บทน เป็นกล้ามเนื ามเนือลายชนิ อ ลายชนิดหนึ ดหนึงซึ ง่ ซึงมั ่งมักมี กมีสสวนยึ ว นยึดติดกั ดกับกระดูก กล้ามเนื ามเนือโครงร อ โครงรางเป็ างเป็นกล้ามเนื ามเนือที อ ที ใช้ ่ สสาหรั า หรับท บทาให้ าให้เกิ เกิดการ ดการ เคลือนไหว ่อนไหว โดยสร้างแรงกระท างแรงกระทากั ากับกระดู บกระดูกและข้ กและข้อผานการหดตั านการหดตัว ของกล้ามเนื ามเนือ โดยทั่วไปจะท วไปจะทางานอย างานอย ูภายใต้ ภายใต้การควบคุ การควบคุม (ผาน าน การกระต้ ุนเส้ นเส้นประสาทโซมาติ นประสาทโซมาติก) ก) อยางไรก็ างไรก็ดีดี กล้ามเนื ามเนือโครงร อ โครงราง าง สามารถหดตัวนอกเหนื วนอกเหนือการควบคุ อการควบคุมได้ผผานรี า นรีเฟลกซ์ เฟลกซ์
เมือกระต้ อ่ กระต้ ุนกล้ นกล้ามเนื ามเนือ 1 ครัง ด้วยความแรงกระต้ วยความแรงกระต้ ุนที นทีมากพอ ม่ ากพอ กล้ามเนื ามเนือจะตอบสนองด้ อ จะตอบสนองด้วยแรงตึ วยแรงตึงที งทีเรี เ่ รียกวา Single Twitch ซึ่ง ประกอบด้วยระยะต วยระยะตางๆ างๆ ได้แก แก Latent Period, Contraction และ Relaxation time
กล้ามเนื ามเนือจะหดตั อ จะหดตัวได้ วได้เมื เมื่อถู อถูกกระต้ กกระต้ ุนหรื นหรือถู อถูกเร้ กเร้า การกระต้ ุ นทาได้ าได้ 2 วิธีธี คือ กระต้ ุนเส้ นเส้นประสาทที นประสาททีมาเลี ม่ าเลียงกล้ ย งกล้ามเนื ามเนือนั อ นัน หรือ กระต้ ุนกล้ นกล้ามเนื ามเนือโดยตรง อ โดยตรง
กล้ามเนื ามเนือจะหดตั อ จะหดตัวได้ วได้เมื เมื่อถู อถูกกระต้ กกระต้ ุนหรื นหรือถู อถูกเร้ กเร้า การกระต้ ุ นทาได้ าได้ 2 วิธีธี คือ กระต้ ุนเส้ นเส้นประสาทที นประสาททีมาเลี ม่ าเลียงกล้ ย งกล้ามเนื ามเนือนั อ นัน หรือ กระต้ ุนกล้ นกล้ามเนื ามเนือโดยตรง อ โดยตรง
ความแรงของตัวกระต้ วกระต้ ุนที นทีน้น่ อยที ้อยทีสุส่ ดที ดุ ทีทท่ าให้ า ให้กล้ กล้ามเนื ามเนือหดตั อ หดตัว เรียกว ยกวา Threshold Stimulus สวนความแรงของการกระต้ วนความแรงของการกระต้ ุนที นทีน้น่ อย ้อย กวา เรียกว ยกวา Subthreshold Stimulus เมื่อเราเพิ อเราเพิมความแรงตั ม่ ความแรงตัว กระต้ ุนจาก นจาก Threshold Stimulus ให้มากขึ มากขึนไปเรื น ไปเรือยๆ อ่ ยๆ จะทาาให้ ให้ กล้ามเนื ามเนือหดตั อ หดตัวด้ วด้วยแรงตึ วยแรงตึงมากขึ งมากขึนเรื น เรือยๆจนถึ ่อยๆจนถึงจุ งจุดสู ดสูงสุ งสุดไม ดไมสามารถ สามารถ เพิมได้ ม่ ได้อีอกี ความแรงของการกระต้ ความแรงของการกระต้ ุนนี นนีเรี เ รียกว ยกวา Maximal Stimulus แรงตึงของกล้ งของกล้ามเนื ามเนือที อ ที ได้ ่ จะเป็ จะเป็นแรงตึงสู งสูงสุ งสุด และเรียกความแรง ยกความแรง ของการกระต้ ุนที นทีมากกว ม่ ากกวา Maximal Stimuli วาเป็ าเป็ น Supramaximal Stimulus
กล้ามเนื ามเนือแต อ แตละมั ละมัดประกอบด้ ดประกอบด้วย วย Motor Unit จาานวนมาก นวนมาก โดยแตละ ละ Motor Unit จะมีความไว(Excitabillity) ความไว(Excitabillity) ตางกั างกัน เมือ่ กระต้ ุนด้ นด้วยความแรง วยความแรง Threshold Stimuli จะเริมมี ม่ มี Motor Unit บาง ตัวตอบสนอง วตอบสนอง และถ้าเพิ าเพิมความแรงการกระต้ ม่ ความแรงการกระต้ ุน จะทาาให้ ให้ Motor Unit ตอบสนองมากขึนเรื นเรือยๆ ่อยๆ จนตอบสนองทุก Unit Unit ซึ่งแรงกระต้ งแรงกระต้ ุน
ทีทท่ าให้ า ให้ Motor Unit ตอบสนองทังหมดโดยใช้ งหมดโดยใช้แรงกระต้ แรงกระต้ ุนน้ นน้อยสุ อยสุด ก็ คือ Maximal Stimuli นั่ นเอง นเอง ถ้าเราเพิ าเราเพิมความถี ม่ ความถีของการกระต้ ข่ องการกระต้ ุนจะท นจะทาให้ าให้กล้ กล้ามเนื ามเนือหดตั อ หดตัวถี วถี่ ขึนเรื น เรือยๆ อ่ ยๆ จนถึงระดั งระดับนึ บนึง กล้ามเนื ามเนือจะตอบสนองด้ อ จะตอบสนองด้วยการหดตั วยการหดตัว แบบเกร็งค้ งค้าง าง (Tetanic Contraction;Tetanus) โดยแรงตึงที งทีเกิ เ่ กิดจาก ดจาก Tetanic Contraction นันมี นมีคคาสู า สูงกว งกวาแรงตึ าแรงตึงที งทีเกิ เ่ กิดจากการหดตั ดจากการหดตัวแบบ วแบบ Single Muscle Twitch เนื่องจาก องจาก กล้ามเนื ามเนือที อ ทีหดตั ห่ ดตัวอย วอย ูยัยังไม สามารถคลายตัวได้ วได้เต็ เต็มที มทีก็ก่ ถูถ็ ูกกระต้ กกระต้ ุนต นตอท อทาให้ าให้แรงที แรงทีเหลื เ่ หลือจากการก อจากการก ระต้ ุนครั นครังแรก งแรก มีการรวมตั การรวมตัวกั วกับแรงที บแรงที ได้ ่ จากการหดตั จากการหดตัวครั วครังต งตอไป อไป ทาาให้ ให้ ได้แรงตึ แรงตึงสู งสูงขึ งขึน เราเรียกว ยกวาเกิ าเกิด Summation of Contraction (Frequency Summation) ถ้าความถี าความถีของการกระต้ ข่ องการกระต้ ุนไม นไมสูสงพอ งู พอ ทาาให้ ให้ยัยังมี งมีการคลายตั การคลายตัวของกล้ วของกล้ามเนื ามเนืออย อ อย ูบ้บาง า้ ง ทาาให้ ให้ ไมเกิ เกิดการเกร็ ดการเกร็ง ค้างที างทีสมบู ส่ มบูรณ์ รณ์ เรียกว ยกวาเป็ าเป็ น Incomplete Tetanus แตถ้ถ้าความถี าความถีของ ข่ อง การกระต้ ุนสู นสูงพอ งพอ กล้มเนื มเนือจะเกิ อ จะเกิดการเกร็ ดการเกร็งค้ งค้างที างทีสมบู ส่ มบูรณ์ รณ์เรี เรียกว ยกวา Complete Tetanus
การเพิมขึ ม่ ขึนของแรงตึ น ของแรงตึงของกล้ งของกล้ามเนื ามเนือ นอกจากการเพิมความ ม่ ความ แรงการกระต้ ุน และ การเพิมความถี ม่ ความถีของการกระต้ ข่ องการกระต้ ุนแล้ นแล้วยั วยังขึ งขึนอย น อย ู กับความยาวของกล้ บความยาวของกล้ามเนื ามเนือด้ อด้วย วย โดยพบวาความยาวของกล้ าความยาวของกล้ามเนื ามเนือ
ขณะทีอ่ ย ู ในรางกาย(Physiological Length; L0) จะทาให้กล้ามเนือ ตอบสนองด้วยแรงตึงสูงสุดเมือ่ ถูกกระต้ ุน
วัตถุประสงค์ เพือ่ ทาการทดลองศึกษาหน้าทีแ่ ละลักษณะทางกายภาพของ กล้ามเนือ ลาย (frog gastrocnemius) โดยการกระต้ ุนโดยตรงของ กระแสไฟฟ้ าบนเส้นประสาท: sciatic nerve และกล้ามเนือ gastrocnemius 1. Muscle twitch: Single Stimuli ให้หาคาของ threshold, maximal threshold (ทัง nerve และ thresholds) และ contraction, relaxation time ของ single twitch 2. summation of contraction: repetitive stimuli ให้หา muscle strength (titanic contraction) หลังจากถูกกระต้ ุน โดย maximal threshold ด้วยความถีส่ งู 3. fatigue:
Repetitive และ Single stimuli ให้หาตาแหนงและชวง เวลาในการเกิด fatigue 4. Length – Tension curve: Single Stimuli with muscle loading ให้ หา physiological resting length สาหรับ tension สูงสุด 5. Pharmacology Single stimuli สึกษาผลของสารเคมีทมี ่ ผี ลตอการ contraction ของ muscle โดยสารเคมี ได้แก curare, Ca2+, Mg2+, K+, Na+ และ lactate
อุปกรณ์กรทดลอง
1. Animal : Frog 2.
Reagents : Frog’s Ringers solution, Curare solution (1%
d-tubocurarine), Frog’s Ringers solution with high concentration of curare, Ca2+, Mg2+, K+, Na+ และ lactate
3.
Equipments : Grass polygraph and Force displacement transducer, stimulator (with electodes and ECG cables)
4. Miscellaneas : Pan ( weight box), sand paper, Pin, cotton thread, clamp and boss heads, stand frog board,
tension stretching apparatus, syringe (1ml), surgical equipments ( with pithing needles) วิธีการเตรียมสัตว์ทดลองและเครือ่ งมือ การเตรียมสัตว์ทดลอง (กบ) 1.) หากบทีม ่ ลี ักษณะสมบูรณ์ ตัวใหญ ไมถกู หักขา เพือ่ ไม ให้ tendon, muscle และ nerve เสียหาย
2.)
ทากบให้เป็นอัมพาต โดยการ pith คือ ใช้เข็มแทงบริเวณ foramen magnum เพือ่ ทาลายสมองและไขสันหลัง ซึง่ เป็น central nervous system เมือ่ ทาการ pith เสร็จแล้ว กบ
จะมีลักษณะออนปวกเปี ยก (flaccidity) และขาหลั งเกิด อาการเกร็งค้าง เราทาการตรวจสอบการ pith ทีส่ มบูรณ์ โดยตรวจการเกิด reflex บริเวณเท้ากบ การ pith ที่ สมบูรณ์ต้องไมเกิด reflex นากบทีท่ า การ pith สมบูรณ์ ใส ในถาด และเนื่องจากกบ เป็นสัตว์ครึง่ บกครึง่ นา จึงต้องหยดสาร Frog’s Ringers Solution ให้ความช ุมชืน กับผิวกบตลอดเวลา 4.) ทาการเปิ ด Skin บริ เวณขาหลังกบ พบ muscle คือ 3.)
gastrocnemius และ Achilles tendon บริเวณข้อเท้ากบ 5.)
คอยๆ แยก gastrocnemius ออกโดยไม ให้ฉกี ขาด และ เสียเลือดน้อยทีส่ ดุ จากนัน ทาการตัดบริเวณ Achilles
tendon แล้วผูกเชือกจากปลาย Achilles tendon ไปตอกับ เครือ่ งแปลงพลังงานกล เป็ นพลังงานไฟฟ้ า (force displacement transducer) 6.)
หา Sciatic n. บริเวณต้นขาหลังกบ พยายามแยก sciatic
n. ออกจาก blood vessel ทีอ่ ย ูขา้ งเคียง 7.)
นา electrodes 1 ค ู มาตอกับ gastrocnemius ทีบ่ ริเวณหัว และท้ายของ muscle เพือ่ ทาให้ muscle ถูกกระต้ ุนจาก กระแสไฟฟ้ าโดยตรง แล้วนา electrodes อีก 1 ค ู มาค คล้องที่ Sciatic n. โดยวางขัว Cathode (-) ใกล้กับ Gastrocnemius
การเตรียม เครือ่ ง Grass polygraph and stimulator
1.
2.
3. 4.
ปรับคาตางๆ ของเครือ่ ง polygraph ตามข้อกาหนดของ แตละการทดลองนั นๆ ตังคา force displacement transducer ให้แสดงผลของแรง 20 g/cm ตอ electrode เข้ากับเครือ่ ง stimulator ตังคา duration knob ที ่ 2 msec. (ของเครือ่ ง stimulator) และปรับปุม Delay knob ที่ 2 msec. เชนกัน
กรทดลอง 4.2 ศึกษ muscle twitch; threshold และ maximal threshold วิธีการทดลอง การทดลองนีต อ้ งทราบถึง กาลังของกระแสไฟฟ้ าของตัว กระต้ ุนทีท่ าให้กล้ามเนือ ตอบสนอง และหากาลังทีท่ า ให้กล้ามเนือ ตอบสนองด้วยแรงสูงทีส่ ดุ โดยทาการกระต้ ุนทังทีก่ ล้ามเนือ Gastrocnemius และ เส้นประสาท Sciatic nerve ุนที่ Sciatic n. 1.1 กระต้ ประการแรก เราตอขัวกระต้ ุนเข้ากับ stimulator โดยให้ขัว (-) อย ู ใกล้กล้ามเนือ มากทีส่ ดุ และปรับความเร็วของตัวกระต้ ุนเป็น 25 mm/min ประการสอง single pulse แล้ววางบน Sciatic n. โดย เริม่ จาก 0 Volt แล้วเพิม่ ขึน ครังละ 0.5 volt จนเกิดการตอบสนอง ของกล้ามเนือ ซึง่ จะเป็นคากาลังไฟฟ้ าที่น้อยทีส่ ดุ ทีท่ า ให้กล้ามเนือ เริม่ กระตุก (Threshold) จากนันให้เพิม่ อีกครังละ 0.1 Volt โดย แตละครังต้องหางกันประมาณ 10 วินาที ไปเรือ่ ยๆ จนกระทั่ง กล้ามเนือ ไมสามารถเกิดแรงตึงเพิม่ ได้อกี เราเรียกวา maximal threshold (แตต้องไมถงึ 10 Volt)
ประการสาม เรากาหนดคา latent, contraction และ relaxation period โดยใช้ความแรงตัวกระต้ ุนทีส่ งู สุด จากนันปรับ ความเร็วกระดาษเป็ น 100 mm/sec. แล้วบันทึกการหดตัวของ กล้ามเนือ 1 ครัง จากนันคานวณหาคา latent, contraction และ relaxation period จากกระดาษบันทึก 1.2 กระต้ ุนที่ Gastrocnemius muscle ประการแรก เราจะวางขันกระต้ ุนทัง 2 ลงที่ muscle วาง ไมสนใจลาดับ ประการสอง ปรับความเร็วกระดาษ เป็ น 25 mm/min เพือ่ จะได้กดโปรแกรมทัน (กราฟสวย) ประการสาม ทาเชนเดียวกับ กรณี I-III เพือ่ หา twitch threshold, maximal threshold, latent period, contraction period และ relaxation period
ผลการทดลอง กระต้ ุนแบบ Single stimulation ( สีแดงคือ tension สีนาาเงินคือ stimulus )
ที ่ Nerve Threshold = 0.3 V. Maximum stimuli = 1 V. จากการทดลองพบวา threshold ที ่ nerve มีคา น้อยกวา muscle และคา maximum stimuli ของ nerve และ muscle มีคา เทากันคือ 1 V.
ที ่ Muscle Threshold = 0.5 V.
Maximum stimuli = 1 V. (หมายเหตุ: เนื่องจาก กราฟโดน limit ไว้โดยไมทราบสาเหตุ จึงทราบคา maximum stimuli แตเพียงเทา นี )
กราฟระหว่ าง Tension กับ Amplitude ของ Sciatic nerve และ
Gastrocnemius muscle Tension (G)
Amplitude (V)
สรุปผลการทดลอง การทดลองนีเ ป็นการหาคา threshold และ maximum stimuli ของ nerve และ muscle โดยใช้แรงกระต้ ุนไฟฟ้ าหลายระดับ จาก การทดลองพบวาถ้าเรากระต้ ุนด้วยแรงไฟฟ้ าในปริมาณน้อย จะไม สามารถทาให้เกิด tension ขึน ใน muscle ได้ เราเรียกการตอบ สนองแบบนีว า local response และเรียกตัวกระต้ ุนขนาดนีว า subthreshold เมือ่ เพิม่ แรงกระต้ ุนจนกล้ามเนือ เกิดการตอบสนอง จะเรียกความแรงของตัวกระต้ ุนขนาดนีว า threshold เมือ่ เพิม่ ความ แรงของตัวกระต้ ุนมากขึน ไปอีก พบวากล้ามเนือ หดตัวให้แรงตึงที่ สูงขึน ไปเรือ่ ยๆ ตามความแรงของตัวกระต้ ุน เรียกแรงกระต้ ุน ขนาดนีว า submaximal stimuli แตถ้าเรากระต้ ุนตอไปจนกล้ามเนือ ตอบสนองเต็มทีแ่ ล้ว แม้จะเพิม่ ความแรงให้มากขึน อีก แรงตึงตัวที่ ได้กย็ ังมีคา เทาเดิม เรียกคากระแสไฟฟ้าทีน่ ้อยทีส่ ดุ ทีท่ า ให้กล้าม เนือ ตอบสนองเต็มทีว่ า maximum stimuli และเรียกแรงกระต้ ุนทีม่ า กกวา maximum stimuli วา supramaximal stimuli จากผลการทดลองพบวา คา Threshold ของ กล้ามเนือ มี คาน้อยกวา threshold ของเส้นประสาท และความแรงของการกระ ต้ ุนที่ maximum stimuli ของ กล้ามเนือ และเส้นประสาทมีคา เทา กัน (เนือ่ งจากกราฟถูกลิมติ ไว้) เราสามารถเขียนกราฟการกระต้ ุนด้วยไฟฟ้ าได้เป็นชวงๆ คือ 1. Latent period คือ ชวงระยะเวลาหนึง ่ ตังแตเริม่ กระต้ ุนจน กล้ามเนือ และ nerve เริม่ การตอบสนอง Contraction time คือ เวลาระหวางทีก่ ล้ามเนือ และ nerve มีการ ตอบสนองกระทัง่ tension ให้จดุ ทีส่ งู ทีส่ ดุ 2.
Relaxation time คือ ชวงระยะเวลาจากจุดสูงสุดเหมือน tension จนกระทั่งกล้ามเนือ หรือ nerve เกิดการคลายตัวกลับส ู สภาวะปกติ 3.
จากผลการทดลองพบวา latent period ของ nerve มีคา มากกวา muscle เนือ่ งจาก การเกิดกระแสประสาทจาก nerve terminal จนถึง motor end plate ต้องมีการกระต้ ุนโดยใช้ neurotransmitter สวนคา contraction period และ relaxation period ของทัง nerve และ muscle มีคา ใกล้เคียงกันโดย nerve มี คามากกวา muscle
กรทดลองที่ 4.3 ศึกษ Twitch Duration: Latent period, Contraction Time and Relaxation Time วิธกี ารทดลอง ในตอนแรกจะทาการกระต้ ุน Sciatic nerve กอน โดยใช้การก ระต้ ุนแบบ Single Stimulation และความแรงของการกระต้ ุนเทากับ Maximal Stimulus หลังจากทาการกระต้ ุน nerve แล้ว ก็จะเปลีย่ น มากระต้ ุน Gastrocnemius muscle โดยทาแบบเดียวกัน แล้วสังเกต ผลทีบ่ ันทึกได้ ผลการทดลอง Latent period, contraction period และ relaxation period โดย กระต ุนที่ sciatic nerve
Relaxation period
Latent eriod Contraction
จากกราฟ จะเห็นวา 1. Latent period( nerve มากกวา muscle) กินเวลา = 0.012 s. 2.
Contraction period ใช้เวลา = 0.064 s.
3.
Relaxtion period ใช้เวลา 0.228 s.
Latent period, contraction period และ relaxation period โดย กระต ุนที่ Gastrocnemius muscle
Relaxation period
Latent eriod Contraction
จากกราฟ จะเห็นวา กินเวลา = 0.005 s. 1. Latent period 2.
Contraction period ใช้เวลา = 0.06 s.
3.
Relaxtion period ใช้เวลา = 0.174 s.
สรุปผลการทดลอง การทดลองนีเ ป็นการหาคา threshold และ maximum stimuli ของ nerve และ muscle โดยใช้แรงกระต้ ุนไฟฟ้ าหลายระดับ จาก การทดลองพบวาถ้าเรากระต้ ุนด้วยแรงไฟฟ้ าในปริมาณน้อย จะไม สามารถทาให้เกิด tension ขึน ใน muscle ได้ เราเรียกการตอบ สนองแบบนีว า local response และเรียกตัวกระต้ ุนขนาดนีว า subthreshold เมือ่ เพิม่ แรงกระต้ ุนจนกล้ามเนือ เกิดการตอบสนอง จะเรียกความแรงของตัวกระต้ ุนขนาดนีว า threshold เมือ่ เพิม่ ความ แรงของตัวกระต้ ุนมากขึน ไปอีก พบวากล้ามเนือ หดตัวให้แรงตึงที่ สูงขึน ไปเรือ่ ยๆ ตามความแรงของตัวกระต้ ุน เรียกแรงกระต้ ุน ขนาดนีว า submaximal stimuli แตถ้าเรากระต้ ุนตอไปจนกล้ามเนือ ตอบสนองเต็มทีแ่ ล้ว แม้จะเพิม่ ความแรงให้มากขึน อีก แรงตึงตัวที่ ได้กย็ ังมีคา เทาเดิม เรียกคากระแสไฟฟ้าทีน่ ้อยทีส่ ดุ ทีท่ า ให้กล้าม เนือ ตอบสนองเต็มทีว่ า maximum stimuli และเรียกแรงกระต้ ุนทีม่ า กกวา maximum stimuli วา supramaximal stimuli จากผลการทดลองพบวา คา Threshold ของ กล้ามเนือ มี คาน้อยกวา threshold ของเส้นประสาท และความแรงของการกระ ต้ ุนที่ maximum stimuli ของ กล้ามเนือ และเส้นประสาทมีคา เทา กัน(เนือ่ งจากกราฟถูกลิมติ ไว้) เราสามารถเขียนกราฟการกระต้ ุนด้วยไฟฟ้ าได้เป็นชวงๆ คือ
1.
2.
3.
Latent period คือ ชวงระยะเวลาหนึง่ ตังแตเริม่ กระต้ ุนจน กล้ามเนือ และ nerve เริม่ การตอบสนอง Contraction time คือ เวลาระหวางทีก่ ล้ามเนือ และ nerve มี การตอบสนองกระทัง่ tension ให้จดุ ทีส่ งู ทีส่ ดุ Relaxation time คือ ชวงระยะเวลาจากจุดสูงสุดเหมือน tension จนกระทั่งกล้ามเนือ หรือ nerve เกิดการคลายตัว กลับส ูสภาวะปกติ
จากผลการทดลองพบวา Latent period ของ nerve มีคา มากกวา muscle เนือ่ งจาก การเกิดกระแสประสาทจาก nerve terminal จนถึง motor end plate ต้องมีการกระต้ ุนโดยใช้ neurotransmitter สวนคา contraction period และ relaxation period ของทัง nerve และ muscle มีคา ใกล้เคียงกันโดย nerve มีคา มากกวา muscle
กรทดลองตอนที่ 4.4 Summation of contraction: Effect of repetitive stimulation of high frequencies วิธีการทดลอง 1. ตัง ระดับความเร็วกระดาษ (Paper Speed) ของเครือ่ ง Grass Polygraph ที ่ 10 mm/sec. 2. ใช้ Maximum voltage ในการกระต้ ุน sciatic nerve โดยตัง คา Preamplifier sensitivity ให้จับคา twitch tension ประมาณ 1 cm. 3. กระต้ ุน Sciatic nerve ซาาๆ (Repititive Stimuli) โดยเริม่ จาก 2, 4, 5, 8, 10, 15, 20, 35, 40 pulses/ sec (Hz) โดยกระต้นเป็น
เวลา 3 วินาที ตอระดับ stimuli หนึ่งๆ และพักเป็ นเวลา 10 วินาที กอนการกระต้ ุนครังถัดไป (ระหวางพัก Paper Speed ควร เป็น 1mm/min) 4. บันทึกผลการเกร็งค้างอยางสมบูรณ์ของกล้ามเนือ Gastrocnemius การบันทึกผลการทดลอง บันทึกแรงตรึงและความถี ในการกระต้ ่ ุนในตารางบันทึ กผล 1. สร้างกราฟระหวาง Tension และ Stimulus Frequency คานวณเปอร์เซ็นต์ของการเพิม่ และลดลงของ Tension ที่ minimum และ maximum frequency 2. เปรียบเทียบผลระหวาง Twitch และ Tetanic contraction หมายเหตุ - Maximum Voltage ในการกระต้ ุน Sciatic Nerve คือ Maximum Threshold ที ได้ ่ จากการกระต้ ุน nerve ในการ ทดลองตอนที่ 1 ให้มคี า 1 (Volt) - Calibrate เครือ ่ ง Grass Polygraph ให้มคี วามยาว 1cm.=20g. ผลการทดลอง
สรุปผลการทดลอง การเกร็งค้างของกล้ามเนือ นองของกบ หรือการเกิด titanic contraction เกิดจากการทีก่ ล้ามเนือ ถูกกระต้ ุนถีๆ่ และเป็ นเวลา นาน (repetitive stimuli) สงผลให้เกิด tension ทีม่ ากขึน กระบวนการดังกล าวเกิดขึน ได้จาก การกระต้ ุนซาๆนั า น ทาให้ calcium ion ปลอยออกจาก sacroplasmic reticulum เร็วกวาการ ดูด calcium ion กลับเข้าไปใน sacroplasmic reticulum สงผลให้ ใน intracellular fluid มีปริมาณ calcium ion มากกินเวลานาน ซึ่ง กระบวนการกระต้ ุนและมีการปลอย calcium ion ออกมามากกวา ปกตินัน สามารถเกิดขึน ได้ เนื่องจากระยะเวลาทีเ่ กิด action potential น้อยกวาระยะเวลาทีเ่ กิด muscle twitch โดยปริมาณ calcium ion ใน intracellular fluid ทีม่ มี ากระหวางการกระต้ ุนถีๆ่ ทาให้มเี วลามากพอทีจ่ ะทาให้กล้ามเนือ ยืดจาก actin-myosin interactions
กรทดลองตอนที่ 4.5 Fatigue with repeated stimuli (ควมลทีเ่ กิดจกกรกระต ุนแบบซ ้ ๆ) วิธีการทดลอง ี า ความเร็วเทากับ 50 1. ปรับความเร็วของกระดาษให้มค mm/min ได้ ่ จากการทดลองตอนที่ 3.1 2. นาคา maximal strength ที มาใช้กระต้ ุน sciatic nerve แบบ regetitive stimulation ด้วย ความถีส่ งู สุด ที ได้ ่ จากการทดลองตอนที่ 3.2 (maximal strength มี คาเทากับ 3.50V และ ความถีส่ งู สุด มีคา เทากับ 10 Hz) ุน Sciatic nerve จนกระทั่ง muscle tension ลดลง 3. กระต้ จนถึง base line จากนัน หยุดการกระต้ ุน และให้ muscle พักเป็น เวลา 40 วินาที และกระต้ ุนแบบนี ไปเรื อ่ ยๆ จนแน ใจได้วา ไมมี การตอบสนองอีก ่ น nerve electrodes เป็น muscle electrodes 4. ให้รีบเปลีย อยางรวดเร็ว จากนันกระต้ ุนด้วย maximal strength ของ muscle และกระต้ ุนกล้ามเนือ ด้วย supra-maximal strength อีกครังหนึง่ ผลการทดลอง
กระตุ ้นกลุ าม กระตุ ้น กระตุ ้น
ตรงแสดงผลกรทดลอง ค tension ของ nerve กับ เวลที่ ผนไป time 0 20 40 60 80 100 120 140 160
tension(g) out of renge out of renge out of renge 27.08 19.08 17.58 15.3 14.97 6.64
กรฟแสดงควมสัมพันธ์ระหวงค Tension ของ nerve กับ เวล
สรุปผลการทดลอง จากการทดลองพบวาเมือ่ กระต้ ุน Nerve ด้วย maximum stimuli เป็ นเวลานานพบวากล้ามเนือ จะตอบสนองด้วยแรงตึงสูงสุด และคอยๆลดลงเรือ่ ยๆจนกล้ามเนือ ไมเกิดการหดตัว และเมือ่ ย้าย ตาแหนงการกระต้ ุนไปที่ muscle พบวา muscle ยังคงเกิดการหด ตัวได้ดี ทาให้สามารถสรุปได้วา ตาแหนงของการล้าเกิดที่ nerve ซึ่งสาเหตุทที ่ าให้เกิดการล้า มาจากการ 1.เกิดความผิดปกติที ่ motor end plate โดยปกติขนาดของ action potential ที ไปกระต้ ่ ุน motor end plate นัน มีความแรง มาก จึงกลาวได้วา neuromuscular junction มี safety factor สูง อยางไรก็ตาม การกระต้ ุนเส้นประสาทโดยใช้กระแสไฟฟ้าที่ มีความถีส่ งู ติดตอกันเป็ นเวลานาน จะมีผลให้ vesicle ที ่ nerve terminal ซึง่ บรรจุ Ach อย ูลดน้อยลงไปมากจนไมสามารถ กระต้ ุนให้เกิด end plate potential ในกล้ามเนือ ได้ 2. มีการสะสมของของเสีย เชน กรดแลคติค และ ก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเกิดจากกระบวนการสร้างพลังงานแบบ anaerobic glycolysis ซึง่ การทีม่ สี ภาวะเป็ นกรด หรือมี pH ไม
เหมาะสม จะสงผลให้ enzyme เสียสภาพ และไมสามารถ ทางานได้ 3. ขาด ออกซิเจน และสารอาหารทีม่ าหลอเลีย ง 4.แหลงพลังงานหมดไป กลาวคือ เริม่ ต้นจะสร้างพลังงาน จาก creatine phosphate และ anaerobic glycolysis ถึงแม้วา จะมี ออกซิเจนมาเลีย งไมเพียงพอ แตกส็ ามารถใช้พลังงานจาก กระบวนการ anaerobic glycolysis ได้ แตทัง 2 กระบวนการนี ก็มขี อ้ เสียคือ -creatine มีจานวนจากัด -เกิด Waste product เชน กรดแลคติค แตกย็ ังมีอีกกระบวนการหนึง่ ทีส่ ามารถให้พลังงานได้ คือ oxidative phosphorylation ซึง่ ให้พลังงานเป็นจา นวนมาก แตกม็ ขี ้อ เสียคือ เกิดช้า ต้องใช้ ออกซิเจน รวมทังต้องใช้ enzyme ด้วย ซึง่ จากการทดลองนี เมือ่ กระต้ ุน nerve เป็ นเวลานาน จะทาให้ ออกซิเจนมาเลีย งไมเพียงพอ จึงทาให้การหดตัวลดลง และเกิด การล้าขึน ได้ จากนันเปลีย่ นมากระต้ ุนกล้ามเนือ นองเพือ่ ศึกษาวา การล้าที่ nerve มีผลตอการหดตัวของกล้ามเนือ หรือไม จากกราฟ จะเห็นวา เมือ่ กระต้ ุนทีก่ ล้ามเนือ จะพบวามี tension เกิดขึน ซึ่ง แสดงให้เห็นวา การล้าของ nerve นัน ไมมผี ลตอกล้ามเนือ ซึง่ สาเหตุทที ่ าให้เกิดการล้าของ nerve คือ การที่ Ach ทีบ่ รรจุอย ู ใน vescicle ภายใน nerve terminal ได้ถกู ใช้จนหมด หรือเหลือแตกม็ ี ปริมาณไมเพียงพอตอการกระต้ ุนให้เกิด end plate potential ที่ กล้ามเนือ ได้
กรทดลองตอนที่ 4.6 Length-tension curve: effect of stretching
วิธีทา การทดลอง 1. เตรียมกล้ามเนือ gastrocnemius และเส้นประสาท sciatic nerve 2. หาคา threshold และ maximal threshold ของกล้ามเนือ gastrocnemius 3. ปรับ paper speed ทีค ่ วามเร็ว 50 mm/min กระต้ ุนโดยไม เปลีย่ นความถี่ (single stimulus) ทีก่ ล้ามเนือ ด้วยความตางศักย์ที ่ maximal threshold จนได้ tension 0.5-1 cm (ไมปรับ amplifier) 4. วัดความสูง ของ adjustable clamp และความยาวของ กล้ามเนือ 5. ให้นักศึกษาทีเ่ หลือ ชวยกันทาการบันทึกผลและดาเนินการ ทาการทดลอง โดยแบงกันไปทาด้าน Grass polygraph, stimulator, การวัดความยาวของ gastrocnemius muscle และดูการตึงของ กล้ามเนือ จะเกิดการหดตัวอยงตอเนือ่ ง จาก ระยะทางที่ 6. กล้ามเนือ adjustable clamp เคลือ่ นทีล่ งมา และการกระต้ ุนกล้ามเนือ แบบ single stimuli ทุก ๆ 5 วินาที 7. วัดระดับ adjustable clamp และระยะทางทีเ่ คลื่อนที ได้ ่ (ความยาวของการตึงตัว) รวมถึงวัดความยาวทีก่ ล้ามเนือ ด้วยอีก ครัง ผลการทดลอง
จานวนรอบทีห่ มุน , Passive tension, Active tension และ Total tension จนวนครั ้งที่ หมุน
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
passive tension (g) 9.69 14.22 17.29 22.11 25.44 31.46 35.6 42.93 46.04 44.28
active tension (g) 46.16 50.27 57.75 63.79 63.78 67.42 72.29 71.32 82.5 73.64
total tension (g)
55.85 64.49 75.04 85.9 89.22 98.88 107.89 114.25 128.54 117.92
หมายเหตุ : total tension = active + passive , การหมุน 1 ครัง = 0.5 รอบ กราฟความสัมพันธ์ระหวางจานวนรอบที ใช้ ่ หมุน และ Tension
การหา Physiological resting length ความยาว Gastrocnemius muscle ของกบ กอนยืดวัดได้ 4.5 cm หลังยืดวัดได้ 5.2 cm. คาตางกัน 0.7 cm. การกระต้ ุนสองครังตอการหมุน Tension stretching apparatus 1 รอบ หมุน Clamp 4.5 รอบ ความยาวกล้ามเนือ เพิม่ 0.7 cm. หมุน Clamp 3.5 รอบ ความยาวกล้ามเนือ เพิม่ 0.54 cm. Physiological resting length = initial length + stretching length = 4.5+0.54 = 5.04 cm สรุปผลการทดลอง
จากการทดลองเมือ่ ทาการกระต้ ุนกล้ามเนือ นองของกบ ด้วย แรงกระต้ ุน maximum stimuli พร้อมกับการเพิม่ แรงยืด ให้กับ กล้ามเนือ ไปด้วย พบวากล้ามเนือ มีการหดตัวให้แรงตึง ซึง่ แรงตึง ดังกลาวแบบงออกเป็นสองชนิ ด ชนิดแรก คือ แรงตึงที ได้ ่ จากการ หดตัวของกล้ามเนือหลังถูกกระต้ ุนเรียกวา active tension ชนิดที่ สองคือแรงตึงที ได้ ่ จากการเพิม่ แรงยืดให้กับกล้ามเนือโดยตรง เรียก วา passive tension จากการทดลองสามารถหาความสัมพันธ์ของแรงตึงของ กล้ามเนือ และความยาวเริม่ ต้นของกล้ามเนือ กอนการหดตัวได้ จากการทดลอง โดยวัดแรงตึงของกล้ามเนือ ในขณะพัก หรือกอน หดตัวทีค่ วามยาวเริม่ ต้นของกล้ามเนือ ตางๆกัน จะได้คา แรงตึงที่ เรียกวา passive tension จากนันกระต้ ุนกล้ามเนือ ด้วยไฟฟ้ า แล้ ว วัดแรงตึงของกล้ามเนือ ทีเ่ รียกวา total tension ซึ่งจะสามารถ คานวณหา active tension ได้ โดยการหาผลตางของ total tension และ passive tension จากกราฟพบวา passive tension นัน จะเพิม่ ขึน ตามการเพิม่ แรงยืดที ให้ ่ กับกล้ามเนือ สวน active tension จะเพิม่ ขึน สูงสุด จนถึงคาหนึง่ เทานัน ซึง่ หลังจากนัน แรงตึงจาการหดตัวนีจ ะคอยๆ ลดลง จากการทดลองดังกลาว พบวา ขณะเมือ่ เริม่ ทาการทดลอง ความยาวของกล้ามเนือ ทีต่ ัดออกมาใช้ ในการทดลองจะสัน กวา ขณะอย ูภายในรางกาย เมื่อทาการทดลองโดยหมุน Stretching apparatus 3.5 รอบ พบวาจะได้คา active tension สูงทีส่ ดุ แสดง วาระยะหางทีด่ ึงออกมา แสดงวาระยะหางทีด่ งึ ออกมาคานวณได้ คือ 0.54 cm. ซึง่ สามารนาไปคานวณความยาวของกล้ามเนือ ขณะ อย ูภายในรางกายได้ คือ 4.5+0.54 =5.04 cm. โดย 4.5 คือ ความ
ยาวของกล้ามเนือ ทีถ่ กู ตัด ทาให้ ได้คา physiological length = 5.04 cm
กรทดลองตอนที่ 4.7 ศึกษปัจจัยทีม่ ผี ลตอกรหดตัว ของกลมเนื ้อดวยสเกลตงๆ วิธีการทดลอง - ปรับความเร็วกระดาษเพิม ่ ขึน เป็ น 50 mm/min ุน nerve ด้วยคา maximum stimuli 1 ครั ง - กระต้ จากนันดาเนินการฉีดสารดังนี เมือ่ ฉีด Curare 1. การกระต้ ุนแบบ repetitive stimuli เป็ นเวลา 3 วินาที ที ่ Sciatic nerve มีคา maximal stimuli แล้วทิง ไว้ 30 นาที กระต้ ุน ซ าไปเรือ่ ยๆ จนได้คา tension ต ่าสุด ่ นการกระต้ ุนจาก Sciatic nerve มาเป็ น 2. เปลีย gastrocnemius muscle แล้วจึงกระต้ ุนด้วยคา maximal stimuli แบบ repetitive stimuli เป็ นเวลา 3 วินาที 3. นาคาที ได้ ่ มา plot graph เมือ่ ฉีด K+ ุนแบบ repetitive stimuli เป็ นเวลา 3 วินาที ที ่ 1. กระต้ Sciatic nerve แล้วพัก 30 วินาที กลับมากระต้ ุนใหม ทาไปเรือ่ ยๆ จนได้คา Tension ทีล่ ดลง 2. เปลีย ่ นการกระต้ ุนจาก Sciatic nerve มาเป็ น gastrocnemius muscle แทน แล้ว กระต้ ุนด้วยคา maximal stimuli แบบ repetitive stimuli เป็ นเวลา 3 วินาที ได้ ่ มา plot graph 3. นาคาที
ผลการทดลอง ที
หลังฉีด
Tension Nerve Tension
ก่อนฉีด
ที
ตารางแสดงผลการทดลอง แสดงเวลาหลังจากฉีด Curare กับ tension จากกล้ามเนือ time(s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
tensio n 21.12 22.01 22.39 21.46 21.16 21.27 21.11 21.37 21.14 21.13 21.09
Muscle
330 360 390
21.08 20.9 21.08
กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหวางเวลาหลังการฉีด curare กับ แรง ตึงที ได้ ่ จากการหดตัว
สรุปผลการทดลอง จากผลการทดลองพบวาเมือ่ ฉีด curare ไปแล้วจึงกระต้ ุนที่ nerve ไปเรือ่ ยๆ พบวา tension ที ได้ ่ จากการหดตัวของกล้ามเนือ ลด ลง แสดงวา curare มีผลตอการหดตัวของกล้ามเนือ แตเมือ่ เปลีย่ นจากากระต้ ุนที่ sciatic nerve ไปกระต้ ุนทีก่ ล้ามเนือ โดยตรง พบวา tension จากกล้ามเนือ มีมคี า เทากับ tension ที ได้ ่ ทัว่ ไปกอน การฉีด curare และเมือ่ กระต้ ุนไปเรือ่ ยๆพบวา tension ที ได้ ่ จาก กล้ามเนือ มีคา คงทีแ่ สดงวา curare ไม ได้มผี ลตอกล้ามเนือ โดยตรง แต curare มีผลไปยับยังกล้ามเนือทางเส้นประสาท โดยกลไกการ ทางานของ curare นัน เป็นแบบ competitive inhibitor กับ Ach และยัง แยงจับกับ nicotinic receptor ได้ดกี วาและจับกันได้แนนกวา Ach เมือ่
กระต้ ุนที่ nerve แล้ว nerve มีการปลอยกระแสประสาทออกมา Ach ทีถ่ กู ปลอยออกมาจึงไมสามรถจับกับ nicotinic receptor สงผลให้ sodium channel ไมทา งาน ทาให้ ไมเกิด depolarization และ action potential ทาให้การทางานของกล้ ามเนือ ลดลง แตเมือ่ เปลีย่ นไป กระต้ ุนทีก่ ล้ามเนือ โดยตรงพบวา tension ที ได้ ่ มคี า คงทีแ่ ละเทากับ กอนฉีด curare เป็ นเพราะ การกระต้ ุนด้วยกระแสไฟฟ้ าโดยตรงมี ผลตอกล้ามเนือ ทาให้เกิด depolarization โดยไมผา น nicotinic receptor จึงทาให้กล้ามเนือ หดตัวได้ปกติ
วิ จารณ์ผลการทดลอง
1.
2.
3.
4.
5.
กบที ใช้ ่ ทาการทดลองมีขนาดเล็กกวามาตรฐานทาให้ผล การทดลองเกิดความคลาดเคลือ่ น ในการทดลองตอนที่ 4.2 ไมสามาถปรับ limiting scale ได้ ทาให้ ไมสามารถดูคา maximal stimuli ได้ ขณะทีจ่ า ยไฟเพือ่ ทาการกระต้ ุนผ้ ูทา การทดลองทีด่ แู ลกบ ได้หยด Frog Ringer’s solution ซึ่งเป็ นสาร electrolyte สามารถนาไฟฟ้ าได้ ทาให้กราฟสูงขึน ขณะอย ูที ่ Resting stage สาย Electrode ทีค่ ล้องกับ nerve สามารถหลุดออกได้ งาย สงผลทาให้กราฟไมขนึ ต้องทาซ าอีกรอบหนึง่ การหมุน Stretching apparatus ถ้าหมุนมากเกินไปอาจสง ผลให้กล้ามเนือ มีการฉีกขาด ทาให้แรงตึงลดลง
6.
7.
8.
ในการศึกษาผลของ Curare หากฉีดไมกระจายหลายๆจุด ทาให้ Acetylcholine ยังสามารถจับกับ nicotinic receptor ได้อย ู ผ้ ูคมุ คอมพิวเตอร์ ไมมคี วามชานาญทาให้การทดลองที่ 4.3 สามารถวัดคา Latent period ได้ยาก เพราะกราฟชิดกัน มาก การทดลองการล้าของกล้ามเนือ จะมีระยะเวลาในการพัก เพือ่ กระต้ ุน Nerve ครังตอไป หากจับเวลาไมดี ผลการ ทดลองที ได้ ่ อาจคลาดเคลือ่ นได้
ค ถมทยบท การทดลองที่ 4.2 และ 4.3 จงอธิบายขันตอนการเกิ ด Excitation-contraction Coupling ( การกระต้ ุนผาน Sciatic Nerve ทาให้ Gastrocnemius มีการหดตัว ตอบสนองด้วยการให้แรงตึงได้อยางไร ) 1.
ตอบ ในการกระต้ ุนแบบปกติผา น Sciatic Nerve ซึ่งได้รับ สัญญาณตอมาจาก α-motor neuron ของ Spinal cord และมีการ สงสัญญารเรือ่ ยมาจนถึง Neuromuscular junction Ca2+ จะไหลเข้า ทาง Ca2+ Channel ของ ปลาย Axon เพือ่ ให้ Acetylcholine สามารถเกิดกระบวนการ Exocytosis ออกไปยัง Synaptic cleft เมือ่ มีการปลอย Acetylcholine มายัง Nicotinic Receptor บน Motor End plate ของSkeletal muscle เกิดEnd plate potential ทาให้ Na+ เข้าไปในไซโทพลาสมของกล้ามเนือ ลายผานทาง Na+ Channel เกิดDepolarization ซึ่งปริมาณ Na+ ภายในเซลล์ทีม่ าก เกินพอจะกระต้ ุนให้ Voltage gated sodium Channel เปิด และ เกิด Muscle action potential ไปตาม Sarcolemma ซึ่งเป็นจุดเริ่ ม ต้นของการเกิด Excitation-contraction Coupling Sarcolemma จะมีสวนที่เป็น Transverse tubule ยื่ นไปยัง muscle cells ตรงบริเวณที่เป็นรอยตอระหวาง A-Band & I-Band เพื่อให้สามารถกระจายศักย์ไฟฟ้าจากผิ วเซลล์ไปส ภายในเซลล์ได้ อยางทั่ วถึง ศักย์ไฟฟ้าที่ ถกสงมาตาม T-Tubule จะกระต้ ุนให้ เปิด # L-type Ca2+ Channel บน T tubules และสงผลให้มีการเปิด ## 2+ Ca -Release Channel ของ Terminal cisterna (ซึ่งอย ติดกันกับ L-type Ca2+ Channel) ปลอย Ca2+ ส Sarcoplasm ซึ่ งอย ล้อม รอบ Myofibril ไปจับกับ Troponin C ของ thin myofilament ซึ่ งจะ ทาให้ Troponin T ดึง Tropomysin ให้ตกลงไปอย ในรอง F-actin เพื่อเปิด Myosin ซึ่ งเป็น Thick myofilament สามารถจับกับ
Myosin-binding site ที่อย บน Actin ซึ่งเป็นการเริ่ มต้นของการ เกิด Crossbridge Cycle ทาให้มัดกล้ามเนือหดสันลงในที่สุด
หมายเหตุ #L-type Ca2+Channel บน T tubules เป็นสวนที่ สาคัญมากสาหรับกระบวนการเกิ ด Excitation-contraction Coupling เพราะทาหน้าทีเ่ ป็ น Voltage sensor และอาจเรียก channel นีว าเป็น DHP receptor(Dihydropyridines receptor) ##
Ca2+ -Release Channel อาจเรียกวาเป็น Ryanodine Receptor Channel นีจ ะมีสว นทีเ่ รียกวา Foot ยื่นออกมาใน Sarcoplasm เพื่อไปเกาะกับ L-type Ca2+ Channel จงอธิบายความหมายของ Subthreshold, Threshold, Submaximal และ Supramaximal Stimuli
2.
ตอบ Subthreshold Stimuli ความแรงของตัวกระต้ ุนทีม่ คี า ต ่า กวา Threshold Stimuli ซึ่งไมสามารถทาให้กล้ามเนือ ตอบสนองได้ Threshold Stimuli ความแรงของตัวกระต้ ุนทีน่ ้อยทีส่ ดุ ทีท่ า ให้ กล้ามเนือ เริม่ มีการตอบสนองด้วยการหดตัว Submaximal Stimuli ความแรงของตัวกระต้ ุนทีม่ คี า สูงกวา Threshold Stimuli ซึ่งความแรงระดับนีจ ะสามารถกระต้ ุนให้จานวน Motor Unit มีการตอบสนองมากขึน ได้ด้วย ทาให้มกี ารทางานของ Muscle Fiber ทีม่ ากขึน ตามไปด้วย และทาให้แรงตึงตัวมากขึน
Supramaximal Stimuli ความแรงของตัวกระต้ ุนทีม่ คี า สูงกวา Maximal Stimuli ซึ่งความแรงระดับนี ไม สามารถทาให้กล้ามเนือ หด ตัวมาไปกวาเดิมได้อีก เนือ่ งจากทุก motor unit ถูกกระต้ ุนหมด แล้ว 3.เหตุ ใดการเพิม่ ความแรงของตัวกระต้ ุนจึงทาให้แรงตึงที ได้ ่ จาก การหดตัวมากขึน ตอบ การเพิม่ ความแรงของตัวกระต้ ุนเป็นการทาให้ motor unit ทางานได้มากขึน จึงเพิม่ แรงในการหดตัวให้มากขึน ตามไป ด้วย เพราะเหตุ ใด Supramaximal Stimuli จึงไมทา ให้กล้ามเนือ หดตัว ได้แรงทีเ่ พิม่ มากขึน 4.
ตอบ เนื่ องจากทุก Motor unit ถูกกระต้ ุน และทุก muscle cells มีการทางานเต็มทีแ่ ล้ว ตังแต ใช้ความแรงของตัวกระต้ ุนระดับ Maximal Stimuli ดังนัน แม้จะเพิม่ แรงเป็ น Maximal Stimuli ก็ ไม สามารถทาให้กล้ามเนือ หดตัวได้มากไปกวาเดิม Motor unit คืออะไร มีกชี ่ นิด ชนิดใดจะตอบสนองกอน ชนิดใด จะตอบสนองทีหลัง 5.
ตอบ Motor Unit คือ การที่ Motor Neuron หนึง่ ถูกกระต้ ุน แล้วทาให้ Muscle Fibers ทังหมดทีถ่ ูกเลีย งโดย Motor Neuron นัน มีการตอบสนองโดยการหดตัว Motor Unit ประกอบด้วย 1
Motor neuron และ muscle fiber จานวนหนึง่ ที่ motor neuron นัน ไปเลีย ง Motor Unit มี 2 ชนิดดังนี 1)
2)
Small motor unit เป็น Motor unit ทีม่ อี ัตราสวนของ จานวน Muscle Fiber ตอ Motor neuron หนึง่ เซลล์ ใน ปริมาณน้อย เชน 3-6 muscle fiber ตอ motor neuron 1 cell Small Motor unit จะเลีย ง Slow muscle fiber และ มีความเร็วในการนากระแสประสาทช้า Large motor unit เป็นเป็น Motor unit ทีม่ อี ัตราสวนของ จานวน Muscle Fiber ตอ Motor neuron หนึง่ เซลล์ ใน ปริมาณมากหลายร้อยเส้นใย Large motor unit จะเลีย ง Fast muscle fiber และมีความเร็วในการนากระแส ประสาทเร็ว
การทางานของ Motor unit ทัง 2 ชนิด ในการทางาน Small motor unit จะเริม่ ทางานกอน เพราะ Small motor unit คุมการทางานของ Slow muscle fiber ซึง่ มีความอึดในการทางาน จึงสามารถทางานระยะยาว ได้ ในขณะที่ Large motor unit จะเริม่ ทางานเมือ่ มีความ จาเป็นหรือเมือ่ กล้ามเนือ ต้องการออกแรงมากขึน เพราะ Large motor unit คุมการทางานของ Fast muscle fiber ซึ่ง สามารถทางานได้อยางรวดเร็ว แตมขี ้อจากัดคือสามารถ
ทางานได้ ไมนาน เนื่องจากล้างาย เพราะมี Metabolism แบบ Anaerobic respiration ทีท่ าให้กล้ามเนือ มีการสะสมของกรด แลกติกซึง่ เป็นผลให้กล้ามเนือ ล้าเร็ว จึงเหมาะกับการทางาน แบบ Phasic ทีท่ าให้เกิดแรงมากๆ ในชวงสันๆ ขณะที่ Slow muscle fiber ใช้ระบบ Metabolism แบบ Oxidative phosphorylation ที ไม ่ ทา ให้เกิดการสะสมของแลกแตทใน กล้ามเนือ จึงไมทา ให้เกิดการล้าและสามารถทางานได้ ใน ระยะเวลานานๆหรือทีเ่ รียกวา การทางานแบบ Tonic 6.
Twitch Duration คืออะไร ประกอบด้วยระยะใดบ้าง
ตอบ Twitch Duration คือ ระยะเวลาการหดและคลายตัว ของกล้ามเนือ ประกอบด้วย 3 ระยะ คือ 1)
Latent period คือ เวลาที ใช้ ่ ในการปลอย Ca2+ จาก SR หรือเวลาตังแตเริม่ มีการกระต้ ุนจนกระทั่งกล้ามเนือเริม่ หด ตัว
Contraction time คือ เวลาที ใช้ ่ สา หรับการทางานของ cross bridge ในการดึงใยกล้ามเนือให้สันเข้า หรือ เวลาที ่ ใช้ ในการหดตัว
2)
3)
Relaxation time คือ เวลาที ใช้ ่ ขนสง Ca2+ กลับเข้า SR หรือเวลาที่ Muscle fiber ใช้ ในการคลายตัว
โดยจะมีชว งสันหรือยาวนัน ขึน อย ูกับชนิดของ Muscle fiber โดย Fast muscle fiber จะมี Twitch duration ทีส่ ัน กวา Slow
muscle fiber เนื่องจาก Fast muscle fiber มีการทางานทีล่ ะเอียด ออน ต้องการความเร็ วและความแมนยา จึงมีระยะการหดตัวสัน สวน Slow muscle fiber ไมต้องการความละเอียดออนในการ ทางาน แตต้องการความแข็งแกรง ความแรงและความคงทน จะมี ระยะการหดตัวยาวนาน 7. Twitch Duration ของกล้ามเนือ แตละมัดจะมีระยะเวลาสัน ยาว แตกตางกัน เกิดจากสาเหตุ ใด ตอบ Twitch Duration คือระยะเวลาการหด-คลายตัวของ กล้ามเนือ ตอการกระต้ ุนหนึง่ ครัง จะมีชวงระยะเวลาตางกัน เนือ่ งจาก 1. ขนาดของมัดกล้ามเนือ ทีเ่ รากระต้ ุน หากเรากระต้ ุนกล้าม เนือ 2 มัดทีม่ ขี นาดตางกันด้วยความแรงของกระแสไฟฟ้ าทีเ่ ทากัน จะพบวา กล้ามเนือ มัดที ใหญ ่ กวาจะมี Twitch Duration ทีย่ าวนาน กวากล้ามเนือ มัดทีเ่ ล็กกวา เนื่องจากต้องใช้เวลานานกว าในการก ระจายกระแสประสาทให้ทั่วทังมัดกล้ามเนือ 2. ความแรงของกระแสไฟฟ้ าที ใช้ ่ ในการกระต้ ุนตอขนาดของ มัดกล้ามเนือ หากกล้ามเนือ มีขนาดเทากันแตถกู กระต้ ุนด้วยความ แรงของกระแสไฟฟ้ าทีต่ างกัน กล้ามเนือ มัดทีถ่ กู กระต้ ุนด้วยกระแส ไฟฟ้าทีแ่ รงกวาจะมี Twitch Duration ทีย่ าวกวากล้ามเนือ ทีถ่ กู กระต้ ุนด้วยกระแสไฟฟ้ าทีเ่ บากวา เนื่องจากการกระต้ ุนทีแ่ รงกวา จะทาให้กราฟมี Amplitude สูงขึน 3. ชนิดของกล้ามเนือ หากวาเป็นกล้ามเนือ เรียบจะใช้เวลา นานกวากล้ามเนิอ ลายเนือ่ งจากกล้ามเนือ เรียบใช้เวลาในการสง Ca2+ กลับเข้าส ุ Sarcoplasmic reticulum นานกวากล้ามเนือ ลาย นอกจากนีก ล้ามเนือ ลายยังแบ งออกเป็นอีก 2 ประเภทซึง่ มี Twitch
Duration ทีต่ างกัน คือหากกล้ามเนือ เป็น Slow Fiber (Red fiber) จะมี Twitch Duration ทีย่ าวนานกว า Fast Fiber (White Fiber) 8. Latent Period คืออะไร เหตุ ใดการกระต้ ุนผานเส้นประสาทจึงมี Latent Period ทีย่ าวกวาการกระต้ ุนทีเ่ ส้นประสาทโดยตรง ตอบ Latent Period คือ ชวงระยะเวลาตั งแตกระต้ ุนกล้าม เนือ หรือเส้นประสาทเหนีย่ วนาให้เกิด Local Potential จนสูงถึง Action Potential Latent Period ของการกระต้ ุนบริเวณเส้นประสาท จะกว้างกวาการกระต้ ุนทีก่ ล้ามเนือ โดยตรง เพราะหลังจากระต้ ุน เส้นประสาทแล้ว กระแสประสาทจะถูกสงตอมาเรือ่ ยๆจนถึง บริเวณปลาย Axon และหลัง่ สารสือ่ ประสาท ผานชองวางคือ Synaptic Cleft เพื่อจับกับ receptor บนเซลล์กล้ามเนือ ทาให้ กล้ามเนือ เกิดการหดตัว ซึง่ จะใช้เวลานานกว าการกระต้ ุนทีเ่ ซลล์ กล้ามเนือ โดยตรงเพราะไมจาเป็นจะต้องรอให้สารสื่อประสาทมา จับกับ recptor จึงจะทาให้เกิดการหดตัวของกล้ามเนือ
การทดลองที่ 4.4 1. เหตุ ใดการเพิม่ ความถีข่ องตัวกระต้ ุนจึงทาให้แรงตึงที ได้ ่ จาก การหดตัวมากขึน ตอบ การเพิม่ ความถี ให้ ่ มากขึน จะทาให้กล้ามเนือ ยังไม สามารถคลายตัวได้เต็มทีก่ อ นการถูกกระต้ ุนในครังถัดมา เมือ่ เกิด การกระต้ ุนอีกครังจึงเกิดการรวมแรงขึน ทาให้เกิดแรงตึงทีม่ ากกวา เดิม 2. Tetanus/Twitch ratio คืออะไร จงอธิบาย
ตอบ คืออัตราสวนระหวางแรงตึงกล้ามเนือ ทีเ่ กิดจากการกระ ต้ ุนแบบ Single twitch ตอ แรงตึงกล้ามเนือ ทีเ่ กิดจากการกระต้ ุน แบบ maximal tetanus เพื่อบงบอกความสามารถของ Motor Unit ถ้าหากกล้ามเนือ นันเป็ น Slow motor unit จะมีคา อัตราสวนน้อย กวา Fast motor unit 3. ทาไมการหดตัวแบบ Tetanus จึงได้แรงตึงสูงกวาแบบ Single Twitch ตอบ เพราะเกิด การรวมแรงทุกครังทีถ่ กู กระต้ ุนด้วยความถี่ ทีส่ งู กวาปกติเรือ่ ยๆจนทาให้มแี รงตึงสูงกวากล้ามเนือ ทีถ่ กู กระต้ ุน แบบ Single Twitch 4. เหตุ ใดกล้ามเนือ หัวใจจึงไมสามารถเกิดการหดตัวแบบ Tetanus ได้ ตอบ เพราะกล้ามเนือ หัวใจมี Plateau phase จึงทาให้ Action potential ของกล้ามเนือ หัวใจกินเวลานานมาก แล้วจะทาให้ ระยะดือ ซึ่งเป็นชวงที ไม ่ สามารถถูกกระต้ ุนให้เกิดการหดตัวได้มี ระยะยาว กล้ามเนือ หัวใจจึงสามารถคลายตัวได้อยางเต็มทีก่ อ น การกระต้ ุนครังถัดไป
การทดลองที่ 4.5 การล้าคืออะไร เกิดจากสาเหตุ ใดได้บา้ ง? ตอบ การล้าคืออาการทีก่ ล้ามเนือ ไมมกี ารตอบสนองเมือ่ ได้ รับการกระต้ ุน มีสาเหตุของการล้าได้หลายปัจจัย เชน 1.ปริมาณ ของสารสือ่ ประสาททีล่ ดลง 2. การสะสมของกรด lactic 3. ปริมาณของ ATP ทีล่ ดลง 4. ภาวะความเป็ นกรดในกระแสเลือด แตพบวาในชีวติ ประจาวันของเรานัน เหตุการณ์ทจี ่ ะทาให้ nerve ล้าจนผลิต neurotransmitter ไมทันนัน เกิดขึน ได้น้อยมากหรือแทบ 1.
จะไมเกิดขึน เลย ซึ่งสวนใหญจะมาจากการที่ muscle ทางานหนัก จนล้ามากกวา การล้าทีก่ ล้ามเนือ นันสามารถเกิดขึน ได้ เมื่อกล้าม เนือ มีการทางานอยางหนัก จนทาให้ O2 ทีจ่ ะเอาไปใช้เลีย งกล้าม เนือ นันไมเพียงพอ จึงทาให้เกิดการหายใจแบบไม ใช้ออกซิเจน ซึง่ จะได้ product เป็น lactic acid เกิดการสะสมในกล้ามเนือ ทาให้ เกิดการล้านั่นเอง ... ่ า ให้เกิดการล้าจากการกระต้ ุน 2. จงเปรียบเทียบระยะเวลาทีท เส้นประสาทครั งที่ 1 และ 2 วาแตกตางกันหรือไม เพราะ เหตุ ใด ? ตอบ พบวาระยะเวลาของการกระต้ ุนแล้วทาให้เกิดการล้ามี ความแตกตางกัน โดยพบวาการกระต้ ุนเส้นประสาทครัง ที่ 2 จะ พบวากล้ามเนือ เกิดการล้าทีเ่ ร็วกวาการกระต้ ุนครังแรก ทังนีเ นือ่ ง มาจากวาปริมาณของสารสือ่ ประสาท (Neurotransmitter) ทีม่ อี ย ู นันถูกใช้จนหมด แล้วเกิดกระบวนการสร้างสารสื่อประสาทขึน มา ใหมนัน ในชวงเวลาทีเ่ ราพัก nerve แตอยางไรก้อตาม ทาให้การก ระต้ ุน nerve ครังทีส่ องทาให้ muscle หดตัวได้ แตอยางไรก็ตาม ปริมาณของสารสือ่ ประสาททีม่ สี ร้างขึน ใหมนันก็จะมี ไมมากเทา ของเดิมดังนัน กล้ามเนือ จึงหดตัวได้ ไมนาน ระยะเวลาทีท่ าให้เกิด การล้าของการกระต้ ุนเส้นประสาทครั งทีส่ องจึงสันกวานั่นเอง 3. ในการทดลองนีต าแหนงของการล้าเกิดขึน ที ใด ่ จากสาเหตุ ใด ? ตอบ สาเหตุของการล้า, ไมเกิดการตอบสนองของการหดตัว ของ muscle นัน ไม ได้เกิดมาจากการล้าของทีต่ ัวกล้ามเนือ แตมี สาเหตุมาจากการล้า ที่ nerve นั่นเอง ซึง่ เกีย่ วข้องกับการสร้าง และการหลั่ งสารสือ่ ประสาท Acetylcholine เนื่องจากมีการกระต้ ุน nerve เป็ นเวลานานทาให้เกิดการใช้ของ Acetylcholine หมด และ เกิดการสร้างไมทัน ทาให้กล้ามเนือ ไมเกิดการตอบสนอง
ถ้าในการทดลองนีท าการทดลองตอ โดยกระต้ ุนทีอ่ ยางตอ เนือ่ งที่ Gastrocnemius m. การล้าจะเกิดขึน หรือไม ถ้าเกิด เกิดจากสาเหตุอะไร? ตอบ เกิดครับ สาเหตุกค็ อื วามันจะเกิดการสะสมของกรด Lactic acid ขึน ในกล้ามเนือ เพราะฉะนันจะทาให้กล้ามเนือ เกิดการ ล้านั่นเอง 4.
การทดลองที่ 4.6 Physiological resting length คืออะไร? ตอบ มันคือความยาวปกติของกล้ามเนือ ขณะอย ู ในตาแหนง ปกติ ในรางกาย ความยาวนีจ ะให้แรงชนิด Active tension ทีส่ งู ทีส่ ดุ ด้วยเหตุทวี ่ า การจับกันของ cross bridge ของ myosin สามารถจับกับ actin ได้พอดี 2. จงอธิบายความหมายของ active, passive , total tension ตอบ ความสามารถในการหดตัวของกล้ามเนือ นันขึน อย ูกับ ความยาวของกล้ามเนือ ในขณะถูกกระต้ ุน เมือ่ กล้ามเนือ ทางานจะ ให้ tension สูงสุด ซึง่ ในภาวะปกติของรางกาย ความยาวของ กล้ามเนือ ขณะอย ู ในรางกายเป็นความยาวทีเ่ หมาะสมทีส่ ดุ ถ้า ขนาดของกล้ามเนือ ยาวหรือสันกวาจะให้แรงตึงทีล่ ดลง แรงตึงที่ เกิดในกล้ามเนือ จากการยืด = Passive tension สวนแรงตึงทีเ่ กิด จากการหดตัวของกล้ามเนือ เมือ่ ถูกกระต้ ุน = Active tension ซึง่ ผลรวมของแรงทั งสองจะเรียกวา Total tension. 3. เหตุ ใด Active tension จึงมีคา สูงสุดที่ L0 ตอบ เพราะคา L0 เป็นความยาวของกล้ามเนือ ทีท่ าให้ myosin จับกับ actin ได้ครบทุกอันทาให้กล้ามเนือ หดตัวได้อยาง เต็มทีแ่ ละมากทีส่ ดุ 1.
4.
จงอธิบายถึง Frank-Starling Law of the Heart ตอบ เมือ่ หัวใจถูกยืดมากซึง่ เกิดจากปริมาณเลือดที ไหลกลั ่ บ เข้าหัวใจ กล้ามเนือ หัวใจก็จะหดตัวได้มากขึน เชนกันเพือ่ บีบเลือด ให้ออกจากหัวใจ แตหัวใจจะถูกยืดได้มากทีส่ ดุ ในคาหนึง่ ถ้าถูกยืด มากไปกวานันแรงบีบตัวจะลดลงไมเพิม่ ขึน
การทดลองที่4.7 1. จงอธิบายกลไกการออกฤทธิข อง Curare ตอบ Curare จะไป block ที่ nicotinic receptor ซึง่ อย ูบน กล้ามเนือ ลาย ทาให้สารสือ่ ประสาท acetyl choline ไมสามารถจับ กับ nicotinic receptor ได้ ทาให้ Na+ channel ไมเปิดจึงไมเกิด action potential ทาให้กล้ามเนือ ไมสามารถตอบสนองด้วยการหด ตัวได้ 2. จงอธิบายกลไกการออกฤทธิ ของ Botulinum toxin และ TetrodotoxinBotulinum toxin ตอบ ยับยังการหลั่ง acetyl choline ออกจาก nerve terminal โดยจะไปยับยังไม ให้ acetyl choline fuse รวมกับ cell membrane ของ nerve terminal เมือ่ acetyl choline ออกมาไม ได้จงึ ไปจับ กับ nicotinic receptor ไม ได้จึงไมเกิด action potential กล้ามเนือ ก็ หดตัวไม ได้ Tetrodotoxin เป็ นพิษในปลาปักเป้าโดยมี ผลไป block ที ่ fastNa+ channel ทาให้ Na+ เข้าเซลล์ ไม ได้ก ไม ็ เกิด actionpotential ดัง นันกล้ามเนือ ก็หดตัวไม ได้ 3. การออนแรงของกล้ามเนือ ในผ้ ูปวย Myasthenia Gravis เกิด จากสาเหตุ ใด
ตอบ เกิดจากในรางกายมี anti- AChR antibodies มาก ซึ่ง antibody ตัวนีจ ะไปจับและทาลาย nicotinic receptor ทาให้ acetyl choline มาจับไม ได้ เมือ่ มาจับไม ได้ ก็ ไมเกิดaction potential กล้ามเนือ ก็หดตัวไม ได้หรือหดได้น้อยลงจากnicotinic receptor ทีย่ ังเหลืออย ู ทาให้เกิดการออนแรงของกล้ามเนือ
