行動 (Locomotion)

行動 (Locomotion)
蔡茂堂 牧師

上帝所創造的各種生命當中，有介於生物與無生物之間的濾過性病毒(virus)，有生於斯、長於斯、死於斯，一生永不動搖的植物(plant)，還有可以到處奔跑行走、自由行動的動物(animal)。

在動物當中，最簡單的單細胞生物，像草履蟲，是用其細胞膜上面的許多纖毛(cilia)在水中不停的擺動來移動自己。比較複雜的多細胞動物則須要靠經過分化的行動系統(locomotion system)來幫助自己在環境中移動。

行動系統是由會收縮的肌肉與可以作為槓桿支架的骨骼系統所組成。骨骼系統又可以再分為靜水骨骼(hydrostatic skeleton)，外骨骼(exoskeleton)，以及內骨骼 (endoskeleton)三類。靜水骨骼是由充滿體液的密閉腔室所組成，像海葵與蚯蚓，靠縱行肌肉與環狀肌肉的交互收縮與伸張來移動其身體。外骨骼則是節肢動物 (arthropod)的昆蟲類所使用的行動器官。外骨骼形成盔甲般籠罩著節肢動物的外面，有很優良的保護作用，再靠附著其內側面肌肉的收縮來移動。外骨骼的重量以及機械性約束，使得節肢動物體型一定要保持嬌小，而且堅硬的外殼會阻礙身體的成長，因此，牠們每隔一段時間就須要進行金蟬脫殼的換殼動作。

脊椎動物(vertebrate)發展出最進步的內骨骼系統，包括位置在最裡面的軟骨與硬骨(cartilage and bone)作為槓桿(lever)，骨頭與骨頭相接處的各種關節(joint)作為支點(fulcrum)，還有經由肌腱(tendon)附著於關節兩邊骨頭，可以收縮放鬆的肌肉作為施力點(effort)。這種由骨骼、關節、肌肉所組成的槓桿系統(lever system)可以根據支點、施力點以及阻力點(resistance)之相對位置再分為三種。

第一類槓桿(first class lever)：
支點在中間，施力點與阻力點在兩邊。這是翹翹板式的關節。頸背肌肉經由寰椎枕骨關節(occipital atlas joint)保持頭部直立乃屬於這一類。

第二類槓桿(second class lever)：
阻力點在中間，支點與施力點在兩邊。這是手推車式的關節。跳芭蕾舞的舞者墊起腳尖時，小腿肌(calf muscle)經由腳跟腱(Achilles tendon)將全身重量由腳跟提起的優美姿勢乃是使用第二類槓桿。

第三類槓桿(third class lever)：
施立點在中間，支點與阻力點在兩邊。這是我們身體中最常見的關節類型。一個舉重選手在拿啞鈴訓練臂力時，其上臂的二頭肌(biceps)就是藉著肘關節作為支點，來舉起啞鈴(阻力點)。這一類的槓桿最費力，但是卻可以在最短時間內造成最大距離的移動。

這幾種槓桿原理只是能夠將肌肉收縮的力量，轉為各種行動的表現。讓我們可以行動的最主要施力點之能量來源乃是肌肉的收縮。肌肉的收縮是我們的肌細胞把三磷酸腺苷(ATP)中所含的化學能量轉換為肌細胞裡面肌凝蛋白(myosin)與肌動蛋白(actin)相互滑動的機械性能量的結果。

生物學者的研究所提出的滑動細絲模式(sliding filament model)是目前解釋肌細胞如何進行收縮與放鬆的最廣為大家接受的模式。根據這個模式的理論。當運動神經元將大腦要有行動的決定傳到肌細胞時，運動神經元軸突終末(axon terminal)會將乙醯膽鹼(acetylcholine)釋出在神經突觸(synapse)，刺激肌細胞膜的鈉幫浦(sodium pump)作用，將此刺激傳到整個肌細胞，使其中的肌漿質網(sarcoplasmic reticulum)所含的鈣離子大量釋出進入肌細胞中，與肌動蛋白上的旋轉素(troponin)結合，拉動旋轉肌球素(tropomyosin)的位置，而使肌動蛋白的結合點(binding site)曝露出來，可以和肌凝蛋白的頭部(myosin head)的橫橋(cross bridge)結合。再加上三磷酸腺苷(ATP)的作用，而將肌動蛋白(actin)所組成的細絲(thin filament)向一方滑動，因此，產生肌肉收縮的現象。

感謝上帝的恩典，為我們預備了這麼完美的行動系統，讓我們用我們的每一個行動來榮耀祂的聖名。