04 Osmoregulasi 2014 [PDF]

Citation preview

FISIOLOGI HEWAN II



UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN



01 April 2014



OSMOREGULASI Lab. Fis. Hewan FB-UNSOED



Osmoregulasi: terminologi      







Osmolaritas = total mol zat terlarut per liter larutan Osmolalitas = total mol zat terlarut per kg. pelarut Isoosmotik = konsentrasi zat terlarut sama Hyperosmotic = konsentrasi zat terlarut lebih tinggi Hypoosmotic = konsentrasi zat terlarut lebih rendah Stenohaline = toleran thd rentang salinitas yang sempit Euryhaline = oleran thd rentangsalinitas yang luas



Strategi Osmoregulasi hewan 







Osmoconformers-isoosmotic dengan lingkungan, sebagian besar marine invertebrates. Tidak mengatur osmolaritas internal Osmoregulators- mengatur osmolaritas internal melalui pelepasan atau pengambilan air. Perlu energi (5 – 30 % dr metabolic rate) untuk mengontrol pemasukan dan pengeluaran air pada lingkungan hyperosmotic atau hypoosmotic. Dijumpai pd banyak hewan laut, semua hewan air tawar, hewan darat dan manusia.



Osmoregulasi Avertebrata laut 



Sebagian besar adl osmotic conformers – tubuhnya memiliki konsentrasi garam yang sama dengan air laut. 







Laut sangat stabil, sehingga avertebrata laut tidak terpapar pada fluktuasi osmotik. Organisme demikian memiliki rentang toleransi salinitas yang sempit – stenohaline. 



Marine spider crab



Osmoregulasi avertebrata estuarine 



Kondisi sepanjang pantai dan estuarin sering lebih mudah berubah dari pada laut terbuka.  Hewan harus mampu mengatasi perubahan salinitas yang besar dan mendadak.  Hewan Euryhaline dapat survival dalam perubahan salinitas yg besar melalui osmotic regulation. 







Hyperosmotic regulator (cairan tubuh lebih asin daripada air) Shore crab.



Invertebrates di brackish water : Semua euryhaline: bbrp osmoregulate, bbrp osmoconform Hyperosmotic regulator



All these crustaceans are osmoregulators:



But at different osmolarities! Hypoosmotic regulator



Regulasi osmotik ikan tulang rawan Marine 











 



Hiu dan pari menjaga osmolaritas untuk garam lebih rendah dari pada air laut. Garam berdifusi lewat insang. Eksresi garam terjadi melaui ginjal (sedikit) dan melalui kelenjar rektal (kelenjar pengekresi garam) untuk mengekskresikan NaCl. Cairan tubuh sedikit lebih hipertonik daripada air laut, karena akumulasi urea dan trimethylamine oxide (TMAO) di dalam jaringan dana darah Air masuk tubuh melalui osmosis. Organ ekskretori (ginjal) mengeliminasi kelebihan air sebagai urine



Regulasi Osmotic – Ikan Freshwater



solution: • active transport • dilute urine



problem: • salt loss (diffusion) • water gain



freshwater fish



Sel-sel chloride pada ikan air tawar 



 











Memiliki banyak mitochondria dan Na+/K+ ATPase Tidak memiliki Na+/Cl- symporters Sitoplasma Cell memiliki konsentrasi rendah untuk Na+ dan ClMembran Apical mempunyai pompa ion untuk memompa ion masuk Cell junctions sangat rapat (no ion leak)



In freshwater fish gills: Super-high affinity Na+ & Cl- transporters Tight junctions: no ion leak ATP Na+



Very low [Na+]



Na+ Cl-



Na+ Na+



ClNa+



Na+ Na+ Na+



Na+ Cl-



Na+



Na+



Cl-



Also have basolateral Na/K ATPase



Freshwater teleosts 



Sel-sel Pavement memompa Na+ ke dalam darah Pavement cell



Chloride cell



Osmoregulasi ikan laut 



Marine bony fishes adl hypoosmotic regulators. 



 



Menjaga konsentrasi garam 1/3 dari air laut Ikan laut minum air laut untuk menggantikan air yang hilang melalui difusi. Kelebihan garam dibawa ke insang dimana terdapat sel-sel pensekresi garam yang mentransport keluar tubuh. 



More ions voided in feces or urine.



Osmoregulasi ikan laut (lanjutan) problem: • water loss (diffusion)



solution: • drink a lot • active transport (salts OUT)



marine fish



Marine teleosts- chloride cells 



Operation   



Na/K pump Na/Cl/K cotransporter Na and Cl transported into seawater



Chloride cell (note mitochondria)



Hewan Diadromous : migrase between salt and fresh Anadromous = salt to fresh to reproduce Lots of salmonids do this Also some sturgeon Alewife, striped bass Catadromous = fresh to salt to reproduce



American eel is the only N. American example Spawns in the Sargasso sea!



Chloride cells : Anadromous fish   



Sel-sel Stem ada pada epitel insang Berkembang menjadi sel-sel chloride tipe air laut atau air tawar Produksi tipe Cell dipicu secara hormonal  Cortisol memicu proliferasi sel-sel chloride  Cortisol + Growth Hormone = tipe seawater 







Hewan tumbuh besar di air laut



Cortisol + Prolactin = tipe freshwater 







Hewan sdg siap reproduksi Prolactin mungkin memainkan peran dalam reproduksi



Lanjutan tabel 14-10



Sel chloride tipe air tawar dan air laut pada ikan diadromus



Korelasi lama transfer dengan konsentrasi sodium dan kortisol plasma



Korelasi antara lama transfer dengan aktivitas Na+/K+ATPase



Osmoregulasi - Freshwater 







Invertebrates dan amphibia memecahkan problem osmoegulasi dengan cara yang sama Amphibians secara aktif mengabsorpsi garam dari air melalui kulit.



Osmoregulasi hwn bernafas di udara Pada lingk darat atau laut problem adl dehidrasi melalui epitel respirasi Hewan yang bernafas diudara menggunakan berbagai cara untuk meminimalkan kehilangan air  Reptil dan burung laut minum air laut untuk memperoleh suplay air, tetapi tidak dapat menghasilkan urin pekat. Memanfaatkan kelenjar khusus utk sekresi garam.  Manusia juga tdk dilengkapi organ untuk minum air laut. Kapasitas eleminasi ginjal 6 gr Na+/l urin 







Marine Vertebrates-birds dan reptiles Kelenjar garam Mengeliminasi kelebihan garam melalui kelenjar garam extrarenal Kelenjar garam menghasilkan larutan garam yang sangat pekatSalt 



 



Seawater = 470 mmol Na+ /L Kelenjar garam burung laut mengekskresi = 600-1100 mmol Na+ /L 







 



Juga menghasilkan asam urat  Kombinasi dgn ion



Pengendapan dalam rangka konservasi H2O



24



Osmotic Regulation – Terrestrial 



Marine birds and turtles have a salt gland capable of excreting highly concentrated salt solution.



ex: marine bird problem: • maintain osmolality solution: • drink saltwater • salt glands • active transport out of blood



Transport Epithelia 



An example found in salt glands of marine birds 



remove excess sodium chloride from the blood Nasal salt gland



(a) An



albatross’s salt glands empty via a duct into the nostrils, and the salty solution either drips off the tip of the beak or is exhaled in a fine mist.



Nostril with salt secretions



Lumen of secretory tubule



Vein



(c) The



Capillary Secretory tubule



(b) One of several thousand Transport epithelium secretory tubules in a saltexcreting gland. Each tubule Direction of salt is lined by a transport movement epithelium surrounded by capillaries, and drains into a central duct.



Figure 44.7a, b



Artery NaCl



Blood Secretory cell flow of transport epithelium Central duct



secretory cells actively transport salt from the blood into the tubules. Blood flows counter to the flow of salt secretion. By maintaining a concentration gradient of salt in the tubule (aqua), this countercurrent system enhances salt transfer from the blood to the lumen of the tubule.



Salt gland 



Function (same as chloride cell)



Na/K pump  Na/Cl/K cotransporter Na and Cl transported into environment 







Reptiles 



Salt gland location 







Salt secretion droplets



Supraorbital  Lingual NaCl or KCl



Reptiles: Lower Intestine Cloaca  Urinary bladder in reptiles only Purpose: Na+, K+, Cl-, water absorption 







Osmoregulasi mamalia laut Mamalia laut memp. problem osmotik sama dgn mamalia gurun.  Mamalia laut mempunyai ginjal yg sangat efisien krn mampu menghasilkan urine pekat.  Anjing laut, memp. permukaan epitel saluran hidung yg khas yi proliferasi spt labirin. Struktur ini mengurangi hilangnya air lewat respirasi. 



Marine Vertebrates-reptiles, bird, and mammals Figure 11.38



33



Moist Skinned Animals 



Back to regulatory issues, hewan-hewan ini kurang mampu mengontrol hilangnya air dibandingkan hewan lain Worms, various phyla  Gastropod molluscs, esp. slugs Amphibians (only vertebrates here) 











Laju evaporasi hewan-hewan ini lebih besar dari hewan lain (Table 8.8 and Fig 8.12 in SchmidtNielsen, 4th Ed)



34



Moist Skinned Animals (2) Solusi untuk meminimalkan hilangnya air meliputi :







Live near water  Humid habitats, soil or lumpur Active at night (lower evaporation rate) Active selama atau segera setelah hujan 



 



35



Less Permeable Terrestrial Animals 



These animals will have more control over water loss than moist skinned animals  Arthropods  exoskeleton and cuticle  Most higher vertebrates, except amphibians  epidermis, hair, scales, bulu



36



Osmoregulasi mamalia gurun Dua problem yi panas tinggi dan tidak ada air  Meminimalkan aktivitas, produksi urine pekat dan reabsorpsi air dari feses  Sumber utama air adl air metabolisme, air hilang lewat respirasi (70 %), urine (25 %) dan feses (5 %)  Unta, Tidak Berkeringat  Unta menghasilkan feses kering dan urine pekat. bila air tdk tersedia urine tidak dihasilkan, menyimpan urea dlm jaringan. 



Osmotic Regulation – Terrestrial 



Terrestrial animals lose water by evaporation from respiratory and body surfaces, excretion (urine), and elimination (feces).  Water is replaced by drinking water, water in food, and retaining metabolic water.



Desert animals 



Get major water savings from simple anatomical features



EXPERIMENT Knut and Bodil Schmidt-Nielsen and their colleagues from Duke University observed that the fur of camels exposed to full sun in the Sahara Desert could reach temperatures of over 70°C, while the animals’ skin remained more than 30°C cooler. The Schmidt-Nielsens reasoned that insulation of the skin by fur may substantially reduce the need for evaporative cooling by sweating. To test this hypothesis, they compared the water loss rates of unclipped and clipped camels. RES ULT S



Removing the fur of a camel increased the rate of water loss through sweating by up to 50%.



CONCLUSION The fur of camels plays a critical role in their conserving water in the hot desert environments where they live.



Water lost per day (L/100 kg body mass)



4 3 2 1 0



Figure 4.6



Control group Experimental group (Unclipped fur) (Clipped fur)



Dehydration NEGATIVE FEEDBACK



Dehydration



Blood concentration rises



© 2008 Paul Billiet ODWS



Thirst reflex



Hypothalamus Kidney Osmoreceptors ADH



Concentration of circulating blood Drinking, water absorbed by the colon



Less urine + concentrated urine



Blood concentration falls



Organ osmoregulasi Kemampuan osmoregulasi metazoa terutama tergantung pada sifat epitel transport di Insang, kulit, ginjal dan usus.  Sel epitel memp. permukaan apikal dan basal. Permukaan basal berhadapan dgn cairan ekstrasel.  Komposisi yg tepat cairan internal tergantung pada kerja osmoregulasi dan fungsi barrier yang dilakukan sel-sel epitel.  Semua organ osmoregulasi dan ekskresi memp. mekanisme dasar yg sama dalam transport ion melalui epitel.  Energi ATP, digunakan langsung atau tidak langsung dlm transfer ion melewati epitel melawan gradien konsentrasi.



