ชีววิทยา-กลไกการรักษาดุลยภาพของสิ่งมีชีวิต

กลไกการรักษาดุลยภาพของเซลล์
          การรักษาดุลยภาพของร่างกาย (homeostasis) เป็นการปรับตัวของระบบและกลไกต่าง ๆ ในร่างกายของสิ่งมีชีวิตให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่อาศัยอยู่ เพื่อไม่ให้เกิดอันตรายต่อระบบในร่างกาย
          สิ่งมีชีวิตต้องอาศัยการทำงานประสานกันของเซลล์จำนวนมาก เซลล์หลาย ๆ เซลล์รวมกลุ่มกันเป็น เนื้อเยื่อ (tissue) เพื่อทำหน้าที่เฉพาะอย่าง เนื้อเยื่อหลาย ๆ ชนิดรวมกันเป็น อวัยวะ (organ) อวัยวะหลาย ๆ อวัยวะทำหน้าที่ประสานกันและรวมกลุ่มกันเป็น ระบบอวัยวะ (organ system) ระบบอวัยวะทุกระบบจะทำงานประสานกันเป็นร่างกาย ซึ่งแต่ละอวัยวะจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพได้ต้องมีการปรับตัวเพื่อรักษาดุลยภาพในร่างกายเพื่อให้ร่างกายอยู่ในภาวะสมดุลอยู่เสมอ

ตอนที่ 2 รักษาดุลยภาพของสิ่งมีชีวิต
สาระสำคัญ
          1. เมื่อพืชได้รับน้ำมากเกินความต้องการ พืชจะคายน้ำออกทางปากใบ และเมื่อพืชสูญเสียน้ำมาก ปากใบจะปิดเพื่อลดการคายน้ำควบคู่กับการดูดซับน้ำของรากเพื่อลำเลียงน้ำไปสู่ส่วนต่าง ๆ ของพืช
          2. หน่วยไตของคนทำหน้าที่ในการกรองของเสียในเลือดตรงบริเวณที่เรียกว่า โบว์แมนแคปซูล
          3. สารที่เป็นประโยชน์บางส่วนที่ถูกกรองผ่านโบว์แมนแคปซูลจะถูกดูดเข้าสู่กระแสเลือดอีกครั้งที่ท่อหน่วยไต
          4. ไตจะทำงานร่วมกับสมองส่วนไฮโพทาลามัสเพื่อรักษาสมดุลของน้ำในร่างกาย
          5. ร่างกายหายใจออกเพื่อกำจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งทำให้ค่าความเป็นกรด-เบสในร่างกายสมดุล
          6. สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เช่น พารามีเซียมมีโครงสร้างภายในเซลล์ที่เรียกว่า คอนแทร็กไทล์แวคิวโอล ซึ่งทำหน้า ที่กำจัดน้ำและของเสียต่าง ๆ ออกนอกเซลล์เพื่อรักษาสมดุลของสารภายในเซลล์
          7. ปัสสาวะของปลาน้ำจืดจะเจือจางมากเนื่องจากได้รับน้ำจากสภาพแวดล้อมในปริมาณมาก ส่วนการลำเลียงแร่ธาตุเข้าร่างกายต้องใช้การลำเลียงแบบใช้พลังงานเพราะสภาพแวดล้อมมีปริมาณแร่ธาตุน้อย
          8. ปัสสาวะของปลาทะเลจะเข้มข้นมากเนื่องจากต้องรักษาน้ำในร่างกายไม่ให้แพร่ออกสู่สภาพแวดล้อมส่วนการลำเลียงแร่ธาตุออกนอกร่างกายต้องใช้การลำเลียงแบบใช้พลังงานเพื่อกำจัดแร่ธาตุที่มีปริมาณมากเกินความต้องการของร่างกาย
          9. นกทะเลใช้ต่อมเกลือในการกำจัดเกลือและแร่ธาตุที่มีปริมาณเกินความต้องการของร่างกาย
          10. สมองส่วนไฮโพทาลามัสจะควบคุมดุลยภาพของน้ำและสารต่าง ๆ ในร่างกาย โดยการสั่งต่อมใต้สมองให้กระตุ้นหรือยับยั้งการหลั่งฮอร์โมน ADH เพื่อควบคุมปริมาณน้ำและสารต่าง ๆ ให้อยู่ในภาวะสมดุล
          11. สัตว์เลือดอุ่นสามารถควบคุมอุณหภูมิของร่างกายให้คงที่ในสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ทำให้ร่างกายสามารถ ดำรงชีวิตอยู่ได้ตามปกติ
          12. สัตว์เลือดเย็นเป็นสัตว์ที่มีอุณหภูมิในร่างกายเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพแวดล้อมได้ตลอดเวลา จึงทำ
ให้การทำงานของร่างกายไม่คงที่

Key word
          โบว์แมนแคปซูล : กระเปาะที่อยู่บริเวณปลายของท่อหน่วยไต
          โกลเมอรูลัส : กลุ่มของหลอดเลือดฝอยที่อยู่ภายในโบว์แมนแคปซูล
          เมแทบอลิซึม : กระบวนการที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ ประกอบด้วยกระบวนการสังเคราะห์พลังงานจากอาหาร และกระบวนการสลายเพื่อให้ได้พลังงาน
          ADH : ฮอร์โมนที่หลั่งจากต่อมใต้สมองส่วนท้าย
          การจำศีล : ภาวะหยุดนิ่งเพื่อถนอมพลังงานไว้

การรักษาดุลยภาพของน้ำในพืช
          พืชจะมีการคายน้ำออกทางปากใบ (stoma) โดยใช้ เซลล์คุม (guard cell) เป็นเซลล์ที่มีลักษณะคล้ายเมล็ดถั่ว 2 เซลล์ประกบกัน ทำหน้าที่ควบคุมการเปิด–ปิดของปากใบ เพื่อรักษาดุลภาพภายในเซลล์ไม่ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมากเกินไป

การรักษาดุลยภาพของน้ำและสารต่าง ๆ ในร่างกาย
          ร่างกายจำเป็นต้องรักษาสมดุลของน้ำและแร่ธาตุต่าง ๆ เพื่อให้ร่างกายทำงานได้อย่างปกติ ซึ่งอวัยวะสำคัญที่ทำหน้าที่รักษาสมดุลของน้ำและสารต่าง ๆ ในร่างกายให้อยู่ในภาวะปกติ คือ ไต (kidney) ต่อจากไตทั้ง 2 ข้างมีท่อไต (ureter) ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำปัสสาวะจากไตไปเก็บไว้ชั่วคราวที่กระเพาะปัสสาวะ (urinary bladder) ก่อนขับออกนอกร่างกายทางท่อปัสสาวะ (urethra)
          เมื่อผ่าไตตามยาว จะพบ กรวยไต (pelvis) ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำปัสสาวะต่อไปยังท่อไต ภายในเนื้อเยื่อของไตประกอบด้วยหน่วยเล็ก ๆ เรียกว่า หน่วยไต (nephron) ซึ่งมีประมาณข้างละ 1 ล้านหน่วย แต่ละหน่วยมีลักษณะเป็นท่อ ปลายข้างหนึ่งเป็นกระเปาะเรียกว่า โบว์แมนแคปซูล (Bowman’s capsule) ภายในกระเปาะมีกลุ่มหลอดเลือดฝอยเรียกว่า โกลเมอรูลัส (glomerulus) ส่วนปลายอีกข้างหนึ่งเชื่อมต่อกับส่วนของท่อไต

          เมื่อน้ำเลือดไหลเข้าสู่ไต โกลเมอรูลัสซึ่งมีสมบัติเป็นเยื่อเลือกซึมผ่านจะทำหน้าที่กรองสารบางอย่างที่มีโมเลกุลขนาดเล็กออกจากน้ำเลือด จากนั้นสารที่กรองได้จะไหลจากหลอดเลือดเข้าสู่ท่อหน่วยไต โดยสารที่เป็นประโยชน์ ได้แก่ น้ำ กลูโคส และกรดแอมิโนต่าง ๆ จะถูกดูดซึมกลับเข้าสู่กระแสเลือดอีกครั้งหนึ่งที่บริเวณท่อหน่วยไตเพื่อนำไปใช้ต่อ ส่วนสารที่เป็นของเสีย ได้แก่ ยูเรีย กรดยูริก และสารพิษอื่น ๆ รวมทั้งน้ำบางส่วน จะถูกขับผ่านท่อหน่วยไตไปยังท่อปัสสาวะ และกำจัดออกในรูปของน้ำปัสสาวะ

          ไตสามารถกรองสารที่เป็นประโยชน์ต่อร่างกายกลับเข้าสู่กระแสเลือด และขับของเสียที่ร่างกายไม่ต้องการ เช่น โซเดียมไอออน และคลอไรด์ไอออนที่เกิดจากกระบวนการเมแทบอลิซึม (metabolism) ออกนอกร่างกาย กลไกควบคุมสมดุลของน้ำในเลือดของร่างกายจะทำงานร่วมกับสมองส่วนไฮโพทาลามัส (hypothalamus) เมื่อปริมาณน้ำในเลือดน้อย เลือดมีความเข้มข้นสูง ความดันเลือดจะลดต่ำลง ทำให้สมองส่วนไฮโพทาลามัสส่งกระแสประสาทไปกระตุ้นต่อมใต้สมองส่วนท้ายให้หลั่งฮอร์โมนวาโซเปรสซิน (vasopressin) หรือ ADH (antidiuretic hormone) เพื่อกระตุ้นท่อหน่วยไตให้ดูดน้ำกลับเข้าสู่กระแสเลือด ทำให้ปริมาณน้ำในเลือดสูงขึ้น และเมื่อปริมาณน้ำในเลือดสูงขึ้น เลือดจะเจือจางลง ความดันเลือดจะเพิ่มสูงขึ้น สมองส่วนไฮโพทาลามัสจะไปยับยั้งการหลั่งฮอร์โมน ADH ให้หลั่งออกมาน้อยลง หน่วยไตจึงดูดน้ำกลับได้น้อยลง ปริมาณน้ำในร่างกายจึงอยู่ในภาวะสมดุล

การรักษาดุลยภาพของกรด–เบสในร่างกาย
          เอนไซม์เป็นตัวควบคุมปฏิกิริยาต่าง ๆ ในร่างกาย ซึ่งอัตราการทำงานของเอนไซม์ขึ้นอยู่กับระดับความเป็นกรด-เบส หรือค่า pH ที่เหมาะสมกับชนิดของเอนไซม์นั้น ๆ เช่น การควบคุมความเป็นกรด-เบสที่อยู่ในเลือดเป็นกระบวนการนำออกซิเจนไปสลายสารอาหารแล้วให้ผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ซึ่งถูกกำจัดออกนอกเซลล์โดยส่งเข้าสู่กระแสเลือด เมื่อรวมตัวกับน้ำ (H₂O) ในเลือดจะเกิดกรดคาร์บอนิก (H₂CO₃) จากนั้นจะแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน (H⁺) กับไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน (HCO₃)

เลือดที่มีปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์สูง จะมีการสร้าง H⁺ ปริมาณมาก ค่าความเป็นกรดในเลือดจึงสูง ร่างกายจะปรับสมดุลโดยการส่งสัญญาณเพื่อกระตุ้นสมองส่วนเมดัลลาออบลองกาตา (medullaoblongata) ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อกะบังลมและซี่โครงให้ทำงานมากขึ้น ส่งผลให้มีการหายใจออกเพื่อกำจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ทำให้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดลดต่ำลง ค่าความเป็นกรดในเลือดจึงลดลง เมื่อปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดต่ำลง สมองส่วนเมดัลลาออบลองกาตาจะไปยับยั้งการทำงานของกล้ามเนื้อกะบังลมและซี่โครงให้ทำงานลดลง เพื่อทำให้ปริมาณแก๊สออกซิเจนในเลือดสูงขึ้น ปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในร่างกายจึงอยู่ในภาวะสมดุล
กลไกทางเคมีอื่น ๆ ของร่างกายที่ช่วยในการปรับสมดุลของกรด–เบสในร่างกาย เช่น เฮโมโกลบินสามารถรวมตัวกับไฮโดรเจนไอออนเพื่อป้องกันการลดลงของ pH ในกระแสเลือดได้

การรักษาอุณหภูมิของร่างกายในสัตว์เลือดอุ่น
สัตว์เลือดอุ่น (homoeothermic animal) เช่น สัตว์ปีกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม รวมทั้งมนุษย์ เป็นสัตว์ที่สามารถควบคุมและรักษาอุณหภูมิของร่างกายให้อยู่ในระดับที่ค่อนข้างคงที่ ในสภาพแวดล้อมบางแห่งที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงค่อนข้างสูง สัตว์ที่อาศัยบริเวณนั้นจึงต้องมีการปรับพฤติกรรมเพื่อรักษาอุณหภูมิของร่างกายให้คงที่ในลักษณะที่แตกต่างกันตามโครงสร้างของร่างกายของสัตว์แต่ละชนิด เช่น เมื่ออากาศร้อนจัด สุนัขจะหอบและหลั่งน้ำลายเพื่อระบายความร้อน เป็นต้น
การรักษาอุณหภูมิของร่างกายในสัตว์เลือดเย็น
สัตว์เลือดเย็น (poikilothermic animal) เช่น สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก และสัตว์น้ำจำพวกปลา เป็นสัตว์ที่อุณหภูมิในร่างกายเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมได้ตลอดเวลา ดังนั้นในช่วงฤดูหนาว ปลาบางชนิดจะมีการย้ายถิ่นฐานไปในบริเวณมหาสมุทรที่มีกระแสน้ำอุ่น หรือกบและงูจะหยุดการกินอาหารและไม่เคลื่อนไหวเพื่อถนอมพลังงาน และซ่อนตัวอยู่ในรูใต้ดินเพื่อปรับอุณหภูมิในร่างกาย อัตราการหายใจและการเต้นของหัวใจก็จะลดลงเช่นกัน เรียกสภาพดังกล่าวนี้ว่า การจำศีล (estivation)

ที่มา สำนักพิมพ์วัฒนาพานิช www.wpp.co.th