INTERNAL REGULATION

Internal regulation

Temperature Regulation

Berikut pengamatan yang membingungkan para ahli biologi selama bertahun-tahun: Ketika seekor ular garter jantan kecil muncul dari negara hiber di awal musim semi, ia mengeluarkan feromon betina untuk satu atau dua hari pertama. Feromon menarik jantan yang lebih besar yang berkerumun di sekujur tubuhnya, mencoba untuk bersanggama. Agaknya, kecenderungan untuk melepaskan feromon betina pasti telah berevolusi untuk memberikan beberapa keuntungan bagi jantan kecil. Tapi apa? Ahli biologi berspekulasi tentang cara-cara di mana pengalaman kawin semu ini dapat membantu pejantan kecil menarik betina sejati. Kenyataannya lebih sederhana: Seekor jantan yang baru saja keluar dari hibernasi sangat kedinginan sehingga sulit keluar dari liangnya. Jantan yang lebih besar muncul dari hibernasi carlier dan sudah memiliki kesempatan untuk menghangatkan diri di tempat yang cerah. Ketika pejantan yang lebih besar mengerumuni pejantan yang lebih kecil, mereka menghangatkannya dan meningkatkan tingkat aktivitasnya (Shine, Phillips, Waye. LeMaster, & Mason, 2001). Berikut adalah contoh dari temperature regulation: 

Pernahkah Anda memperhatikan burung camar, bebek, atau burung besar lainnyaberdiri dengan satu kaki ? ( Lihat gambar 9.1)

Mengapa mereka melakukannya?. Salah satu alasannya adalah untuk menghemat panas tubuh pada hari-hari yang dingin. Dengan berdiri dengan satu kaki, mereka melindungi panas di kaki lainnya. Burung nasar terkadang buang air besar di kaki mereka sendiri. apakah itu tandanya mereka jorok ? Tidak. Mereka buang air besar di kaki mereka pada hari yang panas sehingga ekskresi yang menguap menjadi dingin

Homeostasis dan Allostasis

Fisiolog Walter B. Cannon (1929) memperkenalkan istilah homeostasis (HO-mee-oh-STAY-sis) untuk merujuk pada pengaturan suhu dan proses biologis lainnya yang menjaga variabel tubuh dalam kisaran tetap. Prosesnya menyerupai termostat di rumah dengan sistem pemanas dan pendingin Seseorang mengatur suhu minimum dan maksimum pada termostat. Ketika suhu di dalam rumah turun di bawah minimum, termostat memicu tungku maksimal, termostat menyalakan AC. Demikian pula, proses homeostatis pada hewan memicu aktivitas fisiologis dan perilaku yang menjaga variabel tertentu dalam kisaran tertentu.

 Dalam banyak kasus, kisarannya sangat sempit sehingga kami menyebutnya sebagai titik setel, nilai tunggal yang dipertahankan oleh tubuh. Misalnya, jika kalsium kurang dalam diet Anda dan konsentrasinya dalam darah mulai turun di bawah titik setel 0,16 g/L (gram per liter), timbunan simpanan di tubuh Anda.Tikus yang baru lahir tidak memiliki rambut, kulit tipis, dan sedikit lemak tubuh. Jika dibiarkan terkena dingin, menjadi tidak aktif. tulang melepaskan kalsium tambahan ke dalam darah. Jika kadar kalsium dalam darah naik di atas 0,16 g/L., Anda menyimpan sebagian kelebihannya di tulang dan mengeluarkan sisanya. Mekanisme serupa mempertahankan kadar air, oksigen, glukosa, natrium klorida, protein, lemak, dan keasaman darah yang konstan (Cannon, 1929). Proses yang mengurangi perbedaan dari set point dikenal sebagai umpan balik negatif. Sebagian besar perilaku yang termotivasi dapat digambarkan sebagai umpan balik negatif: Sesuatu menyebabkan gangguan, dan perilaku berlanjut sampai gangguan itu berkurang.

Namun, konsep homeostasis tidak sepenuhnya memuaskan, karena tubuh tidak mempertahankan keteguhan yang sempurna. Benar, konsentrasi zat terlarut dalam darah hampir selalu konstan. Namun, suhu tubuh bervariasi sekitar setengah derajat Celcius antara suhu tertinggi di siang hari dan titik terendahnya di malam hari. Sebagian besar hewan mempertahankan berat badan yang hampir konstan dari hari ke hari, tetapi menambah lemak tubuh di musim gugur dan menurunkannya di musim semi. (Peningkatan lemak adalah cadangan yang sempurna. Benar, konsentrasi zat terlarut dalam darah hampir selalu konstan. Namun, suhu tubuh bervariasi sekitar setengah derajat Celcius antara suhu tertinggi di siang hari dan titik terendahnya di malam hari. Sebagian besar hewan mempertahankan berat badan yang hampir konstan dari hari ke hari, tetapi menambah lemak tubuh di musim gugur dan menurunkannya di musim semi. (Peningkatan lemak adalah cadangan yang baik dalam persiapan untuk kemungkinan kekurangan makanan selama musim dingin. Ini juga memberikan isolasi terhadap dingin.) Kita dapat menggambarkan perubahan ini sebagai perubahan pada titik setel, tetapi bahkan perubahan pada titik setel pun tidak sepenuhnya memperhitungkan banyak pengamatan. 

Controlling Body Temperature

Rata-rata orang dewasa muda menghabiskan sekitar 2600 kilokalori (kkal) per hari. Sebagian besar digunakan untuk metabolisme basal, energi yang digunakan untuk mempertahankan suhu tubuh yang konstan saat istirahat. Mempertahankan suhu tubuh Anda membutuhkan energi dua kali lebih banyak daripada gabungan semua aktivitas lainnya (Burton, 1994). Kita menghasilkan panas sebanyak itu sebagian besar melalui metabolisme dalam sel adiposa coklat, sel yang lebih mirip sel otot daripada sel lemak putih. Mereka membakar bahan bakar seperti sel otot tetapi melepaskannya secara langsung sebagai panas, bukan sebagai kontraksi otot.

Beberapa mekanisme fisiologis meningkatkan panas tubuh Anda di lingkungan yang dingin. Setiap kontraksi otot, seperti menggigil, menghasilkan panas. Kedua, penurunan aliran darah ke kulit mencegah darah menjadi terlalu dingin. Konsekuensinya adalah organ dalam yang hangat tetapi kulit yang dingin. Mekanisme ketiga bekerja dengan baik untuk sebagian besar mamalia, meskipun bukan manusia: Saat kedinginan, mereka mengembang bulunya untuk meningkatkan isolasi. (Kita manusia juga menggembungkan "bulu" kita dengan menegakkan bulu-bulu halus pada kulit kita yang merinding." Mekanisme itu lebih berguna saat nenek moyang jauh kita memiliki lapisan bulu yang lebih tebal.)

Surviving in Extreme Cold

Jika suhu atmosfer turun di bawah 0°C (32°F), Anda mempertahankan suhu tubuh dengan menggigil, mengalihkan aliran darah dari kulit, dan sebagainya. Namun, hewan poikiloterm, yang menurut definisi mengukur suhu lingkungannya, rentan. Jika suhu tubuhnya turun di bawah titik beku air, kristal es akan terbentuk. Karena air mengembang saat membeku, kristal es akan merobek pembuluh darah dan membran sel, membunuh hewan tersebut.

Amfibi dan reptil menghindari risiko itu dengan menggali atau menemukan lokasi terlindung lainnya. Namun, beberapa katak, ikan, dan serangga bertahan hidup selama musim dingin di Kanada bagian utara dengan suhu sekitar 41°C. di mana bahkan suhu bawah tanah mendekati -40°C (yang juga -40°F). Bagaimana mereka melakukannya? Beberapa serangga dan ikan menyimpan darah mereka dengan gliserol dan bahan kimia antibeku lainnya pada awal musim dingin (Liou, Tocilj. Davies, & Jia. 2000). Katak kayu sebenarnya membeku, tetapi mereka memiliki beberapa mekanisme untuk mengurangi kerusakan. Mereka mulai dengan mengambil sebagian besar cairan dari organ dan pembuluh darah mereka dan menyimpannya di ruang ekstraseluler. Oleh karena itu, kristal es memiliki ruang untuk mengembang saat terbentuk, tanpa merusak pembuluh darah atau sel. Juga, katak memiliki bahan kimia yang menyebabkan kristal es terbentuk secara bertahap, bukan dalam bongkahan. Akhirnya, mereka memiliki kapasitas pembekuan darah yang luar biasa sehingga dengan cepat memperbaiki pembuluh darah yang pecah.

The Advantages of Constant High Body Temperature

Seperti disebutkan, kita menghabiskan sekitar dua pertiga dari total energi kita untuk mempertahankan suhu tubuh (metabolisme basal). Hewan poikilotermik, dengan tingkat metabolisme basal yang jauh lebih rendah. membutuhkan bahan bakar yang jauh lebih sedikit. Jika kita tidak mempertahankan suhu tubuh yang tinggi dan konstan, kita dapat makan lebih sedikit dan menghabiskan lebih sedikit usaha untuk mencari makanan.

 Mengingat besarnya biaya untuk mempertahankan suhu tubuh kita, hal itu pasti memberikan keuntungan penting, atau kita tidak akan mengembangkan mekanisme ini.Untuk jawabannya, pikirkan kembali bab tentang gerakan: Dengan semakin dinginnya air, seekor ikan merekrut lebih banyak serat otot yang berkedut cepat untuk tetap aktif, meski berisiko cepat lelah. Hal yang sama berlaku untuk amfibi dan reptil. Pada hari yang sangat dingin, kadal harus mengubah strategi pertahanannya: Jika ia melarikan diri dari pemangsa, ia akan berlari lebih lambat dari biasanya atau menggunakan semua ototnya yang berkedut cepat dan cepat lelah. Jadi, alih-alih berlari, ia mencoba untuk melawan pemangsa-suatu tindakan yang membutuhkan ledakan aktivitas yang lebih singkat, meskipun seringkali kalah dalam pertempuran.

Burung dan mamalia menjaga tubuh mereka tetap hangat setiap saat. terlepas dari suhu udara, dan karena itu selalu siap untuk aktivitas yang giat. Dengan kata lain, kita makan banyak untuk mendukung metabolisme kita yang tinggi sehingga meskipun cuaca dingin, kita tetap bisa berlari kencang tanpa rasa lelah yang luar biasa

Brain Mechanisms

Perubahan fisiologis yang mengatur suhu tubuh seperti menggigil, berkeringat, dan perubahan aliran darah ke kulit bergantung pada area di dalam dan di dekat hipotalamus (lihat Gambar 9.6), terutama hipotalamus anterior dan area preoptik, yang terletak persis di anterior dari hipotalamus anterior. (Disebut preoptik karena dekat kiasma optik, tempat persilangan saraf optik.) Karena hubungan erat antara area preoptik dan hipotalamus anterior, peneliti sering memperlakukannya sebagai area tunggal, area preoptik/anterior hipotalamus, atau POA/AH. POA/AH dan beberapa area hipotalamus lainnya mengirimkan output ke nukleus raphe otak belakang, yang mengontrol mekanisme fisiologis seperti menggigil, berkeringat, perubahan detak jantung dan metabolisme, dan perubahan aliran darah ke kulit (Yoshida, Li, Cano, Lazarus, & Saper, 2009).

POA/AH mengintegrasikan beberapa jenis informasi (Nakamura, 2011). Ini menerima masukan dari reseptor suhu di kulit, di organ, dan di otak terutama di POA/AH itu sendiri. POA/AH bukan satu-satunya area otak yang mendeteksi suhu, tetapi merupakan area utama untuk mengontrol mekanisme fisiologis pengaturan suhu seperti berkeringat atau menggigil. Setelah kerusakan POA/AH,mamalia masih dapat mengatur suhu tubuh, tetapi hanya dengan mekanisme perilaku yang sama yang mungkin digunakan kadal, seperti mencari lokasi yang lebih hangat atau lebih dingin.

Thirst

Mechanisms of Water Regulation

Kita manusia memvariasikan strategi kita tergantung pada keadaan. Jika Anda tidak dapat menemukan cukup untuk minum atau jika air terasa tidak enak, Anda menghemat air dengan mengeluarkan urin yang lebih pekat dan mengurangi keringat Anda, seperti gerbil, meskipun tidak mengembalikan konsentrasi zat terlarut ke titik setel ke ekstrim yang sama. Hipofisis posterior Anda melepaskan hormon vasopresin yang meningkatkan tekanan darah dengan menyempitkan pembuluh darah. (Istilah vasopresin berasal dari tekanan vaskular.)

Tekanan yang meningkat membantu mengkompensasi penurunan volume darah. Vasopresin juga dikenal sebagai hormon antidiuretik (ADH) karena memungkinkan ginjal menyerap kembali air dari urin dan karenanya membuat urin lebih pekat. (Diuresis berarti "buang air kecil.") Anda juga meningkatkan sekresi vasopresin saat tidur untuk mempertahankan air tubuh pada saat Anda tidak dapat minum (Trudel & Bourque, 2010). (Vasopresin membantu Anda melewati malam tanpa pergi ke toilet.)

Dalam kebanyakan kasus, strategi kami lebih mirip dengan berang-berang: Kami minum lebih banyak dari yang kami butuhkan dan membuang kelebihannya. (Namun, jika Anda minum banyak tanpa makan sebanyak pecandu alkohol, Anda dapat mengeluarkan garam tubuh yang cukup untuk membahayakan diri Anda sendiri.) Sebagian besar minum kita dilakukan saat makan atau dalam situasi sosial, dan kebanyakan orang jarang mengalami rasa haus yang intens.

Osmotic Thirst

Kami membedakan dua jenis kehausan. Makan makanan asin menyebabkan rasa haus emosional, dan kehilangan cairan karena pendarahan atau berkeringat.Konsentrasi gabungan semua zat terlarut (molekul dalam larutan) dalam cairan tubuh mamalia tetap pada tingkat yang hampir konstan 0,15 M (molar). (Molaritas adalah ukuran jumlah partikel per unit larutan, terlepas dari ukuran setiap partida. Larutan gula 1,0M dan larutan natrium klorida 1,0M memiliki jumlah molekul yang sama per liter.) Konsentrasi tetap ini zat terlarut adalah titik setel, mirip dengan titik setel suhu. Setiap penyimpangan mengaktifkan mekanisme.

Tekanan osmotik adalah kecenderungan air untuk bertiup melintasi membran semipermeabel dari area dengan konsentrasi zat terlarut rendah ke area dengan konsentrasi lebih tinggi. Membran semipermeabel adalah membran yang dapat dilalui air tetapi zat tidak bisa terlarut.  Jika Anda makan sesuatu yang asin, ion natrium menyebar melalui darah dan cairan ekstraseluler tetapi tidak melewati membran ke dalam sel. Hasilnya adalah konsentrasi zat terlarut (termasuk natrium) yang lebih tinggi di luar sel daripada di dalam. Tekanan osmotik yang dihasilkan menarik air dari sel ke dalam cairan ekstraseluler. Neuron tertentu mendeteksi kehilangan air mereka sendiri dan kemudian memicu haus osmotik, dorongan untuk air yang membantu memulihkan keadaan normal (lihat Gambar 9.8). 

Ginjal juga mengeluarkan urin yang lebih pekat untuk membersihkan tubuh dari kelebihan natrium dan mempertahankan air sebanyak mungkin. Bagaimana otak mendeteksi tekanan osmotik! Itu mendapat bagian dari informasi dari reseptor di sekitar ventrikel ketiga, termasuk OVLT (organum vasculosum laminae terminalia) dan organ subfornical (SFO) (Hiyama, Watanabe, Okado, & Noda, 2004) (lihat Gambar 9.9). 

Reseptor tersebut mendeteksi tekanan osmotik dan kandungan natrium darah (Tirunch, Huang, & Leenen, 2013). OVLT juga menerima masukan dari reseptor di saluran pencernaan, yang memungkinkan untuk mengantisipasi kebutuhan osmotik sebelum seluruh tubuh mengalaminya. Setelah tekanan osmotik memicu rasa haus, bagaimana Anda tahu kapan harus berhenti minum! Anda tidak menunggu sampai air mengembalikan tekanan osmotik normal untuk reseptor di otak. Air yang Anda minum harus diserap melalui sistem pencernaan dan kemudian dipompa melalui darah ke otak

Hypovolemic Thirst and Sodium-Specific Hunger

Misalkan Anda kehilangan banyak cairan tubuh karena pendarahan, diare, atau berkeringat. Meskipun tekanan osmotik tubuh Anda tetap sama, Anda membutuhkan cairan. Jantung Anda kesulitan memompa darah ke kepala, dan nutrisi tidak mengalir semudah biasanya ke dalam sel Anda. Tubuh Anda akan bereaksi dengan hormon yang menyempitkan pembuluh darah-vasopressin dan angiotensin II. Ketika volume darah turun, ginjal melepaskan enzim renin, yang memisahkan sebagian dari angiotensinogen, protein besar dalam darah, untuk membentuk angiotensin 1, yang diubah oleh enzim lain menjadi angiotensin II. Seperti vasopresin, angiotensin II menyempitkan pembuluh darah, sebagai kompensasi penurunan tekanan darah (lihat Gambar 9.10).

Angiotensin II juga membantu memicu rasa haus, secara bersamaan dengan reseptor yang mendeteksi tekanan darah di pembuluh darah besar. Namun, rasa haus ini berbeda dengan rasa haus osmotik, karena Anda perlu mengembalikan garam yang hilang dan bukan hanya air. Jenis thirat ini dikenal sebagai rasa haus hipovolemik (HI-po-vo-LEE-mik). berarti haus berdasarkan volume rendah.

Rasa lapar spesifik natrium sebagian bergantung pada hormon. Ketika cadangan natrium tubuh rendah, kelenjar adrenal menghasilkan aldosteron (al-DOSS-ter-one), hormon yang menyebabkan ginjal, kelenjar ludah, dan kelenjar keringat menahan garam. Aldosteron dan angiotensin II bersama-sama mengubah sifat reseptor pengecap di lidah, neuron di nukleus traktus solitarius (bagian dari sistem pengecapan), dan neuron di tempat lain di otak untuk meningkatkan asupan garam. Perhatikan bahwa aldosteron menunjukkan natrium rendah, dan angiotensin II menunjukkan volume darah rendah. Salah satunya dengan sendirinya hanya menghasilkan sedikit peningkatan asupan garam, tetapi efek gabungannya sangat besar, terkadang menghasilkan preferensi untuk garam daripada gula atau apa pun.

Tabel 9.1 merangkum perbedaan antara haus osmotik dan haus hipovolemik

REFRENSI

Jhon.D.Corbit,BrownUniversity corbit1969.pdf

John B. Pierce Foundation Laboratory New Haven, Connecticut hammel1968.pdf