HOMEOSTASIS: keimbangan yang halus dan dinamis dr. Minarma Siagian, MS Departemen Ilmu Faal FKUI Organisme unisel tidak dapat bertahan hidup dalam lingkungan yang berubah-ubah karena memiliki sedikit atau hampir tidak memiliki mekanisme perlindungan terhadap lingkungannya. Namun organisme multisel yang kompleks, seperti manusia, dapat hidup di lingkungan yang berubah-ubah karena mempunyai kemampuan mempertahankan keadaan lingkungan dalamnya (milieu interieur). Hal ini akan melindungi sel-sel yang letaknya di dalam tubuh dari perubahan lingkungan luar (milieu exterieur) sehingga menjamin kelangsungan hidup sel-sel tubuh (Gambar 1). Pentingnya lingkungan dalam yang stabil telah dikemukakan oleh Claude Bernard, seorang ahli ilmu faal Perancis pada tahun 1859. Dengan mempertahankan lingkungan dalam yang relatif stabil, organisme multisel yang kompleks dapat hidup bebas di lingkungan luar yang sangat bervariasi. Ahli ilmu faal Amerika Serikat Walter Cannon menyebutkan upaya mempertahankan keadaan lingkungan dalam yang stabil ini sebagai homeostasis, yang berasal dari kata Yunani homeo (sama) dan stasis (mempertahankan keadaan).
mempertahankan
sistem tubuh
membentuk
homeostasis
sel
penting untuk kehidupan sel
Gambar 1. Hubungan sel, sistem-sistem tubuh dan homeostasis (dimodifikasi dari Sherwood L: Human physiology: from cells to systems. 4th ed. St. Paul: West Publishing Company; 2001. p 1-15).
Cannon mengajukan 4 postulat yang mendasari homeostasis, yaitu: 1. Peran sistem saraf dalam mempertahankan kesesuaian lingkungan dalam dengan kehidupan. 2. Adanya kegiatan pengendalian yang bersifat tonik. 3. Adanya pengendalian yang bersifat antagonistik. Reviewer: Sawitono Amin Singgih & V Sutarmo Setiadji Departemen Ilmu Faal F K U I
2
4. Suatu sinyal kimia dapat mempunyai pengaruh yang berbeda di jaringan tubuh yang berbeda. Selain itu Cannon mengajukan beberapa parameter yang diatur secara homeostatik, yaitu faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi sel dan yang dibutuhkan sel, serta adanya sekresi internal. Hal-hal yang diajukan oleh Cannon ini sekarang telah terbukti ada dalam tubuh. Dalam menyelenggarakan homeostasis ini tubuh harus senantiasa memantau adanya perubahan-perubahan nilai berbagai parameter, lalu mengkoordinasikan respons yang sesuai sehingga perubahan yang terjadi dapat diredam. Untuk itu selsel tubuh harus mampu berkomunikasi satu dengan lainnya. Komunikasi antar sel ini merupakan media yang menopang pengendalian fungsi sel atau organ tubuh. Pengendalian yang paling sederhana terjadi secara lokal (intrinsik), yaitu yang dilakukan dengan komunikasi antar sel yang berdekatan. Pengendalian jarak jauh (ekstrinsik) lebih kompleks dan dimungkinkan melalui refleks yang dapat melibatkan sistem saraf (lengkung refleks) maupun sistem endokrin (pengaturan umpan balik) (Gambar 2).
Perubahan lingkungan dalam atau luar
Respons yang sesuai
Reseptor
Sinyal aferen
Pusat integrasi sistem endokrin
Pusat integrasi sistem saraf
Sinyal eferen
Sinyal eferen
Efektor
Gambar 2. Pengendalian jarak jauh melalui sistem endokrin dan sistem saraf (dimodifikasi dari Silverthorn DU: Human physiology: an integrated approach. 2nd ed.Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall Inc; 2001. p 6-7, 165-180).
Pengaturan umpan balik negatif (negative feedback) merupakan pengaturan penting dalam homeostasis. Dalam pengaturan umpan balik negatif ini (Gambar 3) sistem pengendali senantiasa membandingkan parameter yang dikendalikan homeostasis – minarma siagian 2004 Departemen Ilmu Faal F K U I
3
(misalnya suhu tubuh, atau tekanan darah) dengan nilai setpoint (misalnya kisaran nilai normalnya). Perubahan-perubahan parameter yang dikendalikan akan mencetuskan respons yang melawan perubahan sehingga mengembalikan parameter tersebut pada nilai setpoint. Selain itu, ada juga pengaturan umpan balik yang positif (positive feedback). Pengaturan ini (Gambar 3) tidak bersifat homeostatik karena akan memperbesar respons, sampai ada faktor luar yang menghentikan lingkaran setan ini. Umpan balik negatif
Umpan balik positif
Rangsang
awal
Rangsang awal
Respons
Respons
respons berhenti Siklus umpan balik (-)
Siklus umpan balik ⊕
↓ Rangsang
faktor luar menghentikan
↑ Rangsang
Gambar 3. Umpan balik negatif dan positif (dimodifikasi dari Silverthorn DU: Human physiology: an integrated approach. 2nd ed.Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall Inc; 2001. p 6-7, 165-180).
Homeostasis dipertahankan oleh berbagai proses pengaturan yang melibatkan semua sistem organ tubuh melalui pengaturan keimbangan yang sangat halus namun bersifat dinamis (dynamic steady state). Setpoint misalnya, tidak selalu sama, dan dapat berubah bergantung dari kebutuhan saat itu. Irama biologi, seperti irama sirkadian misalnya, merupakan contoh dari perubahan setpoint ini. Pengaturan juga tidak hanya melalui umpan balik, tetapi dapat bersifat ke depan (feedforward control) yang memungkinkan tubuh mengantisipasi perubahan yang akan datang. Bahkan besar respons juga dapat dimodulasi melalui up-regulation atau down-regulation jumlah dan/atau kinerja reseptor sel. Homeostasis ini pada dasarnya adalah untuk menstabilkan cairan di sekitar sel-sel organisme multisel yaitu cairan ekstrasel (CES), yang merupakan interface antara sel dan llingkungan luar. Sel-sel tubuh selain harus selalu basah, harus pula mengandung zat-zat terlarut tertentu (solut) dalam kadar yang tertentu pula demi kelangsungan proses-proses dalam sel. Oleh karena itu parameter CES yang harus dipertahankan melalui homeostasis adalah: 1. kadar nutrien 2. kadar O2 dan CO2
homeostasis – minarma siagian 2004 Departemen Ilmu Faal F K U I
4
3. 4. 5. 6. 7.
kadar sisa metabolisme pH kadar air, garam dan elektrolit lainnya suhu volume dan tekanan
Hampir semua penyakit merupakan kegagalan tubuh mempertahankan homeostasis. Keberadaan seseorang di lingkungan sangat dingin tanpa pakaian dan perlindungan dapat berakibat fatal jika tubuhnya gagal mempertahankan suhu sehingga suhu inti tubuh turun. Hal ini disebabkan oleh terganggunya proses-proses (ensimatik) sel yang sangat bergantung kepada suhu tertentu. Contoh lain adalah, kehilangan darah dalam jumlah yang kecil mungkin tidak fatal karena tubuh masih mampu mengkompensasi kehilangan tersebut dengan cara meningkatkan tekanan darah, mereabsorpsi cairan di ginjal dan lain sebagainya. Tetapi bila kehilangan darah terjadi dalam jumlah yang besar, upaya kompensasi tubuh mungkin tidak memadai sehingga berakibat fatal. Tanggung jawab dokter dan paramedis adalah untuk membantu mempertahankan homeostasis. Tanggung jawab ini jelas terlihat di unit perawatan intensif untuk pasien-pasien yang gawat. Berbagai indikator homeostasis akan dipantau di unit intensif ini, seperti frekuensi denyut jantung, tekanan darah, frekuensi pernapasan, suhu tubuh, kimia darah, dan masuk-keluarnya cairan tubuh. Tujuan unit ini adalah untuk mengambil alih fungsi homeostasis yang tidak dapat dilaksanakan oleh pasien yang sedang sakit parah sehingga tidak mampu melakukan proses homeostasis sendiri.
DAFTAR PUSTAKA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Guyton AC, Hall JE: Textbook of medical physiology. 9th ed. Philadelphia: WB Saunders Company; 1996. p 3-9. Marieb EN: Human anatomy and physiology. 5th ed. San Francisco: Benjamin Cummings; 2001. p 10-13. Moffett DF, Moffett SB, Schauf CL. Human physiology: foundations & frontiers. 2nd ed. St Louis: Mosby Yearbood Inc; 1993. p 12-15. Rhoades R, Pflanzer R: Human physiology 3rd ed. Fort Worth: Saunders College Publishing; 1996. p 1-26 Sherwood L: Human physiology: from cells to systems. 4th ed. St. Paul: West Publishing Company; 2001. p 1-15. Silverthorn DU: Human physiology: an integrated approach. 2nd ed.Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall Inc; 2001. p 6-7, 165-180. Vander AJ, Sherman JH, Luciano DS: Human physiology. 6th ed. New York: McGrawHill Publishing Company; 1994. p 4-7.
homeostasis – minarma siagian 2004 Departemen Ilmu Faal F K U I
