ชีววิทยาเรื่องระบบขับถ่าย Excretion

TOPICS

ระบบการขบถาย Controlling the internal environment (Homeostasis and Excretory system)

3. CONTROLLING THE INTERNAL ENVIRONEMENT

-สงมชวตทอาศยในสภาวะแวดลอมทแปรผนอยางมาก จะสามารถมชวตอยรอดได กตอเมอมการปรบตวใหเขากบสงแวดลอมนน ๆ

-การปรบตวเพอรกษาสภาวะธ ารงดลภายในรางกาย หรอ homeostasis (Gr. same standing)

-สตวสามารถรกษาสภาวะภายในรางกายไวได แมวาสภาพแวดลอมภายนอกจะมการเปลยนแปลงไปมากจนอาจเปนอนตรายตอเซลลได เชน การรกษาสภาวะแวดลอมภายในรางกายเปลยนแปลงไปในชวงแคบ ๆ ถงแมวาสภาวะแวดลอมภายนอกจะแปรผนอยางมาก เชนการรกษาอณหภมภายในรางกายคนใหมคาอยทประมาณ 37 oC

รปรางและหนาททเหมาะสมตอสภาวะแวดลอม (Form and function suit the environment)

-สตวสามารถรกษาสภาวะแวดลอมภายในรางกายใหคงทไวได แมวาสภาวะแวดลอมภายนอกจะแปรผนมาก เนองจากสตวมการปรบตวเพอใหไดรปรางทสมพนธกบการท างาน (หนาท) ทเหมาะสมตอสภาวะแวดลอมทสตวอาศยอย

-การเกดววฒนาการ (evolution) และการคดเลอกตามธรรมชาต (natural selection) จะท าใหสตวทมรปรางเหมาะสมทสดในสภาวะแวดลอมนน ๆ สามารถอยรอด สบพนธและถายทอดยนดงกลาว ไปสรนลกหลานได

:รปราง (form) – หนาท (function) :กายวภาคศาสตร (anatomy) – สรรวทยา (physiology)

หากนกลางคน (nocturnal monkey) หากนกลางวน (diurnal monkey)

อาศยในเขตรอน อาศยในเขตหนาว

รปรางและหนาททเหมาะสมตอสภาวะแวดลอม (Form and function suit the environment)

-ปลาวาฬสน าเงนมการพฒนาอวยวะภายในชองปาก(sieve or baleen plate) ใหเหมาะตอการดกจบ เคย(krill) ซงเปนสตวขนาดเลกทมเปนจ านวนมากในทะเล เปนอาหาร มรจมก(nostril) อยดานบน จงท าใหหายใจไดในขณะด าน า

-ในบทนจะเรยนเกยวกบการรกษาสมดลของอณหภม, สารละลายและน า, และ การก าจดของเสยพวกไนโตรเจนดงน

1.Thermoregulation การรกษาสมดลของอณหภมภายในรางกาย 2. Osmoregulation การรกษาสมดลของสารละลายและน าในรางกาย 3. Excretion การก าจดของเสยพวกไนโตรเจน (nitrogen-containing waste) ออกนอกรางกาย

Regulator: พวกสตวทมการรกษา homeostasis ภายในรางกายไมใหมการเปลยนไปมาก ในขณะทสภาพแวดลอมภายนอกมการเปลยนแปลงอยางมาก (thermoregulator, osmoregulator) Conformer: พวกสตวทมการเปลยนแปลงสภาพภายในรางกายตามสภาพแวดลอมภายนอก (thermoconformer, osmoconformer)

Spider crab; osmoconformer

Regulation of Body Temperature: Thermoregulation

1.Conduction: การถายทอดความรอนจากวตถหนงไปยงอกวตถหนง(สงไปต า)โดยตรง

2.Convection: การน าพาความรอนไปโดยการเคลอนผานของอากาศหรอของเหลว

3.Radiation: การแพรกระจายความรอนจากวตถหนงไปยงวตถหนงในรปของคลนแมเหลกไฟฟา โดยวตถนน ๆ ไมตองมาสมผสกนโดยตรง

4.Evaporation: การระเหยของของเหลวไปเปนแกส มการใชความรอนในการท าให เกดการระเหย

-การไดรบ/สญเสยความรอนของสตว เกดไดจากกระบวนการตาง ๆ ดงน

Ectotherm and Endotherm

-แบงสตวตามวธการไดรบความรอนของรางกายเปน 1. Ectotherm: พวกทไดรบความรอนจากสงแวดลอมภายนอก ไดแก สตวไมมกระดกสนหลง, ปลา, สตวสะเทนน าสะเทนบก, สตวเลอยคลาน 2. Endotherm: พวกทไดความรอนจากกระบวนการเมตาบอลสมของรางกาย ไดแก นกและสตวเลยงลกดวยนม

(Thermoregulator)

(Thermoconformer)

Counter Current Heat Exchange

-เพอรกษาความรอนภายในรางกาย เชน การลดการสญเสยความรอนทเทาของเปด หรอทเหงอกของปลา

ขางในรางกาย

ขางนอกรางกาย

ผวหนงและthermoregulation

-ไขมน (adipose) และขนท าหนาทเปนฉนวนปองกนการสญเสยความรอนออกนอกรางกาย -การหด-ขยายตวของเสนเลอดทผวหนง -การตงชน(erection)และการอดตวกนแนน(compaction)ของขน -การเกด evaporation โดยการหลงเหงอ จากตอมเหงอ

การไดรบความรอนจากการกระพอปกของแมลง: การท างานของกลามเนออก

บทบาทของไฮโปทาลามสในการควบคมอณหภมภายในรางกายสตว (Thermostat Function)

Hibernation and Estivation

Hibernation: การปรบตวทางสรรวทยาทท าใหสตวอยรอดไดในสภาพอากาศหนาวและขาดแคลนอาหารเปนเวลานาน โดยการลดเมตาบอลสม, ระบบไหลเวยนเลอด, การหายใจ และอณหภมรางกาย Estivation: การปรบตวทางสรรวทยาทท าใหสตวอยรอดไดในสภาพอากาศรอนและขาดแคลนน าเปนเวลานาน โดยการลดเมตาบอลสมและ inactive

Body temperature and metabolism during hibernation of Belding’s ground squirrel

Water Balance and Waste Disposal: Osmoregulation

-osmosis การเคลอนของน าผาน semipermeable membrane โดยขนกบความเขมขนของ osmolyte (ion, small organic

molecules, protein) ทอยระหวางเยอกนทงสองดาน -นกทะเลหลายชนดมอวยวะในการก าจด เกลอทหว เรยก nasal gland -Countercurrent ของทศทางการไหลของ เลอดและการเคลอนของ NaCl ในทอ salt- excreting gland -ในปลาฉลามมอวยวะพเศษส าหรบก าจด เกลอ เรยก rectal gland

NaClสง

NaClต า

การก าจดของเสยพวกไนโตรเจน (Excretion of nitrogen-containing waste) ทไดจากการสลายโปรตนและกรดนวคลอกมในรปแบบตาง ๆ ดงน 1. แอมโมเนย (Ammonia ) -เปนสารทละลายน าไดด แตเปนพษตอสตว แมจะมปรมาณนอย -การขบของเสยพวกไนโตรเจนในรปแบบนจงมกพบในสตวน า เพราะแอมโนเนย สามารถแพรผานเยอเซลลสน าไดด -ในปลาน าจด มกมการขบแอมโมเนยในรปของ NH4

+ผานทางเหงอก โดย แลกเปลยนกบการน า Na+ เขาสเซลล 2. ยเรย (Urea) NH2-CO-NH2 -พบในสตวเลยงลกดวยนม, สตวสะเทนน าสะเทนบกตวเตมวย, ปลาทะเล, เตา -ยเรยสรางทตบโดยการรวมกนของแอมโมเนยและคารบอนไดออกไซด จงท าให สตวสนเปลองพลงงานในการสงเคราะห -มความเปนพษนอยกวาแอมโมเนย 100,000 เทา สตวจงเกบไวในรางกายทความ เขมขนสงได

3. กรดยรก (Uric acid) -พบในหอยทากบก, แมลง, นก, สตวเลอยคลานหลาย ชนด -กรดยรกไมคอยละลายน า จงมการขบออกจาก รางกายในรป semisolid จงประหยดการขบน าออก -แตการสงเคราะหกรดยรก จะสนเปลองพลงงาน (ATP) มาก

ปญหา -ไดรบเกลอเขาสรางกายจ านวนมาก -สญเสยน าออกจากรางกายจ านวนมาก การแกปญหา -ก าจดเกลอออกจากเหงอกโดยวธ active transport -รบน าจากอาหารและน าทะเล ขบปสสาวะปรมาณต า

ปญหา -ไดรบน าเขาสรางกายจ านวนมาก -สญเสยเกลอแรออกจากรางกาย การแกปญหา -ขบปสสาวะปรมาณมาก และเจอจาง -รบเกลอจากอาหารและactive uptake ผานเหงอก

Osmoregulation ในปลาน าจดและปลาน าเคม

อวยวะทใชในการก าจดของเสยออกจากรางกายสตวชนดตาง ๆ มดงน 1. Protonephridia พบในหนอนตวแบน, rotifers, annelids บางพวก, ตวออน mollusk, lancelet (invertebrate chordate) 2. Metanephridia พบใน annelids สวนมาก รวมทงไสเดอนดน 3. Malpighian tubules พบในแมลง 4. Kidney พบในสตวมกระดกสนหลง

Protonephridia: Flame-bulb systems

-Protonephridia หนาทหลกคอ osmoregulation -เปนทอทมการแตกแขนงภายใน เปนทอปลาย ปดทปดดวยเซลลๆเดยว ซงภายในมลกษณะ flame bulb ทม cilia อยภายใน -การพดโบกของ cilia จะชวยใหน าและ สารละลายจาก interstitial fluid ผาน interdigitating membrane เขาสภายในทอ สารละลายสวนมากจะถกดดกลบคน (reabsorb)

-มการขบของเสยออกจากรางกายทาง nephridiopores

Metanephridia

-ในแตละ segment ของไสเดอนม metanephridia 1 ค ไปเปดท segment ถดไปทางดานหนา -ปลายเปดมลกษณะเปนกรวยทม cilia ลอมเรยก nephrostome ทท าหนาทรวบรวมของเหลวจาก coelom น าเขาส collecting tubule และเกบไวท bladder กอนขบออกจากรางกายทาง nephridiopore

-กอนขบปสสาวะ สวนใหญจะมการดดกลบของเกลอ และสารทมกขบออกคอ nitrogenous waste -เนองจากไสเดอนมกอาศยในดนทมความชนสงจงมการแพรของน าเขาสรางกายมาก (osmosis) ดงนนปสสาวะทขบออกจงเจอจาง (มน ามาก)

Malpighian tubules

-Malpighian tubule ท าหนาทก าจด nitrogenous waste และ osmoregulation -เปนทอปลายปดทยนออกมาจาก midgut -ท าหนาทขนสงน า, เกลอแร, nitrogenous waste จาก hemolymph เขาสภายในทอ -เกลอแรและน าสวนใหญจะถกดดกลบท rectum ขณะท nitrogenous waste (ในรป ของกรดยรก) จะถกขบออกไปพรอมกบ อจจาระ

Kidney

มกลามเนอหรดระหวางurethraและbladder

Nephron(หนวยไต) เปนหนวยท างานทเลกทสดของไต

พบเฉพาะสตวเลยงลกดวยนมและนก

ในคน 80%เปน cortical nephron 20% เปน juxtamedullary nephron

Capillary ทไตมรพรน ประกอบดวยเซลล เรยก podocyte

ในการผลตและก าจดปสสสาวะออกนอกรางกายมขนตอนดงน 1.Filtration (การกรอง) เปนการน าของเหลว เชน จากเลอด, coelomic fluid, hemolymph ผานเขาส ทอ(ทอไต) โดยแรงดนเลอด (hydrostatic pressure) โดยสารโมเลกลใหญเชนเมดเลอดและ โปรตนจะไมถกกรองออกมา สารทไดเรยก Filtrate 2.Reabsorption (การดดกลบ) สารทมประโยชน เชน กลโคส, เกลอ, กรดอะมโน จะถกดด กลบคนสระบบไหลเวยนเลอดโดย active transport 3.Secretion (การหลงสาร) สารพษและอออน สวนเกนจะถกขบออก โดย active transport 4.Excretion (การขบออก)

Nephron and Collecting Duct การเคลอน filtrate ผานทอไตหลงจากทมการกรองผาน glomerulus

1.การเคลอนผาน proximal tubule -secretion & reabsorption -หลง H+, NH3

(เพอปรบไมให filtrate เปนกรดมากไป) -ดดกลบ HCO3

-(90%), NaCl, น า, K+ และ สารอาหาร (กลโคส, กรดอะมโน) 2.Descending limb of the loop of Henle -permeable ตอน า, impermeable ตอเกลอ และสารโมเลกลเลก 3.Ascending limb of the loop of Henle -permeable ตอเกลอ impermeable ตอน า -ม 2 สวน คอ thin segment(PT) & thick segment(AT) 4.Distal tubule -secretion (K+)& reabsorption (NaCl & HCO3

-) 5.Collecting duct -ดดกลบ NaCl, ยเรย, น า

Active transport (AT) Passive transport (PT)