Homeostasis dan Sistem Urinari Manusia
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh menerangkan maksud homeostasis (13.1.1)
- Saya boleh mewajarkan keperluan mengekalkan faktor fizikal dan faktor kimia persekitaran dalam (13.1.2)
- Saya boleh memerihalkan penglibatan pelbagai jenis sistem organ untuk mengekalkan persekitaran dalam yang optimum (13.1.3)
- Saya boleh mengaplikasikan konsep homeostasis dalam pengawalaturan suhu badan, aras gula darah, tekanan separa karbon dioksida dan tekanan darah (13.1.4)
- Saya boleh mengenal pasti struktur dan fungsi ginjal (13.2.1)
- Saya boleh melukis, melabel dan menerangkan struktur nefron dan duktus pengumpul (13.2.2)
- Saya boleh memerihalkan proses pembentukan air kencing, iaitu ultraturasan, penyerapan semula dan rembesan (13.2.3)
- Saya boleh mensintesiskan konsep homeostasis dengan konsep suap balik negatif dalam pengosmokawalaturan (13.2.4)
- Saya boleh mengeksperimen untuk mengkaji kesan pengambilan isi padu air yang berbeza terhadap pembentukan air kencing (13.2.5)
- Saya boleh memerihalkan isu kesihatan yang berkaitan dengan sistem urinari (13.3.1)
13.1Homeostasis
| Jenis faktor | Faktor yang perlu dikawal atur |
|---|---|
| Faktor fizikal | Suhu, tekanan osmosis darah, tekanan darah |
| Faktor kimia | Nilai pH, kepekatan garam mineral, kepekatan gula darah |
Sebarang penyimpangan daripada julat normal mencetuskan mekanisme homeostasis yang melibatkan suap balik negatif. Nilai yang melebihi julat normal diturunkan semula; nilai yang jatuh di bawah julat normal ditingkatkan semula. Dengan itu keadaan persekitaran dalam kekal malar walaupun persekitaran luar berubah banyak, dan aktiviti sel terus berfungsi pada tahap optimum.
| Faktor | Sistem organ yang terlibat |
|---|---|
| Suhu badan | Sistem integumen (kulit dan kelenjar peluh), sistem saraf, sistem peredaran darah, sistem otot, sistem endokrin |
| Aras gula darah | Kelenjar endokrin, sistem peredaran darah, sistem pencernaan |
| Tekanan separa karbon dioksida | Sistem respirasi, sistem peredaran darah, sistem saraf |
| Tekanan darah | Sistem peredaran darah, sistem saraf |
Pengawalaturan suhu badan
Suhu badan mesti kekal dalam satu julat supaya tindak balas metabolisme yang dimangkinkan oleh enzim berlaku pada tahap optimum. Suhu yang terlalu tinggi menyahaslikan enzim; suhu yang terlalu rendah melambatkan metabolisme sehingga sel tidak dapat bertahan. Perubahan suhu dikesan oleh termoreseptor dalam kulit dan dalam hipotalamus (pusat kawalan suhu).
| Efektor | Suhu badan meningkat | Suhu badan menurun |
|---|---|---|
| Arteriol dalam kulit | Mengembang (pemvasodilatan); lebih banyak darah ke permukaan kulit; lebih banyak haba hilang secara radiasi | Mencerut (pemvasocerutan); kurang darah ke permukaan kulit; kurang haba hilang |
| Kelenjar peluh | Mengeluarkan lebih banyak peluh; haba diserap untuk menyejatkan peluh dan kulit menjadi sejuk | Tidak dirangsang; tiada perpeluhan |
| Otot erektor dan bulu roma | Mengendur; bulu roma condong ke permukaan kulit; lapisan udara nipis; haba dibebaskan dengan cepat | Mengecut; bulu roma berdiri menegak; lapisan udara tebal bertindak sebagai penebat |
| Otot rangka | Mengendur; badan tidak menggigil | Mengecut dan mengendur; badan menggigil dan menjanakan haba |
| Kelenjar adrenal | Kurang adrenalina; kadar metabolisme berkurang | Lebih adrenalina; glikogen ditukar kepada glukosa lebih cepat; pengoksidaan glukosa menghasilkan haba |
| Kelenjar tiroid | Rembesan tiroksina dikurangkan; tiada haba berlebihan dijana | Lebih tiroksina; kadar metabolisme meningkat; lebih haba dijana |
Pemvasodilatan, perpeluhan dan kedudukan bulu roma ialah gerak balas cara fizikal; adrenalina dan tiroksina ialah gerak balas cara kimia (Rajah 13.2 dan 13.3, m.s. 247 dan 248).
Pengawalaturan aras gula darah
Pankreas mengekalkan aras gula (glukosa) darah dalam julat normal 75–110 mg/100 ml. Kelompok sel Langerhans dalam pankreas merembeskan hormon insulin dan glukagon secara berterusan ke dalam darah.
| Aras gula darah meningkat (selepas sajian) | Aras gula darah menurun (antara sajian) | |
|---|---|---|
| Sel yang dirangsang | Sel beta (β) | Sel alfa (α) |
| Hormon | Insulin | Glukagon |
| Kesan | Sel hati dan sel otot menggunakan lebih banyak glukosa dalam respirasi sel; glukosa berlebihan ditukar kepada glikogen (disimpan dalam hati dan otot) dan ditukar kepada lemak dalam sel adipos | Sel hati menukarkan glikogen kepada glukosa; penguraian lemak membebaskan asid lemak untuk menghasilkan tenaga |
Diabetes melitus berlaku apabila insulin tidak dihasilkan, tidak dirembes atau tidak diterima oleh sel sasaran. Aras gula darah pesakit biasanya tinggi dan tidak stabil selepas satu sajian; pesakit sentiasa haus, penat, letih dan berat badannya menurun. Penyakit ini boleh dikawal melalui suntikan insulin, pil yang merendahkan aras gula darah dan penjagaan pemakanan.
Pengawalaturan tekanan separa karbon dioksida
Pernafasan ialah tindakan luar kawal yang dikawal atur oleh pusat kawalan respirasi dalam medula oblongata. Semasa aktiviti cergas, respirasi sel meningkatkan tekanan separa karbon dioksida. Karbon dioksida larut dalam plasma darah membentuk asid karbonik, yang terurai kepada ion hidrogen dan ion bikarbonat, maka nilai pH darah dan bendalir serebrospina menurun.
- Penurunan pH dikesan oleh kemoreseptor pusat dalam medula oblongata dan kemoreseptor periferi (jasad karotid dan jasad aorta) pada leher.
- Impuls saraf dihantar ke pusat kawalan respirasi dan pusat kawalan kardiovaskular.
- Otot interkosta, diafragma dan otot kardium jantung mengecut dan mengendur dengan lebih cepat: kadar pernafasan, kadar denyutan jantung dan kadar ventilasi meningkat.
- Lebih banyak karbon dioksida dihembuskan keluar daripada peparu, maka tekanan separa karbon dioksida dan pH darah kembali normal.
Pengawalaturan tekanan darah
Baroreseptor (reseptor tekanan) terletak di arka aorta dan arteri karotid. Baroreseptor menghantar impuls secara berterusan ke pusat kawalan kardiovaskular dalam medula oblongata.
| Tekanan darah meningkat (cth. aktiviti cergas) | Tekanan darah menurun (cth. pendarahan serius) |
|---|---|
| Baroreseptor dirangsang; pusat kawalan kardiovaskular dirangsang; pemvasodilatan mengurangkan rintangan pengaliran darah; otot kardium mengecut dengan lemah; tekanan darah diturunkan kembali kepada julat normal | Baroreseptor kurang dirangsang; pusat kawalan kurang dirangsang; pemvasocerutan arteri menambah rintangan; otot kardium mengecut dengan lebih kuat; tekanan darah ditingkatkan kembali kepada julat normal |
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
13.2Sistem urinari
Sistem urinari terdiri daripada ginjal, ureter, pundi kencing dan uretra. Fungsinya menyingkirkan bahan kumuh sebatian bernitrogen seperti urea, serta mengawal atur isi padu bendalir badan, tekanan osmosis darah, kepekatan ion, kandungan elektrolit dan pH darah.
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 253.
Struktur dan fungsi ginjal
Ginjal terdiri daripada korteks dan medula. Air kencing yang terbentuk masuk ke dalam pelvis dan dialirkan ke pundi kencing melalui ureter. Arteri renal mengangkut darah beroksigen dari jantung ke ginjal; vena renal mengangkut darah terdeoksigen kembali ke jantung.
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 253.
| Fungsi | Apa yang dilakukan oleh ginjal |
|---|---|
| Perkumuhan | Menyingkirkan bahan kumuh toksik (sebatian bernitrogen): urea, asid urik, ammonia dan kreatinina |
| Pengosmokawalaturan | Mengawal jumlah isi padu air dalam bendalir badan, kepekatan ion, tekanan osmosis darah (kepekatan bahan terlarut dan isi padu darah serta bendalir badan), kandungan elektrolit dan pH |
Nefron dan duktus pengumpul
Setiap ginjal terdiri daripada berjuta-juta unit berfungsi yang disebut nefron. Setiap nefron terdiri daripada kapsul Bowman, glomerulus dan tubul renal.
- Kapsul Bowman berbentuk cawan dan mengandungi gumpalan kapilari darah, iaitu glomerulus. Glomerulus terbentuk daripada arteriol aferen (cabang arteri renal) dan bergabung semula membentuk arteriol eferen.
- Tubul renal terdiri daripada tubul berlingkar proksimal, liku Henle (tubul panjang berbentuk ‘U’ yang memanjang ke dalam medula) dan tubul berlingkar distal.
- Tubul berlingkar distal beberapa nefron bercantum menjadi satu duktus pengumpul; air kencing mengalir dari duktus pengumpul ke dalam ureter.
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 254.
Pembentukan air kencing
| Peringkat | Tempat | Apa yang berlaku |
|---|---|---|
| 1 Ultraturasan | Glomerulus ke kapsul Bowman | Diameter arteriol aferen lebih besar daripada arteriol eferen, maka darah dalam glomerulus bertekanan hidrostatik tinggi. Bendalir meresap melalui dinding kapilari ke rongga kapsul Bowman sebagai hasil turasan glomerulus: komposisinya sama seperti plasma darah tetapi tanpa sel darah merah, platlet dan protein plasma yang terlalu besar untuk meresap. |
| 2 Penyerapan semula | Tubul berlingkar proksimal | Na+ dipam secara aktif ke dalam kapilari darah, kemudian Cl– meresap secara pasif. 100% glukosa dan asid amino diserap semula secara pengangkutan aktif. Kepekatan bahan terlarut dalam kapilari meningkat, maka air meresap masuk secara osmosis. |
| 3 Penyerapan semula | Liku Henle | Air diserap semula secara osmosis; ion natrium secara pengangkutan aktif. |
| 4 Penyerapan semula dan rembesan | Tubul berlingkar distal | Lebih banyak air, natrium dan ion klorida diserap semula, bergantung pada kandungan air dan garam dalam darah. Rembesan: H+, K+, NH4+, urea, kreatinina, bahan toksik dan sesetengah dadah dirembes ke dalam tubul secara resapan ringkas dan pengangkutan aktif. |
| 5 Air kencing | Duktus pengumpul | Hanya sedikit garam yang tinggal dan kebanyakan air telah diserap semula. Baki bendalir ialah air kencing: air, urea, NaCl, asid urik dan kreatinina. Air kencing mengalir melalui ureter, pundi kencing, uretra dan dikumuhkan. |
Pengosmokawalaturan dan ADH
Pengosmokawalaturan ialah proses mengawal atur air dan garam dalam badan supaya tekanan osmosis darah kekal dalam julat normal. Ia dicapai dengan mengawal isi padu air kencing yang dihasilkan oleh ginjal.
| Minum terlalu sedikit air atau aktiviti lasak | Minum terlalu banyak air | |
|---|---|---|
| Tekanan osmosis darah | Meningkat melebihi julat normal | Menurun di bawah julat normal |
| Osmoreseptor dalam hipotalamus | Dirangsang | Kurang dirangsang |
| ADH daripada kelenjar pituitari | Lebih banyak dirembes | Kurang dirembes |
| Dinding tubul berlingkar distal dan duktus pengumpul | Lebih telap terhadap air | Kurang telap terhadap air |
| Penyerapan semula air | Lebih banyak | Kurang |
| Air kencing | Pekat dan sedikit | Cair dan banyak |
Aktiviti 13.1: kesan isi padu air yang diminum terhadap isi padu air kencing
Pemboleh ubah: dimanipulasikan, isi padu air yang diminum; bergerak balas, isi padu air kencing yang dikumpul; dimalarkan, jenis minuman, umur murid dan sela masa pengumpulan.
Prosedur ringkas: murid Tingkatan 4 yang lebih kurang sama berat tidak makan dan minum selepas tengah malam, membuang air kencing dahulu, kemudian dibahagikan kepada empat kumpulan yang minum 250, 500, 750 dan 1000 ml air masak yang disejukkan. Murid berehat; air kencing dikumpul dan disukat selepas 20, 40 dan 60 minit dengan silinder penyukat dan jam randik, dan isi padu purata serta jumlahnya direkodkan.
Jangkaan: kumpulan yang minum lebih banyak air menghasilkan lebih banyak air kencing yang cair, kerana kurang ADH dirembes dan kurang air diserap semula. Hipotesis diterima.
Perbandingan (soalan 3, m.s. 258): 100 ml air suling menurunkan tekanan osmosis darah, maka air kencing yang dikumpul lebih banyak; 100 ml larutan NaCl 5% menaikkan tekanan osmosis darah, maka lebih banyak ADH dirembes dan air kencing lebih sedikit.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
13.3Isu kesihatan berkaitan sistem urinari
- Kegagalan ginjal boleh diakibatkan oleh penyakit, jangkitan bakteria atau kemalangan. Diabetes melitus ialah penyebab utama, diikuti tekanan darah tinggi; kedua-duanya merosakkan glomerulus. Pesakit boleh menjalani hemodialisis (Aktiviti 13.2). Akibat kegagalan ginjal, air tidak seimbang dan urea terkumpul dalam darah.
- Batu karang ialah ketulan keras daripada asid urik, kalsium oksalat atau hablur kalsium fosfat dalam ginjal. Batu karang boleh menyebabkan ureter tersumbat lalu mengurangkan penghasilan air kencing. Minum banyak air setiap hari mengurangkan kemungkinan pembentukannya.