TOPICS 1. Animal nutrition (2 ชม.) (Digestive system) 2. Circulation and gas exchange (2.5 ชม.) (Circulatory and Respiratory system) 3. Controlling the internal environment (1.5 ชม.) (Homeostasis and Excretory system) 4. Chemical signal in animals (1 ชม.) (Endocrine system) 5. Nervous system (2 ชม.) 6. Sensory and motor mechanism (2 ชม.)

6. SENSORY AND MOTOR MECHANISM

-Sensation: การเคลอนของ action potential ผาน sensory neuron ไปยงสมอง -Perception: การรวบรวมและแปลผล sensation ทสมองไดรบ

SENSORY MECHANISM

Sensory Mechanism ประกอบดวย 1. Sensory transduction การทสงเรามากระตน receptor cell แลวท าใหเกดการ

เปลยนแปลงตอ membrane potential 2. Amplification การขยายสญญาณจากการกระตนของสงเรา เชน การขยาย

สญญาณภายในหจากการสนของเยอแกวห และกระดกห 3 ชน 3. Transmission การน าสญญาณประสาท (nerve impulse) ไปยง CNS 4. Integration การรวบรวม nerve impulse ทไดรบ โดยการ summation of graded

potential Sensory adaptation การลดการตอบสนองตอสงเราทกระตนมาอยางตอเนอง

เชน การลดการตอบสนองตอการสมผสของเสอผาทสวมใส

แบง sensory receptor ตามชนดของสงเราไดเปน 5 ชนด คอ 1.Mechanoreceptor: สงเราเปนแรงกล เชน แรงดน (ผวหนง), การสมผส(ผวหนง), การเคลอนไหว(ห), เสยง(ห) 2.Chemoreceptor: สงเราเปนสารเคม เชน กลโคส, O2, CO2, กรดอะมโน -Gustatory (taste) receptor (ลน)และ Olfactory (smell) receptor (จมก) 3.Electromegnetic receptor (Photoreceptor): สงเราเปนพลงงานแมเหลกไฟฟา เชน แสง (visible light), กระแสไฟฟา, สนามแมเหลก (ตา) 4.Thermoreceptor: สงเราเปนอณหภม เชนความรอน, ความเยน (ผวหนง) 5.Pain receptor (nociceptors): สงเรา เชน excess heat, pressure หรอสารเคมบางชนดท หลงจากบาดแผลหรอเนอเยอทตดเชอ (ผวหนง)

แบง sensory receptor ตามการรบสงเราไดเปน 2 กลม คอ 1.Exteroreceptor: รบสงเราจากภายนอกรางกาย เชน ความรอน, แสง, ความดน, สารเคม 2.Interoreceptor: รบสงเราจากภายในรางกาย เชน blood pressure(พบทเสนเลอด) , body position (พบทห)

ผวหนง(Skin): การบสมผส

-สงเราทเปนแรงกลจะท าใหเกดการโคงงอหรอบดเบยวของเยอเซลลของ mechanoreceptor จะท าให permeability ตอ Na+ และ K+ เปลยนไป และท าใหเกด depolarization -mechanoreceptor เปน modified dendrite ของ sensory neuron

Pacinian corpuscle

Meissner’s corpuscle

Krouse’s end bulb

Ruffini’s corpuscle

ลน(Tongue): การรบรส

-บนลนของคนมตมลน(taste bud)ประมาณ 10,000 อน ฝงตวอยในปมลน (papilla) -แตละ taste bud จะม taste (gustatory) receptor cell ซงเปน modified epithelial cell อย

การรบรส มขนตอนดงน 1.โมเลกลของสารเชนน าตาล จบกบtaste receptor 2.มการสงสญญาณผาน signal-transduction pathway 3.K+ channel ปด Na+channel เปด 4.Na+ แพรเขาสเซลล เกด depolarization 5.กระตนการน า Ca+ เขาสเซลล 6.receptor cell หลง neurotransmitter ทไปกระตน sensory neuron ตอไป

ตา(Eye): การมองเหน -Eye cup ของพลานาเรยจะรบขอมล เกยวกบความเขมของแสง และทศทางแสง โดยไมเกดเปนภาพ -สมองจะแปลสญญาณประสาททมาจาก eye cup ทงสองขาง -พลานาเรยจะเคลอนทจนกระทง sensation จาก eye cup ทง 2 ขางเทากนและมคานอยทสด

-ในแมลงตาเปนแบบ compound eye -ใน compound eye แตละขางม ommatidia (light detector) หลายพนอน -แตละ ommatidium จะรบภาพไดเอง ดงนนตาแมลงสามารถแยกแยะภาพไดถง 330 ครง/วนาท

Single lens eyes ในคน

white outer layer of connective tissue

thin, pigmented layer

give the eye its color

contain photoreceptor cell

the information of photoreceptor leaves the eye, the optic nerve attached to the eyes

clear, watery

jelly-like

liquid lens transparent protein

Photoreceptor cells: Rod cell and Cone cell

การมองภาพระยะใกลและไกล

a.การมองภาพระยะใกล(accommodation) ciliary muscle หดตว suspensory ligament หยอน เลนสหนาขนและกลมขน

b.การมองภาพระยะไกล ciliary muscle คลายตว suspensory ligament ตง เลนสถกดงท าใหแบน

Photoreceptors of the retina

-photoreceptors ม 2 ชนด 1.Rod cells ม ประมาณ 125 ลานเซลล -ไวแสง แตไมสามารถแยกสได 2.Cone cells มประมาณ 6 ลานเซลล -ไมไวแสง แตสามารถแยกสได แบงเปน red cone, green cone, blue cone -fovea เปนบรเวณทมแต cone cells ไมม rod cell

From light reception to receptor potential

-Rhodopsin (retinal + opsin) เปนเมดสในการมองเหน (visual pigment) ของ rods

-แสงจะกระตน rhodopsin ใหเกด signal-transduction pathway.

1.แสงกระตนการเปลยนรปของ retinal ท าใหหลดจาก opsin 2.active opsin กระตน G protein transducin 3.transducin กระตนphosphodiesterase (PDE) 4.cGMPถก hydrolze เปน GMP หลดออกจาก Na+ channel 5.Na+ channel ปด เยอเซลลเกด hyperpolarization การหลง neurotransmitter ลดลง

The Vertebrate Retina

ขนตอนการเกดภาพมดงน 1.หลงจากแสงมากระตน rods&cones เกด action potential 2.rods&cones synapse กบ bipolar cells 3.bipolar cells synapse กบ ganglion cells 4.ganglion cells สง visual sensation (action potential)ไปยงสมอง 5.การถายทอดขอมลระหวาง rods&cones, bipolar cells, ganglion cells ไมไดเปนแบบ one-to-one 6.horizontal&amacrine cells ท าหนาท integrate signal

Neural Pathways for Vision

-สมองดานขวารบ sensory information จาก วตถทอยทางดานซาย (left visual field, blue) -สมองดานซายรบ sensory information จาก วตถทอยทางดานขวา (right visual field, red) -optic nerve จากตาทงสองขางจะมาพบกนท optic chiasma -optic nerve จะเขาส lateral geniculate nuclei ของ thalamus -สง sensation ไปยง primary visual cortex ใน occipital lobe ของ cerebrum

ห(Ear): การไดยนและการทรงตว temperal bone

(hearing)

perilymph fluid

(endolymph fluid)

(equilibrium)

การโคงงอของ hair cell ท าใหเกด action potential

การเปลยนจากแรงกลเปนสญญาณประสาทของ hair cell

การจ าแนกเสยงสงต าของ cochlea

-basilar fiber ทต าแหนงตาง ๆ ของ basilar membrane มความกวางตางกน, แตละบรเวณ ของ basilar membrane จงจ าเพาะตอแรงสนท ความถตางกน, สง sensation ไปท cerebral cortex ต าแหนงตางกน

-ความดง(volume)ของเสยงก าหนดโดย amplitude -ความสงต า(pitch)ของเสยงก าหนดโดย frequency -ในคนปกตหสามารถฟงเสยงท 20-20,000 Hz, สนข <40,000 Hz

การทรงตว

-utricle, saccule และ semicircular canals ในหชนใน รบรเกยว กบการทรงตวและต าแหนงของรางกาย โดยม hair cell อยขางใน -utricle&sacculeสงสญญาณใหสมองรบรวาทศใดเปนดานบนและ รางกายอยในทาได -semicircular canals รบรเกยวกบทศทางทง 3 ระนาบ โดยบรเวณ โคนทอมการบวมเปนกระเปาะเรยก ampulla -ในampullaม gelatinous cap เรยก cupula ทม hair cell อย

การทรงตวในปลา

-หสวนในของปลาท าหนาทเกยวกบการทรงตว เทานน (มเฉพาะ saccule, utricle, semicircular canals) -หปลาไมม ear drum และไมเปดออกสภายนอก -การสนของน า(คลน)จะถกสงผานทางกระดกทหว เขาสหสวนใน -ปลาม lateral line system รบร low-frequency wave ท าหนาทคลายหสวนในของคน ท าใหรบรการเคลอนไหวผานน า, เหยอ และผลา -ม neuromast (receptor unit) ท าหนาทคลาย ampulla ใน semicircular canal

จมก(Nose): การไดกลน

-olfactory receptor cell เปน neuron มาท าหนาทโดยตรง -สวนปลายของเซลลยนออกมาเปน cilia ส mucus -สารเคมมาจบกบ receptor ทเยอเซลลของ cilia -เกด signal-transduction pathway, depolarization, action potential สสมอง

โครงรางสตว(animal skeleton) แบงออกเปน 2 ประเภท คอ 1. Hydroskeleton or hydrostatic skeleton 2. Hard skeleton 2.1 Exoskeleton 2.2 Endoskeleton

MOTOR MECHANISM

Movement การเคลอนบางสวนของรางกาย เชน การเคลอนของtentacle ของฟองน าทเปนสตวทอยกบท (sessile animal)

Locomotion การเคลอนของสตวจากทหนงไปยงอกทหนง

Hydrostatic skeleton

-พบใน cnidarians, หนอนตวแบน, หนอนตวกลม และไสเดอนดน -มการเกบของเหลวไวในสวนของ ทางเดนอาหาร (gastrovascular cavity or gut), pseudocoelom, coelom, vascular system, water vascular system -มการหดและคลายตวของกลามเนอ (circular and longitudinal muscle) ท า ใหเกดการเคลอนของของเหลวและ เกดการเคลอนท

Hard skeleton: Exoskeleton

-พบในพวก mollusk และแมลง -เปนโครงรางเปลอกแขงหมอยภายนอกรางกาย โดยสวนประกอบของเปลอกเปน พวก crystallized mineral salt และไมมเซลล (acellular) เชน แคลเซยมคารบอเนต ใน mollusk, chitin ในแมลง -exoskeleton นอกจากจะท าหนาทค าจนรางกายแลว ยงชวยปองกนการสญเสย/ ไดรบความชนอกดวย -การเคลอนไหวเกดขนโดยการหด-คลายตวของกลามเนอทยดตดกบ exoskeleton -กลามเนอทท าใหเกดการเคลอนไหวม 2 ชด คอ 1. Flexors ท าใหเกดการโคงงอของขอตอเมอหดตว 2. Extensors ท าใหเกดการยดตวของขอตอเมอหดตว -กลามเนอทงสองชดนจะท างานตรงขามกน เมอกลามเนอชนดหนงหดตว อกชนด หนงจะคลายตว (agonist-antagonist)

Moving the exoskeleton: Joints and muscle attachments

Flexor = งอ Extensor = คลาย

Hard skeleton: Endoskeleton -พบในสตวมกระดกสนหลงทกชนด -เปนโครงรางแขงทแทรกตวอยในเนอเยอ (soft tissues) หรอภายในรางกาย -endoskeleton ประกอบดวย living and metabolizing cells (ตางจาก exoskeleton) แบงเปน 1. cartilage เปนสวนประกอบของ protein collagen และ complex polysaccharide 2. bone ประกอบดวย collagen ปนอยกบ apatite (calcium and phosphate salt) -นกกายวภาคศาสตรแบงกระดกออกเปน 2 สวน 1. Axial skeleton: กระดกกะโหลก (skull), กระดกสนหลง (vertebral column), กระดกซโครง (rib) 2. Appendicular skeleton: เปนกระดกทตอออกมาจาก axial skeleton แบงเปน 2.1 Fore-limb bone (กระดกแขน) ยดตดกบ axial skeleton โดยกระดก pectoral girdle (clavicle, scapula) 2.2 Hind-limb bone (กระดกขา) ยดตดกบ axial skeleton โดยกระดก pelvic girdle (ilium, sacrum, pubis, ischium)

(pectoral girdle)

ilium sacrum

pubis

ischium

ขอตอ (Joint)

-ขอตอ: เปนบรเวณทกระดกมาตอกบ กระดก ม synovial memebranes มาหมบรเวณขอตอ เพอปองกนการ เสยดสระหวางกระดก จะมกระดก ออนมาท าหนาทเปนหมอนรอง และ ม synovial fluid ท าหนาทเปนสาร หลอลน -Ligament: เปนเอนทยดระหวาง กระดกกบกระดก -Tendon: เปนเอนทยดระหวาง กลามเนอกบกระดก

The skeleton-muscle connection

-การเคลอนไหวสวนตาง ๆ ของ รางกายเกดจากการท างานรวมกน ของ nerves, bones, muscles -การหด-คลายตวของกลามเนอ เปนการท างานรวมกนของ กลามเนอ 2 ชด ทท างานตรงขาม กน เชน การงอแขน :กลามเนอ biceps (flexor) หดตว (เปน agonist) :กลามเนอ triceps(extensor) คลาย ตว (เปน antagonist)

The power arm-load arm concept

-ในการเคลอนของกระดก จะมกระดกทอนหนง ท าหนาทเปนจดหมน (falcum) -ความเรวในการเคลอนท หรอความสามารถใน การรองรบน าหนกของกระดกขนอยกบ อตราสวนของ power arm ตอ load arm -power arm: ระยะทางระหวางจดทกลามเนอยด กบกระดกถงจดหมน -load arm: ระยะทางระหวางจดหมนถงบรเวณท ใชในการเคลอนไหว เชน เทา หรอมอ -ถาอตราสวน power arm/load arm ต า เชน ใน เสอชตา กระดกจะเคลอนทไดเรว -ถาอตราสวน power arm/load arm สง เชน ในตว badger กระดกจะรบน าหนกไดมาก

Origin and insertion

-ทปลายทงสองขางของกลามเนอ แตละมดจะยดตดกบกระดก โดย ดานทยดตดกบกระดกเฉย ๆ (ตดกบกระดกทไมเคลอนท) เรยก origin สวนปลายทยดกบ กระดกทมการเคลอนไหว เรยก insertion -Tendon ท origin มกจะกวาง ท insertion มกจะแคบ เพอจ ากด ความแรงในการหดตวของ กลามเนอเกดขนเฉพาะจด

The structure of skeleton muscle

-skeleton muscle เกดจากมดของ muscle fiber (cell) มารวมกน -muscle fiberแตละอนคอ 1 เซลลทมหลาย นวเคลยส ทเกดจากหลาย ๆ เซลลในระยะแรก มารวมกน -แตละ muscle fiber เกดจากมดของ myofibrils มารวมกน -myofibrilsประกอบดวย myofilaments 2 ชนด คอ 1.Thin filamentเกดจากactin 2 สายและ regulatory protein (tropomyosin) 1 สาย มาพนกน 2.Thick filament เกดจากmyosinมารวมกนเปนมด -การจดเรยงตวของ myofilaments ท าใหเกด light-dark band ซ าๆ กน เรยกแตละหนวยทซ า กนนวา sarcomere (ดงรป)

การหดตวของกลามเนอ skeleton

-การหดตวของกลามเนอ skeleton เกดจากการเลอนเขามาซอนกนของ thin filament เรยก sliding-filament model -การหดตวของกลามเนอเกดโดยความ กวางของ sarcomere ลดลง, ระยะทาง ระหวาง Z line สนลง, A band คงท, I band แคบเขา, H zone หายไป -พลงงานทใชในการหดตวของ กลามเนอหลก ๆ อยในรปของ creatine phosphate

Sliding-filament model

1.สวนหวของ myosin จบกบ ATP, อยในรป low-energy configuration

2.myosin head(ATPase) สลาย ATP ได ADP+Pi, อยในรป high-energy configuration

3.myosin head เกด cross-bridge กบสาย actin

4.ปลอย ADP+Pi, myosin กลบส low-energy configuration ท าใหเกดแรงดง thin filament เขามา

5.ATPโมเลกลใหมเขามาจบกบ myosin head ท าให myosinหลดจาก actin, เรมวงจรใหม

การควบคมการหดตวของกลามเนอ

-skeleton muscle หดตวเมอไดรบการ กระตนจาก motor neuron -ในระยะพก บรเวณทเปนต าแหนงท myosin มาเขาจบ บนสาย actin (myosin binding site) ถกปดดวยสายของ tropomyosin โดยการเปด-ปดของ tropomyosin ถกควบคมดวย troponin complex -binding site จะเปดเมอ Ca2+ เขามาจบ กบ troponin

-sarcoplasmic reticulum (SR) เปนแหลงเกบ Ca2+ ในเซลลกลามเนอ -เมอ action potential จาก motor neuron มาถงบรเวณ synaptic terminal ท าใหมการ หลง Ach ท neuromuscular junction, เกด depolarization ทเซลลกลามเนอ -action potential แพรไปยงเยอเซลลของ กลามเนอทเรยกวา T (transverse) tubules -ต าแหนงท T tubules สมผสกบ SR ท าใหม การหลง Ca2+ -การหดตวของกลามเนอจะหยดเมอ SR ปม Ca2+ จาก cytoplasm กลบเขามาเกบใน SR

Motor end-plate

สรปการหดตวของกลามเนอ 1.Ach หลงจาก neuron จบ receptor

2.Action potential เคลอนไป T tubule

3.SR หลง Ca2+

4.Ca2+จบtroponin, binding silt เปด

5.กลามเนอหดตว 6.ปมCa2+ กลบส SR

7.tropomyosinปด binding site, หยดการหดตวของกลามเนอ

การหดตวของมดกลามเนอ -ในมดกลามเนอแตละมดประกอบดวย muscle fiber หลายเซลลมารวมกน -การตอบสนองตอแรงกระตนของ muscle fiberเปนแบบ all-or-none (เหมอน neuron) และแตละ muscle fiber ม threshold ในการหดตวไมเทากน -การหดตวของมดกลามเนอแตละครง (single twitch) ขนอยกบความแรงทมากระตน -ถากลามเนอไดรบการกระตน 2 ครงตอเนองกน&มระยะหางพอเหมาะ จะท าให ความแรงในการหดตวครงท 2 เพมขน (summation)

-Tetanus เปนการหด(เกรง)โดยไมมการคลายตวของกลามเนอ จากการกระตนถๆ และตอเนอง -Fatigue (การลา) เปนสภาพทกลามเนอหมดความสามารถในการหดตว

Motor unit

-ในสตวมกระดกสนหลง muscle cell 1 เซลลจะถกควบคมโดย motor neuron 1 เซลลเทานน -แต 1 motor neuron อาจควบคมการท างาน >1 muscle cell -Motor unit ประกอบดวย 1 motor neuron และmuscle fiber ทงหมดท neuron ควบคม -กลามเนอทตองการการเคลอนไหวทละเอยดออน จะมอตราสวนระหวาง motor neuron/muscle cell ต า เชนกลามเนอลกตา (1/3-4)

การหดตวของ smooth muscle

-smooth muscle cell พบทอวยวะท มลกษณะเปนทอกลวง เชน ทางเดนอาหาร, หลอดเลอด, อวยวะสบพนธ, iris ของลกตา และทอของตอม -มรปรางคลายกระสวย ม 1 nucleus/1 cell การหดตวเปน involuntary

-ไมมการจดเรยงตวของactin-myosin ท าใหไมเหนเปนลาย, ปลาย actin มกยดตดกบ เยอเซลล, ไมม SR ดงนน Ca2+ แพรผานเขามาทางเยอเซลล -การหดตวจะชากวา striated muscle แตการหดตวนนจะอยไดนานกวา

การหดตวของ cardiac muscle

-ม 1 nucleus/1 cell เซลลมการแตก แขนง(bifurcate)และเชอมกบเซลลขาง เคยงดวย gap junction เรยก intercalated disk -มการจดเรยงตวของ actin-myosin ท าใหเหนเปนลาย, ม SR -cardiac muscle สามารถหดตวไดเองอยางเปนจงหวะ -หวใจสตวมกระดกสนหลงหดตวไดเองเรยก myogenic heart (muscle-generated) -หวใจของกง, ป, แมงมม ตองไดรบการกระตนจาก nerve เรยก neurogenic heart (nerve-driven)