กลไกการรักษาดุลยภาพของสิ่งมีชีวิต (ตะลุยโจทย์)

การรักษาดุลยภาพของน้ำ

พืช :    พืชจะดูดน้ำที่ราก (roots) การคายน้ำเกิดที่ปากใบ (stoma)  ปัจจัยที่มีพลต่อการเปิด-ปิด ปากใบ เช่น ความเข้มข้นแสง อุณหภูมิ ความชื้นในอากาศ น้ำในดิน

โปรโตซัวน้ำจืด : รักษาดุลยภาพโดยใช้โครงสร้างภายในเซลล์ที่เรียกว่า Contractile Vacuole ซึ่งช่วยรวบรวมน้ำส่วนเกินและของเสียก่อนกำจัดออกนอกเซลล์

ปลาน้ำจืด:     จะมีการขับน้ำทิ้งโดยการปัสสาวะบ่อย ๆ แต่ค่อนข้างเจือจาง มีเหงือกทำหน้าที่พิเศษดูดเกลือแร่โดยวิธี  active transport นอกจากนี้ยังมีผิวหนังและเกล็ดป้องกันน้ำเข้าสู่ร่างกาย

ปลาน้ำเค็ม: จะมีการปัสสาวะน้อย ๆ แต่เข้มข้นมาก มีเหงือกทำหน้าที่พิเศษโดยการขับเกลือแร่ทิ้ง โดยวิธี active transport , นอกจากนี้ยังมีผิวหนังและเกล็ดป้องกันเกลือแร่เข้าสู่ร่างกาย

นกทะเล, เต่าทะเล : มี nasal gland สำหรับขับเกลือทิ้งในคน: จะมีไต (kidneys) เป็นอวัยวะที่สำคัญในการควบคุมปริมาณน้ำและเกลือแร่ในร่างกายให้เหมาะสม 

ไต

ไตในคนมี 2 ข้างแต่ละข้างมีหน่วยที่ทำงานได้เรียกว่าหน่วยไต (nephron) ประมาณข้างละ 1 ล้านหน่วย 

หลักการทำงาน คือ กรองของเสีย น้ำและเกลือแร่ส่วนเกินออกจากเลือด และขับทิ้งออกจากร่างกายในรูปของน้ำปัสสาวะ น้ำปัสาวะของคนปกติ    พบ น้ำส่วนเกิน ของเสียจำพวกยูเรีย แอมโมเนีย ยูริก และเกลือแร่ส่วนเกิน 

ไม่พบ น้ำตาล กรดอะมิโน โปรตีนซึ่งเป็นสารที่ดีมีประโยชน์ในน้ำปัสสาวะ ถ้าพบอาจบอกได้ว่าเกิดความผิดปกติของไต หรือเป็นโรคบางอย่างได้เช่นเบาหวาน 

โดยในการควบคุมสมดุลน้ำพบว่า มีสมองส่วนไฮโพทาลามัส ทำหน้าที่สั่งการและควบคุมสมดุลน้ำในร่างกาย โดยมีกลไกการควบคุมสมดุลน้ำดังนี้

1) เมื่อร่างกายขาดน้ำ : น้ำในเลือดต่ำ (เลือดเข้มข้น, แรงดันออสโมซิสในเลือดสูง) ภาวะนี้ไฮโพทาลามัสจะสั่งการให้มีการหลั่งฮอร์โมน ADH (Antidiuretic hormone หรือ Vasopressin) เพื่อกระตุ้นให้ท่อหน่วยไตมีการดูดน้ำกลับเข้าสู่หลอดเลือดมาก เพื่อให้น้ำในหลอดเลือดสูงขึ้น ดังนั้นก็จะปัสสาวะน้อย นอกจากนี้ยังมีการกระตุ้นให้เกิดการกระหายน้ำด้วย

2) เมื่อร่างกายมีน้ำมาก : น้ำในเลือดมาก (เลือดเจือจาง, แรงดันออสโมซิสในเลือดต่ำ) ภาวะนี้ไฮโพทาลามัสจะยับยั้งการหลั่งฮอร์โมน ADH (Antidiuretic hormone หรือ Vasopressin) ทำให้ท่อหน่วยไตมีการดูดน้ำกลับเข้าสู่หลอดเลือดน้อยลง เพื่อให้ ดังนั้นก็จะปัสสาวะมาก

การรักษาดุลยภาพของกรด - เบส

ระดับความเป็นกรด-เบส มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์ ร่างกายจึงรักษาสมดุลให้ค่า pH ในเลือดโดยปกติอยู่ระหว่าง 7.35 – 7.45 โดยการรักษาดุลยภาพของ ไฮโดรเจนไอออน H⁺กระบวนการหลักที่ส่งผลต่อความเป็นกรด-เบสในเลือด คือ กระบวนการหายใจระดับเซลล์ หรือ ปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ ในเลือด โดยมีหลักการว่า

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃ ↔ HCO^-3 + H+

ดังนั้น หากร่างกายมีเมตาบอลิซึมสูง เซลล์ก็จะปล่อย CO₂ มาก ทำให้ H⁺ ในเลือดสูงขึ้น            

ดังนั้น pH ในเลือดก็จะลดลง เลือดจึงมีความเป็นกรดมากกว่าปกติ (acidosis)  ซึ่งร่างกายของเราจะมีกลไกสำหรับการควบคุม pH ของเลือดให้คงที่อยู่ 3 วิธี

3.1)  เปลี่ยนแปลงอัตราการหายใจ เพื่อลดหรือเพิ่ม CO₂

3.2) โดยระบบบัฟเฟอร์ (chemical buffer system)

3.3) โดยการขับ H⁺ เพิ่มขึ้นหรือลดลงทางไต (ประสิทธิผลดีที่สุด)                            

การรักษาดุลยภาพของอุณหภูมิภายในร่างกาย

        1.  สัตว์เลือดเย็น (Poikilothermic Animal / Ectotherm) หมายถึง สัตว์ที่มีอุณหภูมิร่างกายไม่คงที่ เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมภายนอก ตัวอย่างเช่น ปลา สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก และสัตว์เลื้อยคลาน

        2.     สัตว์เลือดอุ่น (Homeothermic Animal / Endotherm) หมายถึง สัตว์ที่มีกลไกรักษาอุณหภูมิร่างกายให้คงที่ไม่เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม ได้แก่ สัตว์ปีกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม