Fisiologi Hewan: Daftar Pustaka

REFERENSI

Andriyani, R., Triana A., Juliarti W. 2015. Buku Ajar Biologi Reproduksi dan Perkembangan. Yogyakarta: Deepublish.

Balai Teknologi Informasi LIPI. 2009. BAB II: Sistem Peredaran Darah dan Sistem Ekskresi. Online: http://www.bit.lipi.go.id/pangan-kesehatan/index.php/artikel-kolesterol/103-sistem-peredaran-darah-dan-sistem-ekskresi.

Cambridge Communication Limited. Anatomi Fisiologi (Sistem Pernapasan dan Sistem Kardiovaskuler). Penerjemah: Asih, Ni Luh Gede Yasmin; Ester, Monica. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.

Campbell, N. A., Reece J.B., Mitchell L.G. 2004. Biologi. Edisi Kelima, Jilid III. Penerjemah: Wasmen Manalu. Editor: Amalia Safitri. Jakarta: Erlangga.

Isnaeni, W. 2006. Fisiologi Hewan. Yogyakarta: Kanisius.

Lantu, S. 2010. “Osmoregulasi pada Hewan Akuatik”. Jurnal Perikanan dan Kelautan, Vol. VI (1). 46-50. Online: https://ejournal.unsrat.ac.id/index.php/JPKT/article/view/117/114.

National Institutes of Health. 2003. Understanding the Immune System: How it Works. U.S Department of Health and Human Services.

Okonkwo, N.J. 2015. Transport in Animals. Online: https://www.researchgate.net/ publication/284027527.

Fisiologi Hewan: Reseptor dan Efektor

A.      Reseptor Sensoris

Sensasi, dan persepsi yang dikembangkan di otak, diawali oleh resepsi sensoris (sensory reception), yaitu deteksi suatu energi suatu stimulus oleh sel-sel sensoris. Sebagian besar reseptor sensoris adalah neuron atau sel-sel epitelium yang terspesialisasi (khusus) yang terdiri dari sel itu sendiri atau dalam kelompok dengan jenis sel lain di dalam organ sensoris, seperti mata dan telinga. Berdasarkan asal stimulus yang dideteksi, reseptor sensoris dibedakan menjadi 2 macam, yaitu eksteroreseptor dan interoreseptor. Eksteroreseptor mendeteksi stimulus dari luar tubuh, seperti panas, cahaya, tekanan dan bahan kimia, sedangkan interoreseptor mendeteksi stimulus yang berasal dari dalam tubuh, seperti tekanan darah dan posisi tubuh (Campbell dkk, 2004).

Pada umumnya, reseptor bekerja secara khusus. Artinya, reseptor tertentu hanya akan menerima rangsang jenis tertentu. Jadi dalam satu individu hewan, dapat ditemukan berbagai macam reseptor. Dalam sistem saraf, reseptor biasanya berhubungan dengan saraf sensorik, sedangkan efektor berhubungan erat dengan saraf motorik. Reseptor bertugas sebagai transduser (pengubah energi), yaitu mengubah energi dari suatu bentuk tertentu menjadi bentuk energi yang lain. Pada saat sampai di reseptor, semua energi dalam bentuk apapun akan segera diubah menjadi energi listrik, yang selanjutnya akan membawa kepada perubahan elektrokimia sehingga timbul potensial aksi (Isnaeni, 2006).

Fisiologi Hewan: Sistem Pencernaan

Energi yang digunakan oleh hewan untuk mempertahankan kondisi homeostasis, diperoleh hewan melalui asupan makanan yang ia makan. Namun, karena molekul pada makanan yang masuk umumnya masih terlalu besar atau masih dalam keadaan kompleks, mengakibatkan energi yang ada pada makanan tidak mampu langsung diserap oleh tubuh. Oleh karena itu, agar molekul di dalamnya dapat diserap oleh tubuh hewan, makanan yang masuk harus melalui beberapa tahap yang disebut dengan proses pencernaan. Hal inilah yang mendasari adanya sistem pencernaan di dalam tubuh hewan. Pada bab ini, anda akan mempelajari tentang

A.      Fungsi Sistem Pencernaan

Tahap pertama di dalam sistem pencernaan dimulai bahkan sebelum makanan masuk ke dalam mulut. Ketika hewan atau manusia mencium atau melihat makanan yang akan dimakan, mereka mulai mengeluarkan air liur sebagai antisipasi untuk makan, begitulah awal mula dari proses pencernaan (Wikibooks Contributors, 2006).

Fisiologi Hewan: Fungsi Kekebalan Tubuh

Tubuh memiliki pertahanan sendiri dalam melawan berbagai infeksi yang disebabkanoleh organisme dan patogen asing. Benda asing dapat masuk ke dalam tubuh melewatiberbagai barier seperti kulit, rambut, atau saluran lainnya seperti pernafasan, pencernaandan sebagainya. Sebagai konsekuensi, mekanisme alami (innate) dari tubuh akanberoperasi akan tetapi hal tersebut tidak cukup untuk memproteksi tubuh dalam segalakasus. Oleh karenanya harus ada sistem imun yang membantu dalam sistem pertahanantersebut. Respons antibodi ini bersifat adaptif di alam dan beroperasi melaluipembentukan antibodi oleh limfosit (Sherwood, 2009).

Vertebrata memiliki kemampuan yang lebih kuat dari semua kelompok hewan karena memiliki kapasitas untuk membentuk imunitas adaptif melawan berbagai benda asing. Sistem imun spesifik telah berkembang dan berhubungan erat dengan mekanisme melawan patogen. Sistem imun adalah semua mekanisme yang digunakan untuk mempertahankan keutuhan tubuh, sebagai perlindungan terhadap bahaya yang dapat ditimbulkan berbagai bahan dalam lingkungan hidup. Pertahanan di sini itu adalah pertahanan yang ada dalam tubuh organisme (makhluk hidup). Kulit, membran mukus, mukus, sel-sel bersilia pada saluran sistem pernafasan, lisozim, dan cairan lambung merupakan sistem pertahanan garis depan dari tubuh dengan sistem kerja yang tidak spesifik. Jika garis depan sistem pertahanan mengalami kegagalan maka sistem pertahanan kedua inilah yang akan bekerja. Sistem pertahanan ini sangat mengandalkan kerja neutrofil, makrofag, respons inflamasi, dan protein antimikroba. Setelah itu akan ada kerja mekanisme pertahanan spesifik pada lapis ketiga dengan fungsi yang sangat penting yang melibatkan limfosit dan antibodi (Santoso, 2009).

Tabel 14. Tipe mekanisme pertahanan tubuh

Mekanisme Pertahanan Non Spesifik		Mekanisme Pertahanan Spesifik (Kekebalam Tubuh)
Pertahanan Lapis Pertama	Pertahanan Lapis Kedua	Pertahanan Lapis Ketiga
1.     Kulit 2.     Membran mukus 3.     Sekret kulit 4.     Sekret membran mukus	1.     Sel darah putih 2.     Protein antimikroba 3.     Respons inflamatoris	1.     Limfosit 2.     Antibodi

Gambar 33. Letak organ pada sistem imun tersebar di seluruh bagian tubuh

(Sumber: National Institutes of Health, 2003).

A.      Tipe-Tipe Imunitas

Imunitas memberikan manfaat bagi keseluruhan tubuh hewan dengan membentuk sistem resistensi terhadap agen-agen penginfeksi spesifik. Hal ini tergantung kepada beberapa faktor yaitu (a) resistensi host (inang), (b) dosis dimana dosis yang tinggi dari patogen akan melebihi kapasitas pertahanan alami hewan, dan (c) sifat virulensi dari organisme yang menyerang. Kekuatan resistensi mungkin diturunkan yaitu imunitas alami (innate), dan imunitas adaptif sebagai respon terhadap infeksi sebelumnya atau karena memang ada inokulasi melalui vaksinasi atau imunisasi (Santoso, 2009).

1.         Imunitas Alami (Innate Imunity)

Tipe ini adalah suatu sistem resistensi yang diturunkan dan sangat berhubungan denganaspek spesies, ras, atau individu artinya bahwa setiap spesies, setiap ras, atau bahkan setiap individu akan memiliki sistem yang berbeda dalam hal ketahanan imunitasnya. Sistem imun ini bersifat alami dan bukan karena adanya induksi oleh infeksi-infeksi sebelumnya. Resistensi terhadap infeksi sangat beragam antara satu individu dengan yang lainnya juga dengan usia yang berbeda. Anak-anak dan orang tua sangat mudahterkena serangan mikroba jika dibandingkan dengan kelompok usia muda dan dewasa.Hal ini terkait dengan kekuatan sistem imun alami yang dimilikinya (Santoso, 2009).

2.         Imunitas Induksi (Acquired Imunity)

Imunitas ini terbentuk selama kehidupan seseorang dan biasanya terbentuk karena adanya faktor induktor yang memicu pembentukan sistem pertahanan. Secara mendasar ada dua tipe dari sistem imun ini, yaitu imunitas aktif dan imunitas pasif.

a.        Imunitas aktif yang merupakan resistensi adaptif yang terbentuk dalam tubuhseseorang setelah terjadinya kontak dengan antigen asing misalnya mikroorganisme danproduk toksik yang dihasilkannya. Mekanismenya melibatkan produksi antibodi olehsel-sel tubuh individu. Imunitas aktif berkembang sangat lamban dalam kurun waktuberhari-hari atau bahkan beberapa minggu akan tetapi tetap bertahan selama beberapatahun. Mekanismenya juga melibatkan respons humoral dan respons yang dimediasi olehsel (cell mediated response) (Santoso, 2009).

1)        Imunitas humoral

Kekebalan humoral melibatkan aktivasi sel B dan diikuti oleh produksi antibodi yang beredar di dalam plasma darah dan limfa (Campbell dkk, 2004). Berbagai reaksi imunologis secara khusus melawan mikroorganisme secara langsung dan dimediasi melalui protein dalam sirkulasi darah yang disebut dengan antibodi. Antibodi secara aktif bekerja melawanantigen mikroorganisme beserta produk toksiknya. Antibodi ini dapat menginduksi resistensi dengan beberapa cara yaitu (Santoso, 2009):

-       Menetralisasi toksin atau enzim seluler

-       Membunuh bakteri atau melisisnya dengan komplemen

-       Menghambat kapasitas infeksi dari mikroorganisme

-       Membuat mikroorganisme menjadi rentan terhadap aksi fagositosis

-       Berkombinasi dengan antigen seluler yang berinterferensi dengan fagositosis (oposinasi).

2)        Imunitas yang diperantarai oleh sel (cell mediated imunity)

Kekebalan yang diperantarai oleh sel adalah respons kekebalan yang bergantung pada kerja sel T (Campbel dkk, 2004). Respons imunitas jenis ini merupakan kategori respons yang kompleks yang memperlihatkan adanya proses imunologis spesifik dan nonspesifik. Responsnya dapat melibatkan pembentukan antibodi humoral atau tidak samasekali, dan yang menjadi agen utamanya adalah sel limfoid yang aktif secara imunologis. Sel-sel tersebut disirkulasikan dan akan mengenali benda-benda asing (antigen) dan menginisiasi serangkaian reaksi. Reaksi-reaksinya meliputi respon inflamasi mononuklear, destruksi sitotoksik dari sel invader, aktivasi fagositosis makrofag dan menunda hipersensitifitas pada jaringan. (Santoso, 2009)

b.        Imunitas Pasif yaitu resistensi yang temporer yang melawan agen penginfeksiyang diinduksi oleh pemberian antibodi yang melawan agen tersebut. Antibodi tersebutdiperoleh dari individu lainnya. Imunitas pasif akan hilang pada periode yang singkat,biasanya dalam beberapa minggu karena antibodi tersebut akan rusak dan tidak adaproses penggantiannya di dalam tubuh. Keuntungannya adalah ketika diberikan ke dalamtubuh maka respons imunitasnya akan segera meningkat dengan cepat tanpa adanya fasediam (lag period) (Santoso, 2009).

B.       Limfosit

Sel-sel yang memperlihatkan respons imunologis terletak di dalam sistem organ limfoid yang berinterkomunikasi dengan bagian tubuh lainnya melalui sistem saluran limfa, sel-sel tersebut dikenal dengan limfosit. Limfosit berasal dari sel-sel induk (stem cell) yang dihasilkan oleh kantong yolk, dan liver fetus selama fase embrionik dan setelah dewasa akan dihasilkan di sumsum tulang. Sel-sel limfosit bermultifikasi, berdiferensiasi dan mengalami kematangan dalam organ limfoid, di timus, dan di bursa fabricus (khusus pada hewan) (Santoso, 2009).

Tubuh vertebrata mengandung dua jenis utama limfosit. Limfosit B (sel B) dan Limfosit T (sel T). Seperti makrofag, dua jenis limfosit tersebut bersirkulasi di seluruh darah dan limfa, dan terkonsentrasi dalam limpa, nodus limfa, dan jaringan limfatik lainnya. Karena limfosit mengenali dan merespons terhadap mikroba tertentu dan molekul asing, maka limfosit dikatakan memiliki spesifitas (Campbell dkk, 2004).

Molekul asing yang mendatangkan suatu respons spesifik disebut antigen (antibody generator). Antigen meliputi molekul yang dimiliki virus, bakteri, fungi, protozoa, dan cacing parasit. Salah satu cara antigen menimbulkan respons kekebalan adalah dengan cara mengaktifkan sel B untuk mensekresikan protein yang disebut antibodi. Masing-masing antigen mempunyai bentuk molekuler khusus untuk merangsang sel-sel B tertentu untuk mensekresi antibodi yang berinteraksi secara spesifik dengan antigen tersebut. limfosit B dan T membedakan antigen berdasarkan bentuk molekuler yang hanya berbeda sedikit, artinya sistem kekebalan membidik penyerang secara spesifik (Campbell dkk, 2004).

Limfosit membentuk pertahanan imun terhadap sasaran-sasaran yang telah terprogram secara spesifik. Limfosit B menghasilkan antibodi, yang beredar dalam darah dan bertanggung jawab dalam imunitas humoral, atau yang diperantarai oleh antibodi. Suatu antibodi berikatan dengan benda asing spesifik, misalnya bakteri (yang memicu produksi antibodi tersebut), dan menandainya untuk dihancurkan (dengan fagositosis atau cara lain). Limfosit T tidak memproduksi antibodi; sel ini secara langsung menghancurkan sel sasaran spesifiknya dengan mengeluarkan beragam zatl<trr'ia yang melubangi sel korban, suatu proses yang dinamai imunitas selular. Sel sasaran dari sel T mencakup sel tubuh yang dimasuki oleh virus dan sel kanker. Limfosit hidup sekitar 100 sampai 300 hari. Selama periode ini, sebagian besar secara terus-menerus terdaur ulang antara jaringan limfoid, limfe, dan darah, dan hanya menghabiskan waktu beberapa jam di dalam darah. Karena itu, setiap saat hanya sebagian kecil dari limfosit total berada di dalam darah (Sherwood, 2009).

C.      Antigen dan Antibodi

Antigen adalah substansi yang jika diinjeksikan ke dalam tubuh hewan yang tidak mengandung substansi tersebut akan menyebabkan pembentukan antibodi asing yang spesifik untuk antigen tersebut. Substansinya adalah senyawa kimiawi yang kompleks yang biasanya berkombinasi dengan komponen protein dan non protein atau komponen non-antigenik yang disebut dengan hapten. Hapten tidak dapat menghasilkan antibodi dengan sendirinya tetapi jika antibodi telah terbentuk, dia tidak akan dapat berkombinasi dengan antibodi tersebut. Beberapa polisakarida dan polipeptida dapat berperan sebagai antigen. Kadang kala lipid dan asam nukleat yang berkombinasidengan protein juga berperan sebagai antigen. Antigen haruslah molekul yang besar(makromolekul) akan tetapi tidak semua makromolekul bersifat antigenik. Makromolekul di dalam tubuh kita sendiri yang menjadi penyusun unit struktural dan fungsional tubuh tidak akan berperan sebagai antigen, akan tetapi jika makromolekul kelinci diinjeksi dengan makromolekul dari manusia atau sebaliknya maka akan menimbulkan pembentukan antibodi. Penjelasan akan fenomena ini adalah bahwa perbedaan struktur molekul dari dua individu yang berbeda spesiesnya dalam kelas mamalia akan menimbulkan respons antigen-antibodi (Sherwood, 2009).

Suatu antibodi merupakan substansi imunitas yang dibentuk dalam darah hewan sebagai respons terhadap stimulus antigenik dan akan bereaksi secara spesifik dengan antigen yang berhubungan pada beberapa cara yang dapat diamati, Antibodi adalah protein dan menjadi bagian dari globulin serum. Darah mengandung protein-protein seperti albumin, globulin, dan fibrinogen yang dapat diisolasi dengan metode elektroforesis. Antibodi menjadi penyusun 1-2% dari total protein serum dan kendati dalam kondisi abnormal sekalipun. Karena antibodi termasuk kedalam kelas globulin, maka disebut juga sebagai imunglobulin. Antibodi dicirikan oleh piranti kimiawi, fisika dan imunologisnya (Sherwood, 2009).

Imunoglobulin adalah kelompok globulin (protein globular) yang terdiferensiasi secara struktural dan fungsional berperan sebagai antibodi. Antigen yang diinjeksikan kedalam tubuh suatu organisme akan menstimulasi pembentukan beberapa antibodi yangbereaksi dengan antigen tersebut. Umumnya antigen yang lebih kompleks akanmenstimulasi pembentukan antibodi yang lebih banyak.Ada lima kelas imunoglobulin pada plasma manusia yaitu IgG, IgM, IgD, danIgE dimana dua kelas yang terakhir memiliki jumlah yang sangat sedikit. Pembagiankelas tersebut didasarkan kepada analisis struktur molekul dan perilakuelektroforesisnya. Semua imunoglobulin disusun oleh dua tipe rantai polipeptida yang dinamakan rantai ringan (L: Light) dan rantai berat (H : heavy). Rantai ringan berikatandengan rantai berat oleh ikatan disulfida (S-S) dan semuanya membentuk suatu dimer (LH). Setiap molekul antibodi bersifat bifungsional dan memiliki dua tempat untukberkombinasi dengan antigen. Ujung aminonya merupakan bagian yang bertanggungjawab terhadap pengenalan dan pengkombinasiannya dengan antigen. Baik rantai ringan maupun rantai berat dapat mengenali antigen (Santoso, 2009).

Berdasarkan aktivitas biologisnya, antibodi dibedakan menjadi 5 macam, yaitu sebagi berikut (Sherwood, 2009).

1.         IgG   : merupakan imunoglobin paling banyak ayang ada di dalam darah, diproduksi dalam jumlah besar ketika tubuh kemudian menghadapi antigen yang sesuai (spesifik)

2.         IgA   : ditemukan dalam sekresi sistem  pencernaan, pernapasan, dan kemih-kelamin, serta dalam air susu dan air mata.

3.         IgM   : merupakan immunoglobin yang berfungsi sebagai reseptor permukaan sel B untuk mengikat antigen dan disekresikan pada tahap-tahap awal respons sel plasma.

4.         IgE    : Turut berperan dalam melindungi tubuh dari cacing parasitik dan merupakan mediator antibodi untuk respons alergik umum, misalnya hayfeuer, asma, dan urtikaria

5.         IgD   : terdapat di permukaan banyak sel B, tatpi fungsinya belum diketahui.

D.      Interaksi Antigen dan Antibodi

Plasma dari individu yang normal memiliki ratusan jenis antibodi yang berbeda dalam jumlah yang sedikit. Jika antigen baru masuk ke dalam tubuh, antibodi spesifik akan muncul di dalam darah yang akan bereaksi dengan antigen. Pendedahan berulang dengan berbagai antigen akan memperbanyak jumlah jenis antibodi dalam plasma. Jika individu didedahkan dengan antigen yang sebelumnya pernah masuk ke dalam tubuh individu tersebut, maka akan dihasilkan sejumlah besar antibodi secara cepat di dalam plasma. Seluruh antibodi adalah protein. Pemberian satu antigen akan menstimulasi pembentukan beberapa antibodi. Jika antigen memiliki dua sisi aktif dan akan diikat oleh antibodi yang memiliki dua sisi tempat berkombinasi dengan antigen maka akan menghasilkan reaksi presipitasi. Presipitasi adalah proses di mana suatu bahan terpisah dari larutannya (Sherwood, 2009). Ada beberapa kategori antibodi yang penting, diantaranya adalah sebagai berikut.

1.         Antitoksin yang menghasilkan pelawan toksin

2.         Aglutinin yaitu antibodi yang menyebabkan aglutinasi (aglutinin vs aglutinogen).

3.         Presipitan yaitu antibodi yang membentuk kompleks dimana molekul antigen akan larut.

4.         Lisin yaitu antibodi yang mengaktifkan komplemen (fiksasi komplemen) yang akan memicu lisisnya sel.

5.         Opsonin yaitu antibodi yang berkombinasi dengan komponen permukaanmikroba yang akan menetralkan atau memblok tempat pengikatan mikrobasehingga menjadi inaktif.

1.         Netralisasi dan Aglutinasi

Antibodi dapat secara fisik menghambat sebagian antigen melaksanakan efek merugikannya. Sebagai contoh, dengan berikatan dengan toksin bakteri, antibodi dapat mencegah bahan kimia berbahaya ini berinteraksi dengan sel yang rentan. Proses ini dikenal sebagai netralisasi. Demikian juga, antibodi dapat berikatan dengan antigen permukaan beberapa jenis virus, mencegah virus ini masuk ke dalam sel dan menimbulkan efek buruk. Kadang-kadang beberapa molekul antibodi dapat mengikatsilangkan banyak molekul antigen menjadi suatu rantai atau kisi-kisi kompleks antigenantibodi. Proses di mana sel-sel asing, misalnya bakteri atau sel darah merah yang tidak cocok golongannya, menyaru membentuk gumpalan dikenal sebagai aglutinasi (Sherwood, 2009).

2.         Induksi Respon Imun

Untuk menciptakan respons imun, suatu molekul antigen harus melakukan kontak dengan permukaan limfosit. Limfosit mampu merespons suatu antigen dimana telah ada reseptor spesifik di permukaan sel limfosit tersebut yang akan merespons antigen dan limfosit yang berbeda akan memiliki reseptor yang berbeda pula. Setiap limfosit hanyamemiliki satu jenis reseptor bagi molekul antibodi. Antibodi akan berikatan dengan membran plasma limfosit dan akan segera mengenali antigen. Limfosit tersebut satu diantara seribunya akan dipilih dan secara spesifik distimulasi untuk memperbanyak jumlahnya dan akhirnya akan berdiferensiasi membentuk populasi sel yang aktif menghasilkan antibodi. Hal ini dikenal dengan seleksi klonal (Santoso, 2009).

Untuk melihat daftar pustaka/sumber referensi dan materi Fisiologi Hewan lainnya, silahkan klik link di bawah ini:

BAB 1.   PRINSIP DASAR FISIOLOGI HEWAN

BAB 2.   HOMEOSTASIS

BAB 3.   NEURON DAN FISIOLOGINYA

BAB 4.   SISTEM ENDOKRIN

BAB 5.   NUTRISI

BAB 6.   TRANSPORT DI DALAM TUBUH

BAB 7.   SISTEM EKSKRESI

BAB 8.   OSMOREGULASI

BAB 9.   TERMOREGULASI

BAB 10. PERTUKARAN DAN PENGATURAN GAS

BAB 11. FUNGSI KEKEBALAN TUBUH

BAB 12. SISTEM PENCERNAAN

BAB 13. RESEPTOR DAN EFEKTOR
DAFTAR PUSTAKA/REFERENSI

Fisiologi Hewan: Pertukaran dan Pengaturan Gas

Selain sirkulasi darah, di dalam tubuh hewan terdapat pula satu sistem sirkulasi penting lainnya, yaitu sirkulasi gas. Sirkulasi ini sama pentingnya dengan sirkulasi darah, karena pertukaran gas dalam tubuh hewan harus terjadi secara terus menerus demi mendukung kegiatan metabolisme dan regulasi lainnya dalam tubuh, jika sirkulasi gas mengalami gangguan bahkan terhenti, maka akan terjadi kerusakan, bahkan dapat berujung pada  kematian hewan.

A.      Organ Respirasi Hewan

Organ respirasi hewan akuatik dapat berupa kulit, seluruh permukaan tubuh, atau insang. Permukaan tubuh/kulit sebagai organ respirasi terutama digunakan oleh hewan inaktif yang bertubuh tipis dan kecil. Sementara, insang lebih sering ditemukan pada hewan air yang aktif. Insang dapat dibedakan menjadi dua, yaitu insang luar dan insang dalam. Insang luar antara lain dapat ditemukan pada larva katak, sedangkan insang dalam dapat ditemukan pada ikan dan sejumlah hewan air lainnya (Isnaeni, 2006).

Sebagai medium respirasi, air mengandung konsentrasi oksigen yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan di udara; semakin hangat dan semakin asin air, maka akan semakin sedikit oksigen yang terlarut di dalamnya, sehingga insang harus sangat efisien untuk mendapatkan oksigen yang cukup dari air. Salah satu proses yang membantu adalah ventilasi, yaitu peningkatan aliran medium respirasi di atas permukaan respirasi. Pengaturan posisi kapiler dalam insang seekor ikan juga dapat meningkatkan pertukaran gas (Campbell dkk, 2004).

Organ respirasi terrestrial dapat berupa paru-paru difusi, paru-paru buku, trakea, dan paru-paru alveolar. Paru-paru difusi merupakan modifikasi dari insang. Pertukaran gas yang terjadi pada organ tersebut tidak terlalu dipengaruhi oleh ventilasi/pertukaran udara, tetapi lebih ditentukan oleh laju difusi gas. Paru-paru difusi dapat berupa mantel yang ditemukan pada bekicot, sedangkan paru-paru buku terdapat pada Arakhnida (contohnya laba-laba dan kalajengking). Paru-paru juga dapat ditemukan di amfibia, aves, reptilia, dan mamalia. Amfibi memiliki paru-paru sederhana yang kurang elastis sehingga kurang dapat memenuhi kebutuhan fisiologisnya, sehingga amfibia juga menggunakan kulit untuk pertukaran gasnya. Kelompok makhluk hidup yang telah memiliki paru-paru sempurna adalah mamalia. Beberapa organ pernapasan khusus lainnya yang terdapat pada hewan, yaitu trakea pada insekta, gelembung udara pada ikan, dan kantong udara pada burung. Semua organ pernapasan tersebut memiliki fungsi yang sangat mendukung kebutuhan fisiologis tubuh, terutama dalam proses pertukaran gas.

Sistem trakea merupakan salah satu variasi dari permukaan respirasi internal yang meipat-lipat, terbuat dari pipa udara yang bercabang di seluruh tubuh. Bagi seekor serangga kecil, proses difusi saja dapat membawa cukup O2 dari udara ke dalam sistem trakea dan membuang cukup CO2 untuk mendukung respirasi seluler. Serangga yang lebih besar dengan kebutuhan energi yang lebih tinggi memventilasi sistem trakeanya dengan gerakan tubuh berirama (ritmik) (Campbell dkk, 2004).

Berlawanan dengan saluran respirasi yang bercabang di seluruh tubuh serangga, paru-paru (lung) hanya terbatas pada satu lokasi. Karena permukaan respirasi paru-paru tidak berhubungan langsung dengan semua bagiantubuh yang lain, maka kesenjangan itu harus dijembatani oleh sistem sirkulasi, yang berfungsi mengangkut oksigen dari paru-paru k bagian tubuh yang lain (Campbell dkk, 2004). Pada manusia yang merupakan kelompok mamalia, organ pernapasannya terdiri dari (Sherwood, 2009):

1.         rongga hidung yang menghangatkan, melembapkan, dan menyaring udara inspirasi;

2.         laring (Adam’s appel atau jakun) yang berperan untuk pembentukan suara dan untuk melindungi jalan napas terhadap masuknya makanan dan cairan, karena ini dapat menyebabkan batuk bila terangsang;

3.         trakea yang bercabang menjadi:

a.         dua bronkus, setiap cabang-cabangnya kemudian bercabang-cabang lagi di dalam paru, akhirnya berujung dalam kantong berdinding tipis – alveoli,

b.        paru-paru, yang berstruktur elastis seperti spons. Terdapat dua buah paru, masing-masing dibagi menjadi beberapa lobus dan masing-masing mendapat satu bronkus. Satu-satunya otot di dalam paru adalah otot polos di dinding arteriol dan dinding bronkiolus, di mana keduanya berada di bawah kontrol. Tidak terdapat otot di dalam dinding alveolus untuk mengembangkan atau mengempiskan alveolus selama proses bernapas. Perubahan volume paru (dan perubahan volume alveolus yang menyertainya) ditimbulkan oleh perubahan dalam dimensi rongga thoraks.

B.       Pengaturan Gas dalam Paru-paru

Tujuan utama bernapas adalah secara kontinyu memasok O₂ segar untuk diserap oleh darah dan mengeluarkan CO₂ dari darah. Darah bekerja sebagai sistem transpor untuk O₂ dan CO₂ antara paru dan jaringan, dengan sel jaringan mengekstraksi O₂ dari dar:ah dan mengeliminasi CO₂ ke dalamnya (Sherwood, 2009).

Paru-paru dapat diibaratkan sebuah balon yang dibungkus bejana pompa dengan leher balon terbuka terhadap udara. Saat penghisap pompa ditarik, balon mengembang sebagai vakum parsial yang diciptakan dalam pompa. Udara ditarik ke dalam balon dan mengembangkannya (Cambridge Communication Limited, 1998).

Gambar 29. Pertukaran gas di jaringan

(Sumber: Cambridge Communication Limited, 1998)

Selama pernapasan tenang, kira-kira 500 ml udara atmosfer dimasukkan ke dalam paru pada bernapas. Udara ini terdiri dari kira-kira 21% oksigen, 79% nitrogen (yang tak berperan pada pernapasan) dan hampir tanpa CO₂. Tekanan berkenaan dengan oksigen dalam udara kira-kira 150 mmHg. Dari 500 ml udara inspirasi: 150 ml berada di rongga mulut, hidung, trakea, dan bronkus dan tidak ambil bagian dalam pertukaran gas. 350 ml mencapai alveoli dan bercampur dengan udara “sisa” yang sudah ada di sana (Cambridge Communication Limited, 1998).

Gambar 30. Pertukaran Oksigen dan CO₂ menembus kapiler baru dan kapiler sistemik akibat gradien tekanan parsial

(Sumber: Sherwood, 2009)

1.      Po₂ alveolus tetap relatif tinggi dan Pco₂ alveolus tetap relatif rendah karena sebagian dari udara alveolus ditukar dengan udara atmosfer baru setiap kali bernapas.

2.      Sebaliknya, darah vena sistemik yang masuk ke paru relatif rendah dalam O₂ dan tinggi dalam CO₂ karena telah menyerahkan O₂ dan menyerap CO₂ di tingkat kapiler sistemik.

3.      Hal ini menciptakan gradien tekanan parsial antara udara alveolus dan darah kapiler paru yang memicu difusi pasif O₂ ke dalam darah dan CO₂ keluar darah sampai tekanan parsial darah dan alveolus setara.

4.      Karena itu, darah yang meninggalkan paru relatif mengandung O₂ tinggi dan CO. rendah. Darah ini disalurkan ke jaringan dengan kandungan gas darah yang sama dengan ketika darah tersebut meninggalkan paru.

5.      Tekanan parsial O₂ relatif rendah dan CO, relatif tinggi di sel jaringan yang mengonsumsi O₂ dan memproduksi CO_2.

6.      Akibatnya, gradien tekanan parsial untuk pertukaran gas di tingkat jaringan mendorong perpindahan pasif O₂ keluar darah menuju sel untuk menunjang kebutuhan metabolik sel-sel tersebut dan juga mendorong pemindahan secara simultan CO₂ ke dalam darah.

7.      Setelah mengalami keseimbangan dengan sel-sel jaringan, darah yang meninggalkan jaringan relatif mengandung O₂ rendah dan CO₂ tinggi.

8.      Darah ini kemudian kembali ke paru untuk kembali diisi oleh O₂ dan dikeluarkan CO₂-nya.

C.      Transpor Gas

1.         Transpor Oksigen

Transpor oksigen dalam darah terjadi dengan dua cara, yaitu dengan cara sederhana (terlarut dalam plasma darah) atau dengan cara diikat oleh pigmen respirasi, yaitu senyawa khusus yang dapat mengikat dan melepas oksigen secara bolak-balik. Beberapa invertebrata sederhana mentranspor oksigen dengan cara melarutkannya dalam darah. Cara ini sebenarnya tidak efektif, namun dikarenakan tingkat metabolisme invertebrata sederhana yang rendah, maka cara tersebut masih dapat memenuhi kebutuhan fisiologisnya (Isnaeni, 2006).

Oksigen tidak terlalu mudah larut dalam air dan tidak cukup mudah dibawa dalam larutan air sederhana untuk mempertahankan kehidupan jaringan. Tetapi jumlah besar dari oksigen dibawa dalam darah. Darah ini mengandung sel-sel (korpuskel merah) yang padat dengan pigmen merah yang diketahui sebagai hemoglobin. Hemoglobin merupakan kombinasi antara haem (suatu ikatan besi-porfirin) dan globin (suatu protein). Hemoglobin berikatan dengan oksigen membentuk oksihemoglobin (HbO₂), bila gas ini ada pada tekanan tinggi. Oksihemoglobin melepaskan oksigen pada tekanan rendah untuk membentuk (dikurangi) hemoglobin (Hb) lagi. Pada tekanan oksigen 100mmHg, seperti dalam kapiler alveolar, semua hemoglobin teroksigenisasi (Gambar 31.a). Sedangkan, sangat sedikit oksigen dilepaskan sampai tekanan oksigen turun di bawah 60 mmHg, dan kebanyakan dilepaskan pada tekanan oksigen 40 mmHg, sehingga bulk oksigen dilepaskan dalam jaringan (Gambar 31.b). Kadar tinggi karbon dioksida dan asam (kondisi ini ditemukan pada jaringan aktif) keduanya meningkatkan pelepasan oksigen (Cambridge Communication Limited, 1998). Penggabungan Hb dan O₂ menjadi HbO₂ atau proses kebalikannya dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain konsentrasi oksigen di lingkungan hewan, yang akan menentukan besarnya tekanan parsial gas tersebut. Hal ini akan berpengaruh terhadap kejenuhan Hb oleh oksigen (Isnaeni, 2006).

                                                 (a)                                                         (b)

Gambar 31. Reaksi kimia pada transpor oksigen

(Sumber: Cambridge Communication Limited, 1998)

Semua hemoglobin ditemukan dalam sel-sel darah merah. Adanya hemoglobin bebas dengan cepat diekskresikan oleh ginjal. Hemoglobin pada bayi sebelum lahir berbeda dengan hemoglobin dewasa. Hemoglobin bayi sangat teroksigenisasi pada tekanan rendah dan karenanya membawa oksigen lebih efisien dari plasenta ke sirkulasi bayi (Cambridge Communication Limited, 1998).

2.         Transpor Karbon Dioksida

Pada jaringan tubuh, dimana konsentrasinya relatif tinggi, karbon dioksida berkombinasi dengan air dalam korpuskel darah merah untuk membentuk ion-ion bikarbonat (HCO3-) dan ion-ion hidrogen (Gambar 32.a). Korpuskel darah merah ini mengandung suatu enzim, anhidrase karbonat, yang mempercepat reaksi ini, ion-ion bikarbonat berdifusi keluar dari korpuskel masuk ke dalam plasma. Bila ion-ion bikarbonat mencapai paru-paru, dimana konsentrasi karbon dioksida relatif rendah, terbentuk kembali karbon dioksida dan air, dan karbon dioksida tersebut dilepaskan sebagai gas (Gambar 32.b). Karbon dioksida juga dibawa dalam darah dalam larutan plasma, dan berkombinasi dengan molekul-molekul protein (Cambridge Communication Limited, 1998) .

                                                       (a)                                                 (b)

Gambar 32. Reaksi kimia pada transpor karbon dioksida

(Sumber: Cambridge Communication Limited, 1998).

Reaksi pembentukan asam karbonat dapat terjadi dalam cairan jaringan/ruang ekstrasel, plasma, maupun di dalam sel darah merah. Pembentukan asam karbonat  yang terjadi dalam sel darah merah berlangsung sangat cepat (disebut reaksi cepat) karena di dalamnya terdapat enzim karbonat anhidrase yang berperan sebagai katalis. Kemudian, pengangkutan CO₂ dalam bentuk senyawa bikarbonat merupakan cara untuk mempertahankan keseimbangan pH. Mekanisme mempertahankan pH dengan cara seperti itu disebut mekanisme buffering. Mempertahankan kesemimbangan pH merupakan tugas tambahan bagi sistem respirasi, di luar tugas utamanya untuk mentranspor O₂ dan CO₂ (Isnaeni, 2006).

Untuk melihat daftar pustaka/sumber referensi dan materi Fisiologi Hewan lainnya, silahkan klik link di bawah ini:

BAB 1.   PRINSIP DASAR FISIOLOGI HEWAN

BAB 2.   HOMEOSTASIS

BAB 3.   NEURON DAN FISIOLOGINYA

BAB 4.   SISTEM ENDOKRIN

BAB 5.   NUTRISI

BAB 6.   TRANSPORT DI DALAM TUBUH

BAB 7.   SISTEM EKSKRESI

BAB 8.   OSMOREGULASI

BAB 9.   TERMOREGULASI

BAB 10.  PERTUKARAN DAN PENGATURAN GAS

BAB 11.  FUNGSI KEKEBALAN TUBUH

BAB 12.  SISTEM PENCERNAAN

BAB 13.  RESEPTOR DAN EFEKTOR
DAFTAR PUSTAKA/REFERENSI