กล้ามเนื้อ—งานออกแบบชิ้นเอก
ชีวิตอยู่ได้ด้วยการเคลื่อนไหว. ยกตัวอย่าง ทรวงอกของคุณพองขึ้นและยุบลงในการหายใจแต่ละครั้ง และหัวใจของคุณเต้นเป็นจังหวะ ทำให้คุณมีชีวิตอยู่ได้. อะไรทำให้เกิดการเคลื่อนไหวดังกล่าว? กล้ามเนื้อ!
กล้ามเนื้อเป็นเนื้อเยื่อที่เหนียวและยืดหยุ่นได้ ซึ่งทำให้ส่วนต่าง ๆ ในร่างกายของคุณทำงานได้ และแสดงความรู้สึกนึกคิดออกมาเป็นการกระทำได้. ไม่ว่าจะเป็นการยิ้ม, หัวเราะ, ร้องไห้, พูดคุย, เดิน, วิ่ง, ทำงาน, เล่น, อ่านหนังสือ, หรือรับประทานอาหาร ล้วนแล้วแต่เกี่ยวข้องกับกล้ามเนื้อ. นึกไม่ออกเลยว่ามีอะไรบ้างที่คุณทำโดยไม่เกี่ยวข้องกับกล้ามเนื้อ.
ในร่างกายของคุณมีกล้ามเนื้อประมาณ 650 มัด. กล้ามเนื้อที่เล็กที่สุดยึดติดอยู่กับกระดูกชิ้นจิ๋วที่สุดในหู. กล้ามเนื้อที่ใหญ่ที่สุดคือกล้ามเนื้อตะโพกตรงแก้มก้น ซึ่งทำให้ขาเคลื่อนไหว. กล้ามเนื้อซึ่งถูกออกแบบให้ทำงานนี้ ในผู้ชายรวมแล้วจะหนักประมาณครึ่งหนึ่งของน้ำหนักตัว ส่วนของผู้หญิงจะหนักประมาณหนึ่งในสามของน้ำหนักตัว. กล้ามเนื้อเหล่านี้เป็นเสมือน “เครื่องจักรชีวภาพ” และเจอรัลด์ เอช. พอลแลก ศาสตราจารย์ด้านชีววิศวกรรมให้ข้อสังเกตว่า กล้ามเนื้อ ‘เปลี่ยนพลังงานเป็นการเคลื่อนไหวในแต่ละวันมากกว่าเครื่องจักรทั้งหมดของมนุษย์รวมกัน รวมทั้งรถยนต์.’
แม้ขณะที่คุณกำลังพัก กล้ามเนื้อก็ยังอยู่ในสภาพพร้อม—พร้อมจะสนองการกระตุ้นให้ปฏิบัติการ. เส้นใยบางส่วนในกล้ามเนื้อแต่ละมัดจะหดตัวอยู่ตลอดเวลา. หากไม่มีการหดตัวบางส่วนเช่นนี้ ขากรรไกรของคุณก็จะอ้าค้างอยู่อย่างนั้น และอวัยวะภายในของคุณก็แทบจะไม่มีอะไรช่วยพยุงไว้. แม้ขณะที่คุณกำลังยืนหรือนั่ง กล้ามเนื้อก็มีการหดตัวอยู่บ้างเพื่อช่วยให้คุณอยู่ในท่านั้นต่อไปได้ หรือเพื่อช่วยไม่ให้คุณพลัดตกจากเก้าอี้.
กล้ามเนื้อชนิดต่าง ๆ
ร่างกายของคุณมีกล้ามเนื้ออยู่สามชนิด. แต่ละชนิดทำงานแตกต่างกัน. ชนิดแรกคือกล้ามเนื้อหัวใจ ทำหน้าที่ปั๊มหัวใจ. ตลอดชีวิตกล้ามเนื้อหัวใจมีเวลาพักครึ่งหนึ่ง เพราะหลังจากการหดตัวแต่ละครั้งมันจะต้องคลายตัวก่อนจะหดตัวในครั้งต่อไป.
อีกชนิดหนึ่งคือกล้ามเนื้อเรียบ. กล้ามเนื้อเรียบจะหุ้มอยู่รอบ ๆ อวัยวะภายในส่วนใหญ่ของคุณ รวมทั้งหลอดเลือด. กล้ามเนื้อเรียบไม่ถูกควบคุมโดยจิตใจ เหมือนกับกล้ามเนื้อหัวใจซึ่งอยู่นอกอำนาจควบคุมของจิตใจเช่นกัน. มันทำหน้าที่สำคัญ ๆ อย่างเช่น ขับดันของเหลวผ่านไตและกระเพาะปัสสาวะ, ขับดันอาหารผ่านระบบย่อยอาหาร, ควบคุมการไหลเวียนของเลือดผ่านหลอดเลือด, รักษารูปทรงของเลนส์ตา, และขยายช่องรับแสงของรูม่านตาของคุณ.
กล้ามเนื้อ 650 มัดที่คุณมีนั้น ส่วนใหญ่คือกล้ามเนื้อลาย. กล้ามเนื้อเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวที่อยู่ในอำนาจควบคุมของจิตใจ. คุณเรียนรู้วิธีควบคุมกล้ามเนื้อดังกล่าวตั้งแต่เกิด. ยกตัวอย่าง ทารกเรียนรู้วิธีขยับแขนและขาเพื่อจะก้าวเดินและทรงตัวได้. เนื่องจากกล้ามเนื้อทำงานโดยวิธีหดตัวเท่านั้น กล้ามเนื้อลายจึงทำงานเป็นคู่. เมื่อมัดหนึ่งหดตัว มัดตรงข้ามก็จะคลาย. หากไม่ทำงานร่วมกันเช่นนี้ ทุกครั้งที่คุณเกาศีรษะคุณคงต้องอาศัยแรงโน้มถ่วงช่วยดึงแขนของคุณลง. แทนที่จะเป็นอย่างนั้น กล้ามเนื้อไทรเซปของคุณซึ่งทำงานคู่กับกล้ามเนื้อไบเซป จะหดตัว ทำให้คุณสามารถเหยียดแขนออกได้อย่างรวดเร็ว.
กล้ามเนื้อมีขนาดและรูปทรงหลากหลาย. บ้างก็ยาวเรียว เช่น กล้ามเนื้อเอ็นหลังหัวเข่า. ส่วนกล้ามเนื้ออื่น ๆ ใหญ่และหนา อย่างเช่น กล้ามเนื้อตะโพกตรงแก้มก้น. ทุกส่วนได้รับการออกแบบเพื่อให้คุณเคลื่อนไหว. แผงซี่โครงคงจะแข็งทื่อหากไม่มีกล้ามเนื้ออยู่ตรงช่องว่างระหว่างซี่โครงนั้น. กล้ามเนื้อเหล่านี้ทำให้ผนังหน้าอกยืดหดเหมือนแอกคอร์เดียน ช่วยในการหายใจของคุณ. กล้ามเนื้อท้องซึ่งเหมือนมากกับชั้นต่าง ๆ ของไม้อัด ถูกเรียงเป็นชั้น ๆ ด้วยมุมต่าง ๆ เพื่อป้องกันอวัยวะบริเวณหน้าท้องของคุณไม่ให้เขยื้อนผิดที่.
การประสานงานของกล้ามเนื้อและเอ็น
กล้ามเนื้อต่าง ๆ ที่ไปดึงกระดูกของคุณถูกยึดติดกับกระดูกด้วยเนื้อเยื่อสีขาวเหนียวลักษณะคล้ายเชือกเรียกว่าเอ็น. เอ็นแทรกลึกเข้าไปในกล้ามเนื้อ และเข้าไปเชื่อมกับเนื้อเยื่อยึดต่อที่อยู่รอบ ๆ เส้นใยกล้ามเนื้อ. เนื้อเยื่อยึดต่อนี้สามารถส่งแรงที่เกิดภายในกล้ามเนื้อของคุณไปฉุดดึงเอ็นและทำให้กระดูกเคลื่อนไหว. เอ็นร้อยหวายเป็นเอ็นที่ทรงพลังที่สุด ถูกยึดติดกับน่องของคุณซึ่งเป็นหนึ่งในกล้ามเนื้อที่แข็งแรงที่สุดของร่างกาย. กล้ามเนื้อน่องทำงานเสมือนเป็นโช้กอัปหรือตัวลดความสั่นสะเทือน. เมื่อคุณเดิน, วิ่ง, หรือกระโดด กล้ามเนื้อเหล่านี้ทานแรงกดมากกว่าหนึ่งตัน.
มือของคุณที่ใช้ประโยชน์ได้สารพัดเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของการประสานงานระหว่างกล้ามเนื้อกับเอ็น. กล้ามเนื้อยี่สิบคู่ในแขนท่อนล่างของคุณเชื่อมต่อกับมือและกระดูกนิ้วซึ่งมีข้อต่อมากมาย ด้วยเอ็นยาวที่พาดผ่านใต้ข้อมือซึ่งเต็มไปด้วยเส้นเอ็นเล็ก ๆ. เอ็นยาวเหล่านี้พร้อมด้วยกล้ามเนื้ออีก 20 มัดซึ่งเรียงรายอยู่ตามฝ่ามือและนิ้วทำให้มือของคุณมีความคล่องแคล่วอย่างน่าทึ่ง ซึ่งจำเป็นต่อการประกอบชิ้นส่วนภายในอันละเอียดประณีตของนาฬิกาข้อมือชั้นเยี่ยม หรือจับด้ามขวานเพื่อผ่าฟืน.
กล้ามเนื้อใบหน้ามีมากกว่า 30 มัด
ใบหน้าของคุณแสดงออกซึ่งบุคลิกภาพมากกว่าส่วนอื่นใดของร่างกาย. เพื่อเตรียมไว้สำหรับการแสดงออกทางใบหน้าหลากหลายแบบนับไม่ถ้วน พระผู้สร้างจึงจัดใส่กล้ามเนื้อจำนวนมากไว้ในใบหน้าของคุณ—ทั้งหมดมีมากกว่า 30 มัด. แค่ยิ้มอย่างเดียวคุณต้องใช้กล้ามเนื้อถึง 14 มัด!
กล้ามเนื้อใบหน้าบางมัดมีพลังมาก เช่น กล้ามเนื้อที่ติดกับขากรรไกรของคุณซึ่งสามารถออกแรงได้ถึง 75 กิโลกรัมเพื่อเคี้ยวอาหาร. บางมัดบอบบาง กระนั้นก็ทนทาน เช่น กล้ามเนื้อที่ควบคุมหนังตาขณะคุณกะพริบมากกว่า 20,000 ครั้งต่อวันเพื่ออาบเคลือบดวงตาของคุณด้วยของเหลวที่ช่วยขจัดละอองฝุ่นและเชื้อโรค.
การออกแบบที่น่าทึ่ง
กล้ามเนื้อแต่ละมัดได้รับการออกแบบเพื่อให้หดตัวอย่างนุ่มนวล. กล้ามเนื้อลายจะต้องปรับขนาดของการหดตัวให้เหมาะสม เพื่อให้เกิดแรงที่เหมาะกับสิ่งของที่จะยก เช่น แรงที่ใช้สำหรับหยิบขนนกจะต่างจากแรงที่ใช้ยกของหนัก 10 กิโลกรัม. กล้ามเนื้อทำได้อย่างไร? ให้เรามาดูกัน.
กล้ามเนื้อทั้งหมดเกิดจากการรวมตัวของเซลล์. เนื่องจากเซลล์กล้ามเนื้อยืดได้ มันจึงถูกเรียกว่าเส้นใย. เส้นใยบางชนิดสีอ่อน บางชนิดสีเข้ม. เส้นใยสีอ่อนหดตัวได้เร็ว หรือเรียกว่าเส้นใยกระตุก. เส้นใยเหล่านี้จะทำงานเมื่อคุณต้องการได้แรงแบบฉับพลัน เช่น เมื่อยกของหนักหรือเมื่อวิ่งแข่ง 100 เมตร. เส้นใยกระตุกของกล้ามเนื้อมีกำลังมาก และน้ำตาลไกลโคเจนคือแหล่งที่ให้พลังงานแก่มัน. แต่กล้ามเนื้อชนิดนี้เมื่อยล้าเร็วและอาจเป็นตะคริวหรือถึงกับปวดด้วยซ้ำเนื่องจากการสะสมของกรดแลกติก.
เส้นใยกล้ามเนื้อที่มีสีเข้มจะหดตัวช้า หรือกระตุกช้า และได้รับการกระตุ้นจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของออกซิเจน. เนื่องจากเส้นใยเหล่านี้มีเลือดหล่อเลี้ยงอย่างอุดม และได้รับพลังงานจากออกซิเจนมากกว่าเส้นใยที่หดตัวเร็ว เส้นใยกระตุกช้าจึง “เป็นเส้นใยกล้ามเนื้อที่ทนทาน.”
เส้นใยอีกชนิดหนึ่งมีสีเข้มกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเส้นใยหดตัวเร็วที่มีสีอ่อน. เส้นใยนี้ดูคล้ายกับเส้นใยหดตัวเร็ว แต่ทนทานต่อการอ่อนล้า. เนื่องจากเส้นใยชนิดนี้นำทั้งน้ำตาลและออกซิเจนมาใช้เป็นพลังงานได้ง่าย ร่างกายของคุณจึงอาจใช้เส้นใยดังกล่าวเมื่อทำงานหนักติดต่อกันนาน ๆ.
เส้นใยชนิดต่าง ๆ เหล่านี้ปนกันอยู่ในกล้ามเนื้อแต่ละมัด และภายในกล้ามเนื้อชนิดต่าง ๆ. ยกตัวอย่าง นักวิ่งระยะไกลอาจมีเส้นใยกระตุกช้าโดยเฉลี่ย 80 เปอร์เซ็นต์ในกล้ามเนื้อขาของเขา ขณะที่นักวิ่งระยะสั้นอาจมีเส้นใยชนิดกระตุกเร็วมากกว่า 75 เปอร์เซ็นต์โดยเฉลี่ย.
ได้รับการกระตุ้นจากเส้นประสาท
เส้นใยกล้ามเนื้อทั้งหมดได้รับการกระตุ้นจากเส้นประสาท. เมื่อเส้นประสาทส่งกระแสสัญญาณไปยังกล้ามเนื้อของคุณ กล้ามเนื้อจะตอบสนองด้วยการกระตุก หรือการหดตัว. แต่ไม่ใช่เส้นใยทั้งหมดในกล้ามเนื้อนั้น ๆ จะหดตัวพร้อมกัน. แทนที่จะเป็นอย่างนั้น เส้นใยกล้ามเนื้อมีการจัดระบบเป็นหน่วยยนต์. ในหน่วยยนต์หนึ่งจะมีเส้นประสาทหนึ่งเส้นติดอยู่กับเส้นใยกล้ามเนื้อหลายเส้นและควบคุมเส้นใยเหล่านี้.
บางหน่วยยนต์ เช่นที่อยู่ในกล้ามเนื้อขาของคุณนั้น เส้นประสาทเส้นเดียวควบคุมเส้นใยกล้ามเนื้อมากกว่า 2,000 เส้น. แต่ในหน่วยยนต์หนึ่ง ๆ ของดวงตาคุณ จะควบคุมเส้นใยกล้ามเนื้อแค่สามเส้น. การมีเส้นใยกล้ามเนื้อจำนวนน้อยในหนึ่งหน่วยยนต์ และการมีหน่วยยนต์จำนวนมากในกล้ามเนื้อแต่ละมัด ก่อให้เกิดการเคลื่อนไหวที่ประสานงานได้ดีกว่าและนุ่มนวลกว่า เช่นที่ต้องใช้สำหรับการสนเข็ม หรือการเล่นเปียโน.
เมื่อคุณหยิบขนนก มีหน่วยยนต์เพียงบางหน่วยเท่านั้นที่หดตัว. ครั้นคุณยกของหนัก เซลล์ประสาทชนิดพิเศษในเส้นใยกล้ามเนื้อของคุณจะส่งข่าวไปยังสมองอย่างรวดเร็วดุจสายฟ้าแลบเพื่อขอให้หน่วยยนต์จำนวนเพิ่มขึ้นหดตัว โดยวิธีนี้ แรงที่คุณใช้ยกของดังกล่าวก็จะเพิ่มขึ้น. เมื่อคุณเดินช้า ๆ หน่วยยนต์บางหน่วยเท่านั้นที่ได้รับการกระตุ้น แต่ขณะที่คุณวิ่ง หน่วยยนต์จะได้รับการกระตุ้นเพิ่มขึ้นอีกหลายหน่วย และด้วยอัตราความถี่ที่สูงกว่าหลายเท่า.
กล้ามเนื้อหัวใจของคุณแตกต่างจากกล้ามเนื้อลายตรงที่มันหดตัวพร้อมกันและคลายตัวพร้อมกัน. เมื่อเซลล์หนึ่งในกล้ามเนื้อหัวใจได้รับการกระตุ้น มันจะกระจายคำสั่งนี้ไปทั่วทุกเซลล์ และเซลล์ทั้งหมดก็พลอยได้รับการกระตุ้นไปด้วย ยังผลให้กล้ามเนื้อหัวใจทั้งหมดหดตัวแล้วก็คลายตัว ประมาณ 72 ครั้งต่อนาที.
กล้ามเนื้อเรียบทำงานคล้ายกับกล้ามเนื้อหัวใจ—พอการหดตัวเริ่มขึ้น ทั้งอวัยวะนั้นก็จะหดตัว. แต่เมื่อเทียบกับกล้ามเนื้อหัวใจ กล้ามเนื้อเรียบหดตัวได้นานกว่าโดยไม่ล้า. คุณแทบจะไม่รู้ว่ามีกล้ามเนื้อเรียบอยู่ เว้นแต่คุณจะมีอาการปวดกระเพาะเป็นครั้งคราวเนื่องจากความหิว หรืออาการปวดเนื่องจากการหดตัวอย่างรุนแรงของมดลูกเวลาคลอด.
รักษากล้ามเนื้อของคุณให้มีสุขภาพดี
หนังสือกล้ามเนื้อ: ความมหัศจรรย์แห่งการเคลื่อนไหว (ภาษาอังกฤษ) กล่าวว่า “การออกกำลังกายเป็นประโยชน์ต่อทุกส่วนของร่างกาย ทั้งภายในและภายนอก. . . . กล้ามเนื้อที่ได้ออกกำลังเป็นประจำจะทำอะไร ๆ ได้ดีกว่า.” การออกกำลังกายทำให้กล้ามเนื้อแข็งแรง ซึ่งช่วยค้ำจุนอวัยวะภายในของคุณได้ดีกว่า และช่วยให้กล้ามเนื้อของคุณไม่อ่อนล้าง่าย.
มีการออกกำลังกายสองประเภทที่เป็นประโยชน์ต่อกล้ามเนื้อของคุณ. การออกกำลังกายแบบแอนแอโรบิก เช่น การยกน้ำหนักช่วงสั้น ๆ ในแต่ละวัน จะทำให้กล้ามเนื้อของคุณแข็งแกร่งขึ้น. กล้ามเนื้อที่แข็งแรงกว่าไม่เพียงเก็บน้ำตาลและกรดไขมันได้มากกว่า แต่ยังสามารถเผาผลาญสารเชื้อเพลิงเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า ซึ่งช่วยให้กล้ามเนื้อของคุณไม่อ่อนล้าง่าย.
ส่วนการออกกำลังกายกลางแจ้งในลักษณะต่าง ๆ แบบแอโรบิกอย่างเช่น การวิ่งเหยาะ, การว่ายน้ำ, การขี่จักรยาน, หรือการเดินเร็ว ช่วยให้ร่างกายมีพลานามัยสมบูรณ์. การออกกำลังกายที่ต้องอาศัยความอดทนแบบนี้ทำให้โลหิตไหลเวียนสู่กล้ามเนื้อมากขึ้น และยังเพิ่มไมโทคอนเดรียซึ่งช่วยสร้างเอทีพี อันเป็นสารประกอบที่ให้พลังงานซึ่งจำเป็นต่อการหดตัวของกล้ามเนื้อ. หัวใจของคุณได้รับประโยชน์โดยเฉพาะจากการออกกำลังกายแบบนี้ ซึ่งอาจช่วยป้องกันอาการกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือดเฉียบพลันได้ด้วยซ้ำ.
การยืดเส้นยืดสายก่อนจะออกกำลังกายอย่างเต็มที่อาจช่วยป้องกันกล้ามเนื้อของคุณไม่ให้เคล็ดขัดยอกหรือได้รับอันตรายอื่น ๆ. การอุ่นเครื่องก่อนออกกำลังกายดังกล่าวทำให้อุณหภูมิในกล้ามเนื้อของคุณสูงขึ้น ซึ่งช่วยให้เลือดไหลเวียนสู่กล้ามเนื้อมากขึ้น และเป็นการช่วยให้เอนไซม์ผลิตพลังงานมากขึ้นซึ่งทำให้กล้ามเนื้อของคุณหดตัวได้ดีขึ้น. การทำให้อุณหภูมิในร่างกายค่อย ๆ ลดลงด้วยการออกกำลังกายแบบเดียวกับตอนที่คุณอุ่นเครื่องจะช่วยขจัดการก่อตัวของกรดแลกติกซึ่งเป็นการป้องกันอาการปวดและเส้นตึง.
อย่างไรก็ตาม พึงสังเกตว่าคุณอาจก่อความเสียหายต่อกล้ามเนื้อลายได้หากออกกำลังกายหักโหมเกินไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าคุณไม่ได้รับการฝึกอบรมมา. นอกจากนี้ ถ้าคุณทำให้กล้ามเนื้อตึงเกินไปด้วยการปล่อยให้หดตัวนาน ๆ ซ้ำแล้วซ้ำอีกดังที่คุณได้ทำเมื่อค่อย ๆ วางของหนัก หรือเมื่อวิ่งลงจากเนินเขา เส้นใยกล้ามเนื้อของคุณอาจจะฉีกขาด. แม้การฉีกเล็กน้อยอันเนื่องมาจากความตึงเกินไปก็อาจเป็นสาเหตุของอาการกล้ามเนื้อหดเกร็งและการอักเสบอันแสนเจ็บปวด.
จงใส่ใจกล้ามเนื้อของคุณ. ให้กล้ามเนื้อได้ออกกำลังและพักอย่างเหมาะสมเพื่อมันจะรับใช้คุณต่อ ๆ ไปได้เสมือนเครื่องจักรที่ได้รับการออกแบบอย่างดี ‘หน่วยยนต์ชั้นยอด’ ในร่างกายของคุณ.
[จุดเด่นหน้า 20]
ในร่างกายของคุณมีกล้ามเนื้อประมาณ 650 มัด. กล้ามเนื้อที่ใหญ่ที่สุดคือกล้ามเนื้อตะโพกตรงแก้มก้น ซึ่งทำให้ขาเคลื่อนไหว
[กรอบหน้า 24]
กล้ามเนื้อและโภชนาการ
โภชนาการที่ดีเป็นปัจจัยสำคัญในการรักษากล้ามเนื้อให้แข็งแรง. อาหารที่อุดมด้วยแคลเซียม เช่น ผลิตภัณฑ์นม และที่อุดมด้วยโพแทสเซียม เช่น กล้วย รวมทั้งผลไม้จำพวกส้มและผลไม้แห้ง, ผักที่มีสีเหลืองแก่, ผลไม้เปลือกแข็ง, และเมล็ดพืช จะช่วยควบคุมการหดตัวของกล้ามเนื้อ. ขนมปังและอาหารธัญพืชที่ผสมด้วยเมล็ดข้าวที่ไม่ได้ขัดสีให้ธาตุเหล็กและวิตามินบีรวม โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิตามินบี 1 ซึ่งสำคัญมากต่อการเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรต, โปรตีน, และไขมันเป็นพลังงานที่กล้ามเนื้อของคุณต้องการ. การดื่มน้ำมาก ๆ ไม่เพียงช่วยรักษาความสมดุลของอิเล็กโทรไลต์ในร่างกายคุณเท่านั้น แต่ยังช่วยขจัดกรดแลกติกและของเสียอื่น ๆ ที่อาจรบกวนการทำงานของกล้ามเนื้อ.
[กรอบ/ภาพหน้า 22, 23]
ความมหัศจรรย์แห่งการหดตัวของกล้ามเนื้อ
การทำงานของกล้ามเนื้ออาจดูเหมือนเรียบง่าย. แต่กลไกของการหดตัวนั้นน่าพิศวง. ศาสตราจารย์เจอรัลด์ เอช. พอลแลก บอกว่า “ผมรู้สึกพิศวงในสุนทรียภาพแห่งการออกแบบของธรรมชาติ. การเปลี่ยนพลังงานเคมีไปเป็นพลังงานกลทำได้อย่างชำนิชำนาญ—อดไม่ได้ที่จะพูดว่าชาญฉลาดจริง ๆ—จนคนเราต้องอัศจรรย์ใจ.”
ให้เราลองใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนส่องดูปฏิบัติการอันซับซ้อนแห่งการหดตัวของกล้ามเนื้อ และเรียนรู้มากขึ้นเกี่ยวกับผลงานชิ้นเอกแห่งการออกแบบของพระผู้สร้างของเรา.
เซลล์กล้ามเนื้อแต่ละเซลล์ หรือที่เรียกว่าเส้นใยนั้น จริง ๆ แล้วก็คือการรวมกันเป็นมัดของเส้นใยที่เล็กกว่าซึ่งเรียกว่า เส้นใยเล็กกล้ามเนื้อ (myofibril) ที่เรียงตัวขนานกัน. เส้นใยเล็กกล้ามเนื้อแต่ละเส้นประกอบด้วยเส้นใยฝอย (myofilament) นับพัน ๆ ที่เรียวเล็กกว่า. เส้นใยฝอยบางเส้นก็หนา บางเส้นก็บาง. เส้นใยหนาประกอบด้วยมัยโอซิน เส้นใยบางประกอบด้วยแอกติน ซึ่งเป็นโปรตีนที่ช่วยให้เซลล์กล้ามเนื้อหดตัว.
ที่ผิวของเส้นใยกล้ามเนื้อแต่ละเส้นจะมีรอยบุ๋ม. เส้นใยประสาทที่แยกออกมาจากสันหลังจะมาสิ้นสุดที่นี่ และฝังเข้าไปในรอยบุ๋มนี้พอดี. กล้ามเนื้อของเราจะสั่นไหวเมื่อสมองส่งคำสั่งและข่าวสารไปถึงปลายประสาทผ่านทางเซลล์ประสาทนับล้าน ๆ ในระบบประสาทส่วนกลาง. ขณะที่ปลายประสาทแต่ละจุดได้รับการกระตุ้น ถุงเล็ก ๆ มากกว่า 100 ถุง จะเปิดพรึบเพื่อหลั่งสารเคมีอย่างหนึ่งซึ่งจะไปขยายกระแสสัญญาณของเซลล์ประสาทเมื่อมันมาสัมผัสเยื่อหุ้มเซลล์กล้ามเนื้อ. สิ่งนี้ก่อให้เกิดปฏิบัติการทางไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องซึ่งจะไปกระตุ้นเซลล์กล้ามเนื้อทั้งหมด ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ปล่อยไอออนแคลเซียมที่มีประจุไฟฟ้าออกมาเพื่อก่อกำเนิดกระบวนการเชิงกลของการหดตัว.
แล้วไอออนแคลเซียมก็จะกระจายไปยังเส้นใยกล้ามเนื้อทั้งมัดผ่านทางเครือข่ายท่อเชื่อมเล็ก ๆ และไปจับอยู่ตามโปรตีนต่าง ๆ. โดยวิธีใดวิธีหนึ่ง ปฏิบัติการที่แคลเซียมกระทำต่อโปรตีนเหล่านี้จะทำให้จุดต่าง ๆ ตามเส้นใยแอกตินบางซึ่งถูกโปรตีนปิดป้องอยู่นั้นเปิดออกหรือเข้าถึงได้.
ในเวลาเดียวกัน ปุ่มที่มีปลายมนซึ่งหุ้มด้วยสารประกอบให้พลังงานสูงที่เรียกว่าเอทีพี ซึ่งยื่นออกมาเป็นคู่ ๆ จากเส้นใยมัยโอซินหนาก็เริ่มปฏิบัติการ. ปุ่มหนึ่งของเส้นใยมัยโอซินจะยื่นไปยึดเกาะตามจุดที่บัดนี้เปิดรออยู่บนเส้นใยแอกติน เกิดเป็นสะพานเชื่อม. อีกปุ่มหนึ่งจะทำให้เอทีพีกระจายตัวและปล่อยพลังงานพอเพียงที่จะทำให้สะพานเชื่อมนั้นดึงหรือทำให้เส้นใยแอกตินเลื่อนเข้ามาหาหรือเข้ามาประสานกับเส้นใยมัยโอซิน. เช่นเดียวกับทีมชักเย่อที่ช่วยกันสาวเชือก ปุ่มต่าง ๆ ของเส้นใยมัยโอซินจะสาวดึงเส้นใยแอกตินเข้ามาตลอดเวลาที่เส้นใยนั้นเคลื่อนสู่ศูนย์กลางของเส้นใยมัยโอซิน. ปฏิบัติการนี้จะทำซ้ำไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งการหดตัวครบถ้วนสมบูรณ์. ปฏิกิริยาลูกโซ่ทั้งสิ้นนี้เกิดขึ้นในเวลาเพียงเสี้ยววินาที!
เมื่อหดตัวแล้ว แคลเซียมก็จะกลับสู่ที่เดิมของมันในเยื่อหุ้มเซลล์กล้ามเนื้อ จุดเปิดตามเส้นใยแอกตินก็จะปิดอีกครั้ง และเส้นใยกล้ามเนื้อจะคลายตัวจนกระทั่งได้รับการกระตุ้นอีก. ใช่แล้ว ‘เราถูกสร้างอย่างน่าพิศวงในวิธีที่น่าเกรงขาม’!—บทเพลงสรรเสริญ 139:14, ล.ม.
[แผนภูมิ]
(รายละเอียดดูจากวารสาร)
จริง ๆ แล้วกล้ามเนื้อของเราคือมัดเส้นใยที่เรียงซ้อนกันเป็นชั้น ๆ
เส้นใยฝอยทั้งหนาและบาง (ภาพขยายใหญ่)
เส้นใยเล็กกล้ามเนื้อ
มัดเส้นใยเล็กกล้ามเนื้อ
เส้นใยกล้ามเนื้อ
กล้ามเนื้อ
[รูปภาพหน้า 21]
(ภาพขยาย 2 เท่า)
กล้ามเนื้อที่เล็กที่สุดยึดติดอยู่กับกระดูกชิ้นจิ๋วที่สุดในหู
[รูปภาพหน้า 21]
แค่ยิ้มอย่างเดียวคุณต้องใช้กล้ามเนื้อถึง 14 มัด!
[รูปภาพหน้า 21]
กล้ามเนื้อช่วยให้คุณกะพริบตาได้มากกว่า 20,000 ครั้งในแต่ละวัน
[รูปภาพหน้า 24]
กล้ามเนื้อหัวใจของคุณหดตัวและคลายตัว ประมาณ 72 ครั้งต่อนาที หรือ 2,600 ล้านครั้งตลอดช่วงชีวิตโดยเฉลี่ย
[รูปภาพหน้า 24]
การออกกำลังกายแบบแอนแอโรบิก
[ที่มาของภาพหน้า 20]
Man, p. 20; eye, p. 21; heart, p. 24: The Complete Encyclopedia of Illustration/ J. G. Heck