BAB I. Cairan Tubuh Dan Homeostasis
description
Transcript of BAB I. Cairan Tubuh Dan Homeostasis
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 ORIENTASI
Biologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang kehidupan organisme
dengan kesatuan dan polanya yang didasari oleh keanekaragamannya.
Berdasarkan ilmu tersebut, telah ditentukan berbagai karakteristik dari makhluk
hidup, yaitu organisasi (setiap organisme memiliki pola organisasi bagian tubuh
yang berbeda dengan benda mati), respon (organisme merespon sema perubahan
yang terjadi di lingkungan), tumbuh dan berkembang, reproduksi, bergerak,
metabolisme (mencerna / respirasi) dan ekskresi. Semua karakteristik tersebut
terkait fungsi dari tubuh organisme. Cabang biologi yang mempelajari faal bagian
tubuh (fungsi tubuh) tersebut dikenal sebagai fisiologi.
Fisiologi memiliki spesialisasi berdasarkan keanekaragaman anatomi
yang dimiliki oleh organisme. Oleh sebab itu, fisiologi dapat dipelajari mulai dari
level organisasi kehidupan yang paling kecil, yaitu sel, jaringan, organ, sistem
organ, organisme, dan seterusnya. Selain hal tersebut, fisiologi juga dapat
dibedakan menjadi;
a. Fisiologi sel
mempelajari fungsi yang terjadi dalam sel yang melibatkan proses dan
molekul kimia sel serta interaksi antar sel.
b. Fisiologi khusus
mempelajari fisiologi berdasarkan organ khusus, misalnya fisiologi jantung,
darah, ginjal, dan lain-lain.
c. Fisiologi sistemik
mempelajari fisiologi semua aspek sistem organ, misalnya sistem sirkulasi
cairan tubuh, sistem respirasi (pertukaran gas), sistem pencernaan, sistem
ekskresi (terkait osmoregulasi), termoregulasi, sistem saraf dan endokrin,
sistem reproduksi, dan sistem pergerakan.
d. Fisiologi pathologi
mempelajari pengaruh penyakit terkait dengan fungsi tubuh organisme.
1
Fungsi tubuh organisme dapat berbeda berdasarkan sel yang membangun
organisme tersebut. Organisme unisel melangsungkan proses vitalnya dalam
sebuah sel, sedangkan organisme multisel fungsi-fungsi tersebut dilakukan oleh
kelompok-kelompok sel. Organisme tersebut dapat berupa hewan, manusia,
maupun tumbuhan. Sel tumbuhan akan berbeda fungsinya dengan sel hewan /
manusia karena perbedaan struktur selnya. Dalam diktat ini akan dibahas tentang
fungsi tubuh hewan/manusia sedangkan fisiologi tumbuhan dapat dipelajari secara
khusus dalam pembelajaran fisiologi tumbuhan. Berdasarkan pembagian fisiologi,
diktat ini akan membahas fisiologi sistemik dengan sel sebagai dasar yang secara
struktur melakukan fungsi tubuh.
1.2 Sel Sebagai Unit Dasar Struktur dan Fungsi Tubuh
Sel merupakan satuan/ unit dasar struktur dan fungsional dari organisme.
Berdasarkan hal itu, sel dikatakan sebagai fondasi dari semua oraganisme hidup.
Suatu sel mampu melakukan proses-proses yang berhubungan dengan kehidupan.
Semua sel, apakah sel tunggal yang hidup sendiri atau bagian dari tubuh
organisme multiseluler, melakukan fungsi-fungsi dasar tertentu untuk
kelangsungan hidup sel, yang selanjutnya menunjang kelangsungan hidup
organisme secara keseluruhan. Berbagai fungsi dasar sel adalah:
(1) mendapatkan makanan dan oksigen dari lingkungan di sekitar sel;
(2) sebagai tempat terjadinya berbagai reaksi kimia dengan menggunakan
makanan dan oksigen untuk mendapatkan energi untuk sel;
(3) membuang CO2 dan zat sampah hasil metabolism ke lingkungan sekitar
sel;
(4) melakukan sinteis protein dan molekul-molekul lain yang diperlukan
untuk membangun sel dan menunjung fungsi-fungsi sel;
(5) sensitif dan responsif terhadap perubahan yang terjadi di lingkungan sel
(6) mengontrol perubahan ekstrim zat-zat yang ada di dalam sel dan di luar
sel;
(7) memindahkan zat-zat dari bagian sel ke bagian yang lain untuk menunjang
aktivitas sel
(8) melakukan reproduksi
2
Semua fungsi di atas dilakukan oleh organel-organel yang dapat diartikan
sebagai “organ kecil”. Organ merupakan struktur khusus yang memiliki fungsi
khusus pula, sebagai hasil diferensiasi dari protoplasma. Sel hewan terdiri dari
membran plasma, sitoplasma (organel dan sitosol), dan nukleus (inti sel) (gambar
I.1).
Organel-organel tersebut akan dijelaskan di bawah ini.
Gambar I.1 Struktur sel Hewan
Berbagai struktur dan fungsi dari bagian sel tersebut dapat dilihat pada tabel I.1
pada halaman berikut.
3
Tabel I.1 Organel sel dan fungsinya
4
Dalam melakukan fungsinya, sel tersebut tidak lepas dari lingkungan
luarnya (CES), karena untuk memperoleh substansi (Zat) yang dibutuhkan.
1.3 Pertukaran Zat pada Hewan Multiseluler
Untuk melaksanakan segala aktivitas sel dibutuhkan berbagai sumber daya
baik berkaitan dengan nutrisi maupun oksigen. Pada sel organisme multiseluler
segala kebutuhan tersebut di ambil dari CES sekaligus untuk menjaga
keseimbangan antara lingkungan dalam dan luar sel. Oleh sebab itu, sel
melakukan pertukaran zat dengan lingkungannya.
Bagi hewan multiseluler keseimbangan antara lingkungan luar dan dalam
sangat diperlukan untuk menghindari terjadinya kerusakan sel akibat kurang atau
berlebihnya suatu zat. Pertukaran zat tersebut melibatkan memban plasma sebagai
bagian pertama yang berhubungan dengan lingkungan luar. Memban plasma
terdiri dari lipid, protein dan karbohidrat (gambar I.2).
Gambar I.2 Struktur memban plasma
5
Bagian struktur memban plasma :
a. Lipid membran
Struktur lipid pada membran terdiri dari dua lapis lipid yang disebut dengan
bilayer lipid. Lipid membran memiliki bagian yang hidrofobik (bagian ekor
lipid) dan bagian yang hidrofilik (bagian kepala lipid) sehingga bagian
permukaan dalam dan luar sel tidak dapat dilalui oleh ion atau senyawa yang
larut dalam air.
b. Protein membran
Protein terhitung 55% dari berat memban plasma. Beberapa tipe protein
meliputi protein integral (bagian dari struktur membran = protein
transmembran) dan protein periper (protein yang terikat diluar atau di dalam
permukaan membran). Protein membran dapat berfungsi sebagai penghubung
antar sel (anchoring protein), pengenal (recognition protein), enzim, reseptor,
pembawa, atau bukaan ion (channel).
c. Karbohidrat membran
Karbohidrat terhitung 3 % dari berat memban plasma. Karbohidrat pada
memban plasma merupakan bagian dari senyawa kompleks, misalnya
proteoglycans, glycoproteins, dan glycolipids. Senyawa kompleks ini
membentang sepanjang permukaan luar sel disebut glycocalix. Fungsi dari
glycocalix antara lain sebagai lubrikasi (pelumas) dan pelindung, penghubung
dan lokomosi, reseptor senyawa khusus CES, serta sebagai pengenal (contoh ;
pada pengenalan golongan darah).
Membran plasma memiliki daya untuk dapat dilalui (permeabilitas).
Berdasarkan hal tersebut membran dapat bersifat impermeabel, permeabel, dan
selektif permeabel (semipermeabel). Permeabilitas ini dapat dibedakan
berdasarkan ukuran molekul, muatan elektrik molekul, bentuk molekul, kelarutan
dalam lemak, atau faktor kombinasinya. Berdasarkan permeabilitas tersebut juga
zat dapat melalui sel dengan proses aktif atau pasif. Berdasarkan mekanismenya,
perpindahan zat pada hewan dapat terjadi secara difusi / osmosis, filtrasi, dengan
pembawa (berfasilitas), melalui vesikula (endositosis atau eksositosis) (Gambar
I.3). Proses pemindahan /transport terjadi dari lingkungan dalam dan luar sel yang
6
terdiri dari cairan. Pada hewan multiseluler, cairan tersebut dikenal dengan cairan
tubuh.
Gam
a). Difusi
Difusi merupakan perpindahan zat menembus membran dari konsentrasi
tinggi ke konsentrasi rendah. Difusi zat-zat yang larut dalam lipid dengan
menembus lapisan lipid dua lapis (bilayer lipida) langsung tanpa bantuan
pengemban, seperti hormon steroid, oksigen, karbondioksida, dan lemak disebut
7
Difusi/osmosis b. Fasilitas
c. Transpor aktifd. vesikula transpor
difusi sederhana. Pada difusi sederhana ini eenrgi untuk pergerakan zat berasal
dari molekul itu sediri. Zat bergerak sebagai akibat adanya perbedaan gradient
konsentrasi antara kedua sisi membran. Jenis difusi lain adalah melalui pori
protein, yakni perpindahan molekul-molekul kecil dan ion-ion yang larut dalam
air menembus membran dengan melalui pori yang dibentuk oleh protein integral
(protein membran yang merentang membran). Beberapa pori protein hampir
selalu terbuka, sehingga air, molekul-molekul kecil dan ion-ion yang larut dalam
air dapat melewatinya dengan cara difusi. Khusus untuk difusi air yang melalui
membran dikenal dengan istilah osmosis. Difusi sederhana sering disebut dengan
sebutan transport menurun.
Cara lain zat menembus membran adalah dengan bantuan protein
pengangkut. Protein pengangkut mengalami perubahan konfigurasi, maka zat
dapat dibawa menembus membran dari konsentrasi tinggi ke konsentrai rendah.
Difui demikian disebut difusi terbantu/difasilitas (facilitataed diffusion),
contohnya difusi glukosa dari cairan ekstrasel ke dalam sel.
b). Transpor Aktif
Cara zat menembus membran mirip difusi terbantu adalah dikenal dengan
transport aktif. Persamaan keduanya adalah sama-sama menggunakan protein
pengangkut. Pada transport aktif, gerakan molekul dan ion-ion menembus
membran menggunkan energi dari hidrolisis ATP, dan sering merupakan
pengangkutan zat-zat dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi atau sering
disebut transport mendaki. Ja, pada transport aktif pergerakan molekul bersifat
melawan gradient elektrokimia (gradient listrik dan kimia).
c). Transpor Bermolekul Besar (Bulk Transport)
Pada jenis transport ini ditandai dengan dibentuknya vesikula transport.
Ada dua tipe yaitu endositosis dan eksositosis. Endositosis (endo = ke dalam;
cytos = sel), yaitu transport zat dari luar sel ke dalam sel melalui pembentukan
vesikula transport yang berasal dari hasil invaginasi membran plasma. Pada
peristiwa endositosis ini menyebabkan ukuran membran plasma berkurang.
Vesikula transport hasil dari endositosis selanjutnya akan bergabung dengan
8
lisosom primer sehingga bisa terjadi pencernaan intrasel. Zat yang diendositosis
apabila bentuk fisiknya berupa cairan sering disebut pinositosis (cell drinking),
bila berupa materi yang padat disebut fagositosis (cell eating). Sebaliknya apabila
pengangkutan zat berasal dari dalam sel menuju ke luar sel dengan terjadinya
pembentukan vesikula tranpor yang berfusi dengan membrar plasma sehingga zat
dikeluarkan disebut eksositosis. Pada eksositosis ukuran membran mengalami
pertambahan.
1.4 Cairan tubuh: Lingkungan Eksternal dan Internal Sel
Pada hewan uniseluler, sel dikelilingi oleh medium cair (air) sebagai
tempat untuk melakukan fungsinya. Namun, bagi hewan multisel, medium cair ini
terdapat di antara sel satu dengan sel yang lain yang disebut cairan ekstraseluler
(CES)Air merupakan medium tempat nampaknya kehidupan pertama di bumi ini.
Hingga saat ini air masih merupakan medium yang dihuni paling banyak
kehidupan dengan keanekaragaman yang paling besar. Seluruh proses kehidupan
sangat tergantung dari kondisi air, jadi tanpa air kehidupan organisme di bumi
tidak mungkin ada.
Setiap sel di dalam tubuh organisme multiseluler harus menyumbang
kepada kalangsungan hidup organisme secara keseluruhan, dan tidak dapat hidup
atau berfungsi tanpa bantuan dari sel-sel yang lain. Hal ini disebabkan sebagian
besar sel tubuh tidak berhubungan langsung dengan lingkungan luar tubuh
organisme (lingkungan eksternal). Suatu organisme uniseluler, misalnya amoeba
dapat secara langsung memperoleh makanan dan oksigen dari lingkungan
eksternanya, demikian pula dapat membuang zat-zat sampah langsung ke
lingkungan eksternalnya.
Di lain pihak, suatu sel dalam tubuh organisme mutiseluler, misalnya sel
otot, mempunyai kebutuhan yang sama dengan organisme uniseluler dalam hal
mendapatkan makanan dan oksigen, serta membuang zat-zat sampah sisa
metabolisme. Perbedaannya, bahwa sel otot mengambil makanan dan oksigen
bukan langsung dari lingkungan eksternalnya, akan tetapi dari cairan interstitial
(cairan antara, cairan celah-celah, cairan jaringan) yang mengelilinginya.
Demikian pula dalam membuang zat sampah dari dalam sel otot. Jadi, tampak
9
disini sel-sel tubuh organisme multiseluler mengadakan pertukaran zat bukan
langsung dengan lingkungan eksternal organisme, tetapi pertukaran tersebut
dilakukan dengan cairan interstisial.
Sebaliknya pada hewan uniseluler, pertukaran zat berlangsung secara
langsung dengan lingkungan eksternalnya. Pertukaran zat berlangsung hanya
melalui dinding pembatas tubuhnya berupa membran plasma. Oleh karena itu,
pada hewan uniseluler sangat sensitif terhadap segala perubahan lingkungan yang
terjadi, karena tubuh organisme uniseluler langsung kontak dengan medium
dimana ia hidup. Berbeda dengan organisme multiseluler, pertukaran zat
berlangsung pada organ-organ yang posisinya jauh di dalam tubuh. Pertukaran
terjadi antara sel-sel di dalam organ tersebut dengan cairan interstitial yang
mengelilinginya. Cairan interstisial dan cairan ekstrasel yang terdiri atas plasma
disebut lingkungan internal bagi hewan multiseluler.
Jadi, pada tubuh semua hewan multiseluler baik yang hidup di air maupun
di darat. sel-selnya berada dalam 'lautan internal",yaitu cairan ekstrasel (CES)
yang terbungkus di dalam kulit hewan tersebut. Dari cairan ini pula sel
mengambil ion dan nutrien dan ke dalam cairan ini pula sel mengeluarkan
produk-produk sisa metaboliknya. CES lebih encer daripada air laut saat ini, tetapi
komposisinya mirip dengan lautan zaman purba yang diperkirakan merupakan
asal dari semua kehidupan.
Pada hewan yang memiliki sistem vaskular tertutup, CES dibagi menjadi
dua komponen yaitu cairan interstisial dan plasma darah yang bersirkulasi. Plasma
dan elemen-elemen darah bersama-sama membentuk volume darah total. Cairan
intertisial merupakan bagian dari CES yang terletak di luar sistem vaskular dan
membasahi sel sekitar seperti tiga dari air tubuh total (ATT) berada di luar sel
(ekstrasel). Sisa dua pertiganya terletak di dalam sel (cairan intrasel).
1.5 Fungsi Air dalam tubuh
Air merupakan medium tempat terjadinya semua reaksi-reaksi biokimia. Air
memiliki sifat-sifat fisiologis yang sangat penting bagi kehidupan. Ditinjau dari
segi fungsi secara keseluruhan fungsi air cairan tubuh antara lain sebagai ;
10
a. Solvent (pelarut) bagi semua zat baik anorganik maupun senyawa
organik. Semua cairan tubuh, (darah, urin, limfe, peluh dan cairan
pencernaan) sebagiaan besar terdiri atas air, oleh karena itu sebagai
universal solvent bagi proses hidrolisis selama pencernaan,
pernapasan,pengeluaran,dll.
b. Transporter (pengangkut), terutama dalam darah air mengangkut berbagai
zat makanan, oksigen, sampah metabolisme, hormon dll.
c. Regulator suhu. Dengan sifatnya yang mudah menguap, air berubah wujud
menjadi gas, contoh pada peristiwa respirasi, berkeringat bertujuan untuk
menurunkan suhu tubuh.
d. Lubricant (pelumas), terutama cairan yang ada di dalam daerah
persendian, makanan ketika melalui saluran cerna, rongga dada sangat
berperan sebagai pelumas.
1.6 Kompartementasasi cairan tubuh
Dalam gambaran konstan secara umum tubuh hewan mengandung air
antara 70 s/d 80 %, Namun distribusinya dalam tubuh bervariasi antar jaringan,
yaitu sedikit sekali dalam jaringan-jaringan tertentu seperti gigi dan beberapa
modifikasi kulit seperti sisi, tanduk, kuku (10%) dan sangat tinggi dalam otak
kecerdasan /gray matter (85%) (Gambar I.4).
Gambar I.4 Kompartementasi cairan tubuh
11
Air dalam tubuh organisme terdapat dalam tiga kompartemen utama, yaitu :
a. Kompartemen plasma merupakan komponen cairan ekstrasel CES yang
berbeda misal yang ada dalam sistem sirkulasi (peredaran darah).
Kompartemen plasma adalah kompartemen cairan yang paling kecil jumlahnya
sekitar 3 liter pada manusia.
b. Kompartemen intertisial menempati ruang-ruang antar sel (cairan
jaringan/cairan celah-celah) ialah jaringan para manusia kompartemen
insterstitial mengandung sekitar 14 liter volume air. Antara kedua
kompartemen terjadi pertukaran cairan melalui anyaman kapiler.
c. Kompartemen intraseluler mengisi cairan di dalam sel. Volume terbesar sel-
sel tubuh kira-kira mengandung sekitar 2-9 liter cairan. cairan dari dalam
intraseluler juga dipertukarkan melalui mekanisme yang kompleks dan
bervariasi melibatkan berbagai tipe mekanisme transpor seperti osmosis
transpor aktif dan pasif.
1.7 Bentuk-bentuk air dalam tubuh
Air dalam tubuh organisme ada dalam dua bentuk yaitu air bebas dan air
terikat. Air bebas memberikan medium bagi berbagai reaksi biokimia dan
ditujukan untuk kontrol osmoregulator, sedangkan air terikat yang disebut air
hidrasi terdapat dalam bentuk molekul-molekul air yang terikat erat dengan
molekul-molekul lain. Molekul molekul air yang terikat ini tidak bereaksi secara
kimia dengan molekul lain. jadi dalam bentuk terikat air tidak berperan sebagai
solvent dan tak mudah menguap atau membeku. Pada hewan yang hidup di
lingkungan yang sangat kering, dapat menggunakan air terikat yang ada dalam
makanan untuk kebutuhan metaboliknya.
1.8 Homeostasis
Untuk keselarasan fungsi sistem enzimatik dan protoplasmik diperlukan
lingkungan ionik yang sangat teratur. Hal ini diperlukan bagi pemeliharaan
kesetimbangan dinamis untuk mencapai “milieu inte’rieur"( lingkungan internal)
tubuh yang konstan atau mendekati konstan. Sifat ini merupakan satu kekhasan di
dalam sel-sel hidup.Oleh karena itu, lingkungan dalam tubuh selalu dipertahankan
12
tetap ada dalam keseimbangan (kekonstanan medium air), agar segala fungsi
organ tetap berjalan. Jadi, pada sel-sel tubuh hewan multiseluler hanya dapat
hidup dan berfungsi dengan baik bila mereka dibasahi oleh cairan ekstrasel yang
sesuai untuk menunjang kelangsungan hidupnya. Ini berarti bahwa komposisi
kimiawi dan keadaan fisik dari lingkungan internal sel harus konstan, dan hanya
boleh menyimpang dalam batas-batas yang sempit saja. Hal ini berarti pula bahwa
apabila sel-sel mengambil zat-zat makanan dan oksigen dari lingkungan
internalnya, maka zat-zat esensial tersebut harus secara konstan ditambahkan agar
kelangsungan hidup sel-sel dapat terjamin.
Demikian pula zat-zat sampah harus secara kontinyu dipindahkan dari
lingkungan internal, sehingga tidak sampai mencapai tingkat yang bersifat racun.
Zat-zat lain di lingkungan internal yang penting untuk pemeliharaan kehidupan
juga harus dipertahakan relatif konstan. Pemeliharaan lingkungan internal relatif
konstan ini yang disebut homeostasis (homeo = sama; statis = tetap/mantap)
Pengaturan homeostatis tersebut penting dilakukan oleh sel karena diperlukan
guna merespon, terhadap-berbagai lingkungan melalui aksi korektif untuk
mencapai tahapan paling menguntungkan dari berbagai variable yang ada.
Menurut W.B. Canon, homeostasis merupakan suatu kecenderungan
organisme mengelolah stabilitas relatif dari kondisi lingkungan internal sel, yang
dipertahakan dari batas-batas tertentu (Gr. "staying the same"). Homeostasis baru
akan tercapai apabila seluruh struktur dan fungsi sistem cairan tubuh bekerja
terkoordinasi. Sebagai contoh ginjal menyaring darah dan membuang sisa
metabolisem dan air secara teratur. Paru-paru bekerja bersama sama dengan
jantung, pembuluh darah dan darah untuk mendistribusikan CO2 oksigen ke
seluruh tubuh dan membuang CO2. Demikian pula sistem pencernaan makanan
menyerap sari makanan dari usus halus ke dalam darah dan membawanya ke
bagian tubuh yang memerlukan. Jadi, secara umum seluruh sistem dalam tubuh
bekerja sama untuk menyumbangkan bagi tercapainya stabilitas lingkungan
dalam. Apakah yang dimaksud lingkungan dalam itu?
Meskipun lingkungan luar berubah secara konstan, maka lingkungan
dalam tubuh hewan yang sehat tetap sama dalam batas batas normal. Seperti
diketahui dalam keadaan normal, keseimbangan kimiawi di dalam dan di luar sel
13
dipelihara dengan cermat. Untuk mencapai keseimbangan ini, maka komposisi
cairan ekstrasel (ECF),lebih tepatnya cairan interstitial (ICF) yang ada disekililing
sel dan memandikanya, harus tetap dalam keadaan konstan.Jika keadaan ini
tercapai maka sel akan menjalankan fungsinya secara normal.Jika fungsi sel
berjalan sebagaimana mestinya, maka organ secara keseluruhan juga akan
berfungsi secara normal. Dengan demikian yang dimaksud lingkungan dalam
tubuh adalah cairan interstitial (ICF).
Hubungan antara sistem tubuh dan homeostasis dapat digambarkan seperti
bagan berikut.
Dari bagan di atas tampak bahwa keadaan homeostasis sangat diperlukan
bagi berfungsinya sistem organ dalam tubuh. Keadaan homeostasis akan terus
menerus terancam oleh perubahan berbagai faktor baik yang datang dari luar
maupun dari dalam sehingga menyebabkan terganggunya homeostasis. Misalnya
pengaruh suhu dingin lingkungan cenderung menurunkan suhu interna tubuh.
Demikian pula penambahan CO2 ke dalam lingkungan interna cenderung
meningkatkan konsentrasi gas tersebut di dalam tubuh. Untungnya di dalam
tubuh telah dilengkapi dengan suatu mekanisme dimana bila suatu faktor mulai
mengubah lingkungan interna menjauhi titik optimalnya, maka reaksi balik yang
tepat akan segera dilakukan untuk memperbaiki kondisi interna yang berubah
tersebut. Misalnya suhu tubuh mulai turun pada hari dingin, maka tubuh akan
gemetar (menggigil), yang secara internal menghasilkan panas untuk memperbaiki
suhu tubuh ke arah normal. Hal yang sama, umpamanya tejadi peningkatan kadar
CO2 di dalam lingkungan internal, akan memicu peningkatan aktivitas pernafasan.
Kelebihan CO2 dihembuskan ke lingkungan eksternal untuk mengembalikan
konsentrasi CO2 dalam cairan ekstrasel ke arah normal. Jadi, homeostasis harus
14
dipandang sebagai keadaan konstan yang dinamis, dimana suatu perubahan yang
terjadi diusahakan dikurangi dengan respon fisiologis pengganti. Fluktuasi kecil
sekitar tingkat optimal untuk setiap faktor dalam lingkungan intenal secara normal
dijaga dalam batas yang sempit sesuai dengan kehidupan, oleh mekanisme-
mekanisme regulasi. Berbagai aktivitas sistem harus diregulasi dan dikoordinasi
untuk memelihara keadaan yang relatif stabil dalam lingkungan internal melawan
perubahan yang terus menerus mengancam dan mengganggu kondisi optimal
yang esensial untuk menunjang kehidupan.
Di dalam tubuh terdapat berbagai factor lingkungan interna yang harus
dijaga secara homeostatik, antara lain:
a) Suhu tubuh. Mempertahankan kondisi suhu tubuh sangat penting karena
sel tubuh baru akan berfungsi secara optimal dalam rentangan suhu yang
sempit. Suhu ini berkaitan erat dengan berfungfsinya sistem enzim dalam
tubuh. Fungsi enzim akan sangat menurun bila berada dalam lingkungan
yang sangat dingin di luar titik optiamlnya, sedang dalam lingkungan yang
sangat panas bahkan bisa merusak struktur protein dan enzimatiknya.
b) pH. Adanya perubahan pH yang ekstrim dapat menimbulkan dan
menggangu fungsi sel. Dengan perubahan keasaman misalnya akan
mempengaruhi mekanisme sinyal listrik pada sel saraf atau akan
mengganggu aktivitas enzim pada semua sel.
c) Kadar oksigen dan karbondioksida. Mudah kita pahami bahwa sel secara
terus menurs membutuhkan pasokan oksigen untuk keperluan oksidasi
molekul-molekul zat makanan guna mengahsilkan energi, sedangkan
karbondioksida yang diproduksi selama reaksi kimia harus diimbangi
dengan proses pengeluarannya oleh paru-paru/insang. Karena bila
karbondioksida tertimbun dalam cairan tubuh akan mengubah tingkat
keasaman lingkungan internal sehingga menggangu aktivitas enzimatik.
d) Konsentrasi garam dan elektrolit . Konsentrasi yang tepat garam-garam
dalam lingkungan internal sangat penting untuk memelihara volume sel
secara tepat. Bila konsentrasi garam-garam di dalam cairan interstisial
relatif tinggi, maka air dalam sel cenderung berdifusi ke luar sehingga sel
menjadi mengkerut. Kejadian sebaliknya akan menyebabkan sel
15
menggelembung. Misalnya, denyut jantung yang teratur tergantung pada
konsentrasi kalium (K+) dalam cairan ekstrasel.
e) Molekul-molekul zat makanan. Pasokan zat makanan yang konstan
penting bagi memenuhi kebutuhan bahan bakar untuk menghasilkan energi
metabolik yang diperlukan guna menunjang kehidupan dan aktivitas
seluler yang khusus.
1.9 Sistem umpan balik
Regulasi proses homeostasis secara keseluruhan dimungkinkan karena
adanya aksi umpan balik yang terkoordinasi dari beberapa organ dan jaringan.
Jika koordinasi di antara sistem tidak berjalan, maka homeostasis tidak bisa
tercapai. Jika homeostasis tidak dikembalikan ke keadaan normal oleh tubuh
sendiri maka dalam keadaan ekstrim tubuh akan mati. Oleh karena itu, tubuh
harus mampu mendeteksi faktor-faktor penyimpangan dalam lingkungan internal
yang perlu diatasi dengan cepat, dan harus mampumengontrol berbagai sistem
tubuh yang bertanggung jawab untuk menagtur faktor-faktor tersebut. Misalnya
untuk memelihara kadar karbondioksida dalam cairan ekstrasel pada nilai yang
optimal, harus ada cara mendeteksi perubahan konsentrasi karbondioksida
selanjutnya mengubah secara tepat aktivitas respirasi, sehingga konsentrasinya
kembali ke tingkat yang seharusnya.
Untuk memelihara homeostasis terdapat dua kategori umum yaitu melalui
kontrol intrinsik dan ekstrinsik. Kontrol intrinsik merupakan kontrol yang
menyatu pada suatu organ. Umpamanya, otot yang aktif memerlukan pasokan
oksigen dan menghasilkan karbondioksida serta energi untuk menunjang aktivitas
kontraktilnya. Aktivitas otot tersebut cenderung menurunkan konsentrasi oksigen
dan meningkatkan konsentrasi karbondioksida di dalam otot. Keadaan tersebut
akan mempengaruhi secara langsung pada otot polos dinding pembuluh darah
yang memasok oksigen kepada otot. Selanjutnya perubahan zat kimia (O2
maupun CO2) menyebabkan otot polos relaks dan pembuluh melebar
menyebabkan peningkatan aliran darah ke daerah otot yang aktif tadi. Mekanisme
setempat tersebut menyumbang pemeliharaan tingkat optimal kedua zat tersebut
dalam lingkungan cairan interna di sekitar sel-sel otot yang aktif. Di lain pihak,
16
sebagian besar faktor dalam lingkungan internal diperlihara oleh kontrol
ekstrinsik, yaitu mekanisme pengaturan yang berada di luar suatu organ yang
mengatur aktivitas organ tersebut. Kontrol ekstrinsik berbagai organ dan
sistemnya dilaksanakan dengan baik oleh sistem saraf dan endokrin. Kedua sistem
tersebut merupakan kontrol utama dalam tubuh. Adanya kontrol ekstrinsik
memungkinkan pengaturan yang terkoordinasi dari beberepa organ ke arah tujuan
umum, tidak seperti kontrol intrinsik yang melayani kebutuhan diri satu organ
dimana gangguan itu terjadi. Misalnya untuk memelihara tekanan darah ke arah
tingkat yang tepat apabalia tekanan darah turun sangat rendah, maka sistem saraf
secara serentak mempengaruhi jantung dan pembuluh darah di seluruh tubuh
sehingga dihasilkan tekanan darah yang normal. Mekanisme kontrol homeostasis
tubuh berlangsung dengan rpinsip umpanbalik,khsusnya umpan balik negatif
(negative feedback system).
a). Prinsip kerja umpan balik (feedback)
Bahwa adanya penyimpangan dari suatu titik patokan normal akan
terdeteksi oleh suatu sensor, dan sensor akan mengirimkan sinyal
untuk mencetuskan perubahan-perubahan kompensatorik yang terus
berlangsung hingga titik patokan itu tercapai kembali (gambar I.5).
Gambar I.5 Prinsip kerja umpan balik
17
b). Dua tipe mekanisme sistem umpan balik
Sistem umpan balik negatif (negative feedback system)
Sistem umpan balik yang menghasilkan respon berlawanan (opposite)
terhadapStimulus awal.Contoh ketika tubuh kepanasan, kelenjar keringat
teraktivasi dan terjadilah pengeluaran peluh. Keringat mengalami evaporasi
sehingga suhu tubuh menjadi turun. Sebaliknya ketika kedinginan yang teraktivasi
otot di bawah kulit menerima pesan pesan dari sistem saraf untuk berkontraksi
dan relaksasi (tubuh menggigil). Adanya aksi kontraksi-relaksasi dihasilkan panas
hingga suhu tubuh naik (Gambar I.6 dan Gambar I.7). Contoh lain, jika gula darah
menurun maka respon melalui sistem umpan balik negatif kadar gula darah yang
turun tersebut akan dinaikkan. Contoh lainnya adalah pada proses pengendalian
volume darah yang melibatkan ion natrium (Gambar I.8).
18
Gambar I.5 sistem umpan balik tentang suhu Gambar I.6 Simtem UB - suhu
Gambar I.7 Sistem UB - Natrium
Sistem umpan positif (positive feedback sistem)
Sistem umpan balik yang menghasilkan respon memperkuat (“reinforced”)
dari pada mengubahnya. Contoh jika terjadi luka maka akan dibentuk fibrin untuk
pembekuan darah, proses ini tidak dapat dilakukan satu sel oleh sebab itu melalui
umpan balik positif sel-sel sekitar luka akan mengeluarkan fibrin lebih banyak
sehingga luka akan tertutupi (gambar I.9). Umpan balik positif dalam tubuh relatif
jarang karena dapat mengganggu homeostasis.
Gambar I.9 Mekanisme Sistem Umpan Balik Positif dalam proses pembekuan darah.
1.10 Gangguan Homeostasis
Bila satu atau lebih sistem tubuh gagal berfungsi dengan baik, maka
homeostasis juga akan terganggu dan semua sel menderita sebab sel-sel tidak lagi
berada dalam lingkungan yang optimal untuk hidup dan berfungsi. Bila gangguan
homeostasis terjadi makin tidak terkendali dan makin hebat sehingga tidak sesuai
untuk kelangsungan hidup, maka tubuh akan sakit. Beberapa contoh penyakit
akibat terganggunya homeotasis adalah tekanan darah tinggi, sakit gula, asam
urat, osteoporosis, dehidrasi, dan sebagainya.
19