13.1 - Homeostasis

Homeostasis dan Persekitaran Dalaman

Homeostasis ialah pengekalan faktor fizikal dan faktor kimia dalam persekitaran dalaman organisma pada julat pemalar yang optimum supaya sel-sel dapat berfungsi dengan cekap.

Faktor yang Mempengaruhi Persekitaran Dalaman

Persekitaran dalaman mesti dikawal atur melalui mekanisme homeostasis.

Faktor fizikal: Suhu, tekanan darah dan tekanan osmosis darah.
Faktor kimia: pH, tekanan separa oksigen ( $O_{2}$ ) dan karbon dioksida ( $C O_{2}$ ), serta kepekatan glukosa darah.

Mekanisme Suapan Balik Negatif

Homeostasis dikawal atur oleh mekanisme suapan balik negatif.

Rangsangan: Perubahan parameter dalam persekitaran dalaman.
Reseptor: Mengesan perubahan dan menghantar impuls saraf/isyarat ke pusat kawalan.
Pusat Kawalan: Memproses maklumat dan menghantar arahan pembetulan kepada efektor.
Efektor: Menjalankan tindakan pembetulan (gerak balas).
Gerak Balas: Mengembalikan faktor tersebut ke julat normal.

Kawal Atur Suhu Badan

Pengawalaturan suhu badan (termoregulasi) dikoordinasi oleh hipotalamus (pusat kawalan suhu) melalui kaedah fizikal dan kaedah kimia.

Apabila Suhu Badan Meningkat (cth: Hari Panas / Aktiviti Cergas)

Termoreseptor di kulit dan hipotalamus mengesan peningkatan suhu.
Kaedah Fizikal (Gerak Balas):
- Vasodilatasi (Pemvasodilatan): Otot licin pada arteriol aferen mengendur, menyebabkan kapilari darah berhampiran permukaan kulit mengembang. Lebih banyak darah mengalir ke permukaan kulit, meningkatkan kehilangan haba secara radiasi.
- Otot erektor mengendur: Bulu roma condong ke permukaan kulit, menipiskan lapisan udara berpenebat yang terperangkap untuk meningkatkan kehilangan haba.
- Kelenjar peluh dirangsang: Lebih banyak peluh dirembeskan. Penyejatan peluh menyerap haba pendam pengewapan daripada kulit, menyejukkan badan.
- Otot rangka kurang mengecut dan mengendur: Menggigil tidak berlaku.
Kaedah Kimia (Gerak Balas):
- Kelenjar adrenal kurang dirangsang: Kurang adrenalina dirembeskan, menurunkan kadar metabolisme.
- Kelenjar tiroid kurang dirangsang: Kurang tiroksina dirembeskan, menurunkan kadar metabolisme dan mengurangkan penghasilan haba.

Apabila Suhu Badan Menurun (cth: Hari Sejuk)

Termoreseptor mengesan penurunan suhu.
Kaedah Fizikal (Gerak Balas):
- Vasokonstriksi (Pemvasokonstriktan): Otot licin pada arteriol aferen mengecut, menyebabkan kapilari darah berhampiran permukaan kulit menyempit. Kurang darah mengalir ke permukaan kulit, mengurangkan kehilangan haba.
- Otot erektor mengecut: Bulu roma berdiri tegak, memerangkap lapisan udara tebal yang bertindak sebagai penebat haba pada permukaan kulit untuk mengurangkan kehilangan haba.
- Kelenjar peluh tidak dirangsang: Perembesan peluh terhenti.
- Otot rangka mengecut dan mengendur dengan cepat: Menggigil berlaku untuk menjana haba.
Kaedah Kimia (Gerak Balas):
- Kelenjar adrenal dirangsang: Adrenalina dirembeskan untuk meningkatkan kadar metabolisme.
- Kelenjar tiroid dirangsang: Tiroksina dirembeskan untuk meningkatkan kadar metabolisme dan menjana haba.

Kawal Atur Aras Glukosa Darah

Dikawal atur oleh kelompok sel kelompokan Langerhans (Islets of Langerhans) dalam pankreas melalui tindakan dua hormon: insulin dan glukagon.

Apabila Aras Glukosa Darah Meningkat (cth: Selepas Makan)

Sel beta ( $β$ ) dalam kelompokan Langerhans dirangsang untuk merembeskan insulin ke dalam aliran darah.
Tindakan Pembetulan oleh Insulin:
- Merangsang sel hati dan sel otot untuk menukarkan glukosa berlebihan kepada glikogen untuk disimpan (glikogenesis).
- Meningkatkan kadar respirasi sel untuk menggunakan glukosa.
- Merangsang penukaran glukosa berlebihan kepada lipid di tisu adipos.
Hasil: Aras glukosa darah menurun kembali ke julat normal.

Apabila Aras Glukosa Darah Menurun (cth: Semasa Berpuasa / Senaman)

Sel alfa ( $α$ ) dalam kelompokan Langerhans dirangsang untuk merembeskan glukagon ke dalam aliran darah.
Tindakan Pembetulan oleh Glukagon:
- Merangsang sel hati untuk menukarkan glikogen yang disimpan kembali kepada glukosa (glikogenolisis).
- Merangsang penguraian lemak kepada glukosa.
Hasil: Aras glukosa darah meningkat kembali ke julat normal.

Kawal Atur Tekanan Separa Karbon Dioksida ( $C O_{2}$ ) dalam Darah

Semasa aktiviti cergas, kadar respirasi sel meningkat, menghasilkan lebih banyak $C O_{2}$ yang larut dalam plasma darah untuk membentuk asid karbonik, sekali gus menurunkan pH darah.

Pengesanan Perubahan pH dan $C O_{2}$

Penurunan pH (peningkatan $C O_{2}$ ) dikesan oleh:
- Kemoreseptor pusat di medula oblongata.
- Kemoreseptor periferi (jasad karotid dan jasad aorta).

Mekanisme Kawal Atur

Kemoreseptor menghantar impuls saraf ke pusat kawalan pernafasan dan pusat kawalan kardiovaskular di medula oblongata.
Tindakan Pembetulan:
- Otot antara rusuk dan diafragma mengecut dan mengendur dengan lebih cepat dan kuat. Ini meningkatkan kadar dan kedalaman pernafasan (ventilasi).
- Otot kardium mengecut dengan lebih cepat dan kuat untuk meningkatkan kadar denyutan jantung.
Hasil: $C O_{2}$ berlebihan disingkirkan dengan cepat melalui peparu, dan pH darah serta tekanan separa $C O_{2}$ kembali ke julat normal.

Kawal Atur Tekanan Osmosis Darah (Pengosmokawalan)

Pengosmokawalan dikawal atur oleh ginjal di bawah pengaruh hormon antidiuresis (ADH).

Apabila Tekanan Osmosis Darah Meningkat (cth: Makan makanan masin / Berpeluh banyak)

Osmoreseptor di hipotalamus mengesan peningkatan tekanan osmosis darah.
Kelenjar pituitari dirangsang untuk merembeskan lebih banyak ADH ke dalam aliran darah.
Tindakan Pembetulan:
- ADH meningkatkan ketelapan tubul berlingkar distal dan duktus pengumpul terhadap air.
- Lebih banyak air diserap semula dari cecair renal ke dalam kapilari darah di sekelilingnya.
Hasil: Air kencing yang dihasilkan adalah pekat dan sedikit. Tekanan osmosis darah menurun kembali ke julat normal.

Apabila Tekanan Osmosis Darah Menurun (cth: Minum air dalam kuantiti yang banyak)

Osmoreseptor di hipotalamus mengesan penurunan tekanan osmosis darah.
Kelenjar pituitari kurang dirangsang untuk merembeskan ADH (perembesan ADH dihalang) ke dalam aliran darah.
Tindakan Pembetulan:
- Ketelapan tubul berlingkar distal dan duktus pengumpul terhadap air berkurang.
- Kurang air diserap semula ke dalam kapilari darah.
Hasil: Air kencing yang dihasilkan adalah cair dan banyak. Tekanan osmosis darah meningkat kembali ke julat normal.