามเนื้อมานานแล้ว แต่ยังไม่ทราบแน่ชัด ต่อมาฮักซเลย์และแฮนสัน (H.E.HuxleyและJean Hanson)ได้เสนอสมมติฐานการหดตัวของกล้ามเนื้อเกิดจากการเลื่อนตัวของแอกทินเข้าหากันตรงกลาง (sliding filament hypothesis) การเลื่อนของโปรตีนดังกล่าวทำให้เส้นใยกล้ามเนื้อหดตัว