วิชาการ.คอม-บทเรียนออนไลน์-โครงสร้างที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของคน | บทเรียน วิชาการ.คอม
ชีววิทยา
 

โครงสร้างที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของคน

สร้างเมื่อ 23 ก.พ. 2555 15:02:24
  • ระดับม.5
  • 16,925 view

โครงสร้างที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของคน

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


ภาพที่ 7-13 กระดูกของคน

-    การที่โครงกระดูกของคนไม่ต่อกันเป็นชิ้นเดียวและมีจำนวนมากมีประโยชน์ต่อการเคลื่อนที่อย่างไร

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

รู้หรือเปล่า

ภายในกระดูกประกอบด้วยเซลล์กระดูก เนื้อเยื่อประสาทหลอดเลือด
สารประกอบแคลเซียมคาร์บอเนต  และแคลเซียมฟอสเฟต
ภายในกระดูกท่อนยาวๆ มี เซลล์ไขกระดูก(bone marrow cell)
ซึ่งในการวัยเด็กทำหน้าที่สร้างเซลล์เม็ดเลือดแดงเซลล์เม็ดเลือดขาวและเพลตเลต
แต่เมื่อเจริญเติบโตแล้วจะมีไขมันมาสะสมบริเวณไขกระดูกทำให้สร้างเซลล์เม็ดเลือดไม่ได้
จะเหลือแต่บริเวณปลายกระดูกที่เรียนว่าไขกระดูกที่เรียกว่าไขกระดูกแดง ทำหน้าที่สร้างเซลล์เม็ดเลือดแดง

กระดูกแกน
           กระดูกแกนมีจำนวน 80 ชิ้น ประกอบด้วยกระดูกกะโหลกศีรษะ กระดูกหน้าอก และกระดูกซี่โครง

           กระดูกกะโหลกศีรษะเป็นกระดูกที่เป็นแผ่นเชื่อมติดกันภายในมีลักษณะเป็นโพรงสำหรับบรรจุสมอง ทำหน้าที่ป้องกันสมองไม่ให้ได้รับอันตราย

           กระดูกสันหลังทำหน้าที่ช่วยค้ำจุน  และรองรับน้ำหนักของร่างกายประกอบด้วยกระดูกที่มีลักษณะเป็นข้อๆต่อกัน ระหว่างกระดูกสันหลังแต่ละข้อจะมีแผ่นกระดูกอ่อน (cartiage) หรือที่เรียกกันว่า หมอนรองกระดูก 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
 
           การทำงานของกล้ามเนื้อยึดกระดูกนั้นถูกควบคุมโดยระบบประสาทโซมาติก 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) และไตรเซพ (triceps) ขณะที่ไปเซทหดตัว ไตรเซพจะคลายตัวทำให้แขนงอเข้า และขณะที่ไบเซพจะหดตัวทำให้แขนเหยียดออก ดังภาพที่ 7-18 
 

ภาพที่ 7-18 ลักษณะการทำงานของกล้ามเนื้อไบเซพและไตรเซพ
 
            เมื่อกล้ามเนื้อหดตัวจะเกิดแรงดึงให้กระดูกทั้งท่อนเคลื่อนไหวได้  เพราะระหว่างกล้ามเนื้อกับกระดูกมีเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่มีความเหนียวแข็งแรงและทนทานแรงดึงหรือรองรับน้ำหนักเรียกว่า เอ็นยึดกระดูก (tendon) ยึดอยู่ดังภาพที่ 7-18

-เอ็นยึดข้อและเอ็นยึดกระดูกเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร
-นักเรียนคิดว่าขณะที่ร่างกายเคลื่อนที่ การทำงานของกระดูก กล้ามเนื้อและข้อต่อมีความสัมพันธ์กันอย่างไร
รู้หรือเปล่า
เอ็นที่ยึดระหว่างกล้ามเนื้อน่องกับกระดูกสันเท้า เรียกว่าเอ็นร้อยหวาย

 

เชื่อมโยงกับฟิสิกส์

การหดตัวของกล้ามเนื้อที่ทำให้กระดูกเคลื่อนที่อาศัยหลักการทำงานโดยการออกแรงด้านน้ำหนักแบบคานงัดคานดีด
 โดยมีข้อต่อระหว่างกระดูกเป็นจุดหมุน () ดังภาพ กล้ามเนื้อกับกระดูกทำงานโดยอาศัยหลักการของคาน()
คือมีกระดูกเป็นคานและข้อต่อเป็นจุดหมุนเช่นเดียวกับปากคีบ


         จากที่กล่าวมาแล้ว  การเคลื่อนไหวของกระดูกเกิดจากการหดตัวและคลายตัวของกล้ามเนื้อ 2 ชุดที่ทำในสภาวะตรงกันข้ามนักเรียนคิดว่ากล้ามเนื้อหดตัวและคลายตัวได้อย่างไร

โครงสร้างและการทำงานของกล้ามเนื้อยึดกระดูก
          กล้ามเนื้อยึดกระดูกแต่ละมัดประกอบด้วยเส้นใยกล้ามเนื้อ (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

         จากบทเรียนนี้นักเรียนคงเห็นแล้วว่า   การเคลื่อนไหวของสิ่งมีชีวิตจำเป็นต้องอาศัยระบบโครงร่างและระบบกล้ามเนื้อเป็นสำคัญตามความซับซ้อนของโครงสร้างและร่างกายของสิ่งมีชีวิตชนิดนั้นอย่างไรก็ดีสิ่งมีชีวิตบางชนิดอาจมีการปรับเปลี่ยนรูปร่างให้เหมาะสมเพื่อช่วยในการเคลื่อนไหวให้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น  จึงจำเป็นต้องอาศัยการทำงานร่วมกันของระบบต่างๆในร่างกายดังที่นักเรียนจะได้ศึกษาต่อไป

 




จำไว้ตลอด