การรักษาดุลยภาพ ในร่างกาย ครูฉวีวรรณ นาคบุตร โรงเรียนบ้านสวน(จั่นอนุสรณ์)

ทำไมสิ่งมีชีวิตต้องรักษาดุลยภาพ การรักษาดุลยภาพของร่างกาย(Homeostasis) เป็นคุณสมบัติที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ดูแลโดยระบบต่างๆ ได้แก่ ระบบหายใจ ระบบขับถ่าย ระบบหมุนเวียนเลือด ระบบน้ำเหลือง และระบบภูมิคุ้มกัน ฉวีวรรณ นาคบุตร

ระบบหายใจ Respiration ฉวีวรรณ นาคบุตร

โครงสร้างที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนแก๊สของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและของสัตว์ ฉวีวรรณ นาคบุตร

การแลกเปลี่ยนแก๊สในสัตว์น้ำ สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในน้ำได้รับแก๊สออกซิเจนซึ่งละลายอยู่ในน้ำแพร่เข้าสู่อวัยวะหายใจโดยตรง ในน้ำมีแก๊สออกซิเจนร้อยละ 0.446 เท่านั้น น้อยกว่าในอากาศมาก ในอากาศมีออกซิเจนมากถึงร้อยละ 21 นอกจากนี้การแพร่ของออกซิเจนในน้ำ ก็ช้ากว่าในอากาศมาก ดังนั้นสัตว์ที่อาศัยอยู่ในน้ำ จึงต้องให้น้ำไหลผ่านบริเวณที่มีการแลกเปลี่ยนแก๊สอย่างรวดเร็ว เพื่อให้ได้แก๊สมากและเพียงพอต่อการดำรงชีวิต

สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเซลล์จะสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่เป็นน้ำอยู่ตลอดเวลาการแลกเปลี่ยนแก๊สจึงแลกเปลี่ยนโดยตรงกับสิ่งแวดล้อมโดยอาศัยกระบวนการแพร่(diffusion) อะมีบา พารามีเซียม ฉวีวรรณ นาคบุตร

สัตว์หลายเซลล์ เมื่อสิ่งมีชีวิตมีจำนวนเซลล์มากขึ้นพร้อมกับมีขนาดใหญ่ขึ้น การแลกเปลี่ยนแก๊สต้องมีโครงสร้างซับซ้อนมากขึ้น ในฟองน้ำ การแลกเปลี่ยนแก๊สเกิดกับเซลล์แต่ละเซลล์ที่น้ำผ่านเข้าไปถึงทางช่องน้ำเข้า ฟองน้ำ มีรูพรุน คือ ออสเทีย(ostia) รอบตัว น้ำจะไหลเข้าทาง รูพรุนนี้ และไหลออกทางรู ออสคิวลัม (osculum) ในขณะเกิดการไหลเวียนของน้ำผ่านเซลล์และผ่านลำตัวฟองน้ำ จะเกิดการแลกเปลี่ยนแก๊สโดยการแพร่ ฉวีวรรณ นาคบุตร

ลักษณะภายนอก-ภายในของฟองน้ำ ฉวีวรรณ นาคบุตร

แสดงทางน้ำไหลภายใน ฉวีวรรณ นาคบุตร

ซีเลนเตอเรต เช่น ไฮดรายังคงใช้ช่องแกสโตรวาสคูลาร์เป็นทางผ่านของน้ำ เป็นตัวนำออกซิเจนและรับคาร์บอนไดออกไซด์จากเซลล์ออกมา ฉวีวรรณ นาคบุตร

การใช้ผิวหนังหรือผิวลำตัว หนอนตัวแบน เช่น พลานาเรีย ใช้การแลกเปลี่ยนแก๊สผ่านผิวหนังแก๊สจะผ่านไปทีละเซลล์ เช่นเดียวกับอะมีบา ผนังลำตัวของพลานาเรียบางและเปียกชื้นอยู่เสมอ โครงสร้างของร่างกาย พลานาเรียมีลำตัวแบน จึงมีพื้นที่ผิวมากทำให้มีประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนแก๊สได้ดี ฉวีวรรณ นาคบุตร

หากเปรียบเทียบกับ ไส้เดือนดิน ซึ่งมีการแลกเปลี่ยนแก๊สกับสิ่งแวดล้อมทางผิวหนัง ซึ่งเปียกชื้นเช่นเดียวกับ พลานาเรียแล้ว จะเห็นได้ว่าพื้นที่ผิวของไส้เดือนดินน้อยกว่าพลานาเรีย หากเปรียบเทียบ ในปริมาตรเท่า ๆ กัน เพราะ พลานาเรียตัวแบนกว่า นอกจากนั้นแล้วในสภาพความเป็นจริงไส้เดือนดินมีขนาดใหญ่กว่า พลานาเรีย ฉวีวรรณ นาคบุตร

การแลกเปลี่ยนแก๊สของเซลล์ในร่างกายไส้เดือนดินนั้น เซลล์มิได้แลกเปลี่ยนกับสภาพแวดล้อมโดยตรง แต่เป็นการแลกเปลี่ยนกับเลือด จึงเป็นการแลกเปลี่ยนแก๊สที่ซับซ้อนขึ้น เพราะครั้งแรกเลือดแลกเปลี่ยนแก๊สกับบรรยากาศ และอีกครั้งหนึ่งเลือดแลกเปลี่ยนแก๊สกับเซลล์ แก๊สที่แพร่ผ่านผิวหนังไส้เดือนดินเข้าไปจะเข้าสู่หลอดเลือดหมุนเวียนไปเลี้ยงส่วนต่าง ๆ ของร่างกายต่อไป ในขณะเดียวกันคาร์บอนไดออกไซด์จากเซลล์ต่าง ๆ ของร่างกายที่ปล่อยออกมาจากเลือดจะแพร่ออกทางผิวหนังของไส้เดือนดิน ฉวีวรรณ นาคบุตร

ฉวีวรรณ นาคบุตร

ฉวีวรรณ นาคบุตร คำถาม - การแลกเปลี่ยนแก๊สของฟองน้ำ ไฮดรา พลานาเรีย และไส้เดือนดินเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร ตอบ ฟองน้ำ ไฮดรา พลานาเรีย จะใช้เซลล์ที่ผิวหนังที่สัมผัสกับสิ่งแวดล้อมแลกเปลี่ยนแก๊สกับสิ่งแวดล้อม และมีการแพร่ของแก๊สระหว่างเซลล์กับเซลล์ ส่วนไส้เดือนดินมีการแลกเปลี่ยนแก๊สโดยผ่านทางผิวหนังคล้ายกับ พลานาเรีย แต่ไส้เดือนดินมีร่างกายขนาดใหญ่การแลกเปลี่ยนแก๊สใช้วิธีการแพร่อย่างเดียวยังไม่เพียงพอและรวดเร็วจึงต้องมีระบบหมุนเวียนเลือดช่วยในการลำเลียงแก๊สไปยัง ส่วนต่างๆ ของร่างกาย ทำให้การแลกเปลี่ยนแก๊สมีประสิทธิภาพดีขึ้น ซึ่งเหมาะสมกับโครงสร้างของร่างกาย

คำถาม - โครงสร้างของร่างกายที่ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก๊สจะต้องมีลักษณะสำคัญอย่างไร ตอบ มีพื้นที่ผิวมากและบางพอที่จะแลกเปลี่ยนแก๊สได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีการลำเลียงแก๊สไปยังบริเวณอื่นๆ ได้อย่างรวดเร็ว มีการป้องกันอันตรายให้กับโครงสร้างที่ใช้แลกเปลี่ยนแก๊สและโครงสร้างในการแลกเปลี่ยนแก๊สต้องชุ่มชื้นอยู่เสมอ ฉวีวรรณ นาคบุตร

ท่อลม ( Trachea ) พบในสัตว์ขาข้อที่อาศัยอยู่บนบก เช่น แมลง ตะขาบ กิ้งกือ ในสัตว์ชั้นสูงขึ้นมา ได้แก่ พวกอาร์โทรพอด เช่น แมลง บริเวณท้อง จะพบว่ามีรูเล็ก ๆ เรียกว่า ช่องหายใจ หรือ สไปเรเคิล (Spiracle) อยู่ที่ผนังลำตัว ตามปกติมี 10 คู่ คือ ปล้องอก 2 คู่ และปล้องท้อง 8 คู่ ถัดจากรูเปิดสไปเรเคิลเข้าไปในลำตัวจะเป็น ท่อลม ( trachea ) เป็นหลอดใสๆ เล็กๆ ยืดหดได้คล้ายสปริงเมื่ออากาศเข้าไปตามท่อลมแล้ว จะผ่านไปตามท่อลมที่แตกแขนงเป็นท่อลมฝอย ( tracheole ) จนถึงท่อที่เล็กที่สุดมีผนังบางมากที่สัมผัสกับเซลล์ร่างกาย ปลายท่อที่เล็กที่สุดมีของเหลวอาบอยู่ ออกซิเจนจากท่อลมจะละลายในของเหลวและแพร่เข้าสู่เนื้อเยื่อใกล้เคียง ฉวีวรรณ นาคบุตร

แสดงท่อลมของแมลง ฉวีวรรณ นาคบุตร

เนื่องจากระบบลำเลียงในแมลงเป็นระบบเลือดเปิด และมีสารที่รับออกซิเจนเป็นฮีโมไซยานิน ระบบเลือด หรือเลือด หรือหลอดเลือดของแมลงเกือบไม่จำเป็นที่จะต้องรับออกซิเจนไปส่งที่เซลล์เพราะระบบท่อลมของแมลงนำอากาศส่งไปถึงเนื้อเยื่อได้รวมทั้งการเคลื่อนไหวของลำตัวแมลง ทำให้ท่อลมยืดหด ช่วยให้อากาศไหลเวียนเข้าออกจากระบบท่อลมได้ดี ฉวีวรรณ นาคบุตร

แสดงระบบท่อลมในแมลง ฉวีวรรณ นาคบุตร

ผนังของท่อลมมีความแข็งแรง ประกอบด้วยคิวติเคิล ( Cuticle ) จึงทำให้คงรูปอยู่ได้ แมลงบางชนิดมีถุงลม ( Air sac ) ขนาดใหญ่ช่วยเก็บอากาศไว้หายใจเพื่อช่วยอัดอากาศให้ผ่านเข้าออกได้เร็วขึ้น แมลงบางชนิด เช่น ตั๊กแตนใช้การยืดหดของกล้ามเนื้อหน้าท้องและอก เพื่อช่วยดันอากาศให้เข้าออกจากตัวทางช่องหายใจ ดังนั้นถ้าแมลงตัวโตมากๆ จะไม่มีความดันบรรยากาศเพียงพอที่จะส่งแก๊สเข้าไปสู่ปลายสุดของท่อลม (Tracheole ) ได้ เป็นสาเหตุทำให้แมลงมีขนาดจำกัด ฉวีวรรณ นาคบุตร

บุคลัง ( Book lung ) มีลักษณะเป็นห้องเล็ก ๆ มีทางติดต่อกับอากาศภายนอกภายในห้องเล็กๆ มีแผ่นเยื่อบาง ๆ เรียงซ้อนเป็นปึก ออกซิเจนจากอากาศจะเข้าสู่ของเหลวที่หมุนเวียนอยู่ในบุคลัง ของเหลวนำออกซิเจนไปให้เนื้อเยื่อร่างกายและดึงคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา บุคลัง พบในแมงมุมบางชนิดเท่านั้น ฉวีวรรณ นาคบุตร

คำถาม - เพราะเหตุใด แมลงจึงไม่จำเป็นต้องมีระบบหมุนเวียนเลือดเป็นตัวนำแก๊สออกซิเจนไปใช้เซลล์ต่างๆ ทั่วร่างกาย ตอบ แมลงมีระบบท่อลมซึ่งแตกแขนงไปทั่วร่างกาย ระบบท่อลมนี้สามารถนำแก๊สไปใช้เซลล์ต่างๆ ของร่างกายได้โดยตรง ฉวีวรรณ นาคบุตร

เหงือก ( Gill ) ในสัตว์น้ำหลายชนิด ไม่ว่าจะเป็นกุ้ง หอย ปู ปลา ล้วนมีเหงือกเป็นอวัยวะ ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก๊สกับน้ำ โดยมีพื้นที่สัมผัสกับน้ำมากมาย และในเหงือกของสัตว์ชั้นสูงจะมีหลอดเลือดฝอยมาเลี้ยงเหงือก อาจมีผิวบาง ๆ หรือมีเซลล์เพียงแถวเดียวกั้นระหว่างเลือดกับน้ำ หรือ มีผนังหลอดเลือดบาง ๆ เพื่อสะดวกในการรับออกซิเจนจากน้ำ และคายคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากเลือด ฉวีวรรณ นาคบุตร

ลักษณะเหงือกของปลา ฉวีวรรณ นาคบุตร

ลักษณะเหงือกของกุ้ง ฉวีวรรณ นาคบุตร

- อวัยวะแลกเปลี่ยนแก๊สของสัตว์น้ำมีความเหมาะสมต่อการดำรงชีวิตอย่างไร คำถาม - อวัยวะแลกเปลี่ยนแก๊สของสัตว์น้ำมีความเหมาะสมต่อการดำรงชีวิตอย่างไร ในน้ำมีแก๊สออกซิเจนที่ละลายอยู่ในปริมาณน้อยมาก และมีการแพร่ช้ามากเมื่อเทียบกับในอากาศ สัตว์ที่อยู่ในน้ำ เช่น ปลาและกุ้ง จึงพัฒนาโครงสร้างที่ใช้แลกเปลี่ยนแก๊ส คือ เหงือกให้มีลักษณะเป็นซี่ๆ เรียงกันเป็นแผง เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับออกซิเจนในน้ำ ตอบ ฉวีวรรณ นาคบุตร

นกเป็นสัตว์ที่มี Metabolism สูง ใช้พลังงานมาก ดังนั้นระบบหายใจของนกต้องดี และมีประสิทธิภาพสูงมากด้วย ปอดนกมีขนาดเล็ก แต่นกมีถุงลม(airsac) ซึ่งเจริญดีมาก แยกออกจากปอดเป็นคู่ๆ หลอดลม หลอดลมคอ ฉวีวรรณ นาคบุตร

ถุงลมส่วนหน้า อากาศออก อากาศเข้า ถุงลมส่วนหลัง หลอดลม ปอด ปอด เมื่อหายใจเข้าถุงลม จะพองออก อากาศจะผ่านเข้าสู่ หลอดลมผ่านปอด เข้าสู่ถุงลมที่อยู่ส่วน หลัง อากาศที่ใช้ แล้ว ออกจากปอด เข้าสู่ถุงลมส่วนหน้า เมื่อหายใจออกถุงลมจะ ยุบลงปอดจะพอง อากาศจากปอดและจาก ถุงลมส่วนหน้าถูกขับ ออกจากตัวนก อากาศ ที่ผ่านปอดทั้งหายใจเข้า และหายใจออกจะเป็น อากาศที่มีแก๊ส o2 สูง ทั้งสิ้น ฉวีวรรณ นาคบุตร

นกมีปอดและถุงลมอีก 9 อัน(ในนกส่วนใหญ่) ซึ่งช่วยให้การไหลของอากาศมีปริมาณมากขึ้นและมีปริมาณออกซิเจนสูง ซึ่งการไหลของอากาศในปอดจะเป็นไปในทิศทางเดียว (unidirection) ซึ่งต่างจากในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมที่มีการไหลเวียนของอากาศภายในปอดแบบ 2 ทิศทาง ทำให้อากาศมีทั้งอากาศใหม่และเก่ารวมกัน และมีปริมาณออกซิเจนน้อยกว่า ฉวีวรรณ นาคบุตร

คำถาม - นักเรียนคิดว่าถุงลมของนกทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก๊สได้หรือไม่ เพราะเหตุใด ตอบ ถุงลมของนกไม่ได้ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก๊ส เนื่องจากผนังของถุงลมไม่บาง ถึงแม้ว่าจะมีหลอดเลือดฝอยมาล้อมรอบก็ตาม แต่มีหน้าที่สำรองอากาศเพื่อส่งให้ปอดแลกเปลี่ยนแก๊สให้นกใช้ในขณะบิน ฉวีวรรณ นาคบุตร

สวัสดี ฉวีวรรณ นาคบุตร