Koordinasi Handout

  • Published on
    16-Apr-2015

  • View
    21

  • Download
    3

Embed Size (px)

Transcript

<p>PENDAHULUAN</p> <p>1|</p> <p>Koordinasi merupakan fungsi pengaturan dan pengintegrasian. Mengatur (to regulate) berarti mengatur/ menyetel sejumlah tertentu, kadar tertentu, kecepatan tertentu atau variabel tertentu mencapai kondisi tertentu yang diinginkan. Sebagai contoh, dalam proses respirasi, oksigen harus tersedia pada laju tertentu agar dapat dimanfaatkan organisme. Integrasi berarti mengumpulkan beberapa bagian menjadi satu. Dalam fisiologi, integrasi diartikan sebagai pengendalian semua komponen fungsional sehingga menjadi satu sistem kendali, dan tak ada proses tunggal yang dapat berlangsung tanpa tergantung dari proses lain. Fungsi-fungsi fisiologi dapat dikendalikan oleh hormon dan atau saraf, tetapi ada 2 perbedaan penting antara hormon dan saraf. Perbedaan tersebut berkaitan dengan kecepatan aksi (speed of action) dan ukuran target (size of target). Respon cepat otot skeletal tergantung pada impuls saraf dengan kecepatan sebesar 100 m/detik; waktu tanggap hanya dalam beberapa milidetik. Sebaliknya, hormon tertentu tidak menampakkan pengaruhnya hingga hormon tersebut mencapai sasaran (selalu melalui sirkulasi darah). Waktu tanggap minimum dapat hanya beberapa detik, tetapi dapat pula beberapa menit atau lebih lama lagi. Perbedaan yang kedua adalah ukuran sasaran dan ketepatan (precision) kendali. Suatu akson saraf motorik mempengaruhi hanya satu fraksi otot tanpa mempengaruhi bagian otot yang lain. Hormon, mempengaruhi semua sel-sel sensitif yang menjadi sasarannya, dapat seluruh organ atau seluruh sistem organ. Dapat dikatakan bahwa sistem saraf seperti jaringan kabel telepon, sinyal saraf akan mengikuti kabel tilpun menuju penerima tertentu. Sistem hormon lebih mirip</p> <p>Sistem koordinasi - 2</p> <p>dengan radio, sinyal akan dikirimkan lewat pembuluh darah dan reseptor khas diperlukan untuk dapat menerimanya tiap jenis sinyal. Meskipun demikian saraf berhubungan erat dengan sistem endokrin. Sistem saraf mengatur banyak sistem endokrin dan saraf sendiri merupakan penghasil hormon-hormon penting. Bagian utama sistem fisiologi organisme hidup adalah ketanggapan pada mekanisme pengendalian pada pemeliharaan kondisi tunak (steady state). Sebagai contoh, burung dan mamalia memelihara temperatur tubuhnya pada kondisi di sekitar temperatur konstan, padahal temperatur eksternal dan produksi panas internal sangat bervariasi. Untuk memahami mekanisme kerja sistem kendali , sistem kendali pada organisme hidup dapat dianalogkan dengan sistem kendali yang dikenal di bidang</p> <p>teknik. Beberapa pengendalian yang dikenal pada sistem fisiologi organisme hidup adalah pengendalian umpan balik (feedback), dan proporsional. Alat dengan mekanisme kerja menggunakan pengendalian umpan balik yang sudah dikenal adalah termostat, untuk mengatur temperatur ruang atau waterbath. Temperatur merupakan variabel terkendali (controlled variable) yang dijaga pada kisaran di sekitar nilai yang diinginkan (set point) dengan kisaran sekecil mungkin. Mekanisme tersebut diatur oleh suatu error detector pengirim sinyal . Sinyal yang dikirim akan mengaktifkan suatu mekanisme kendali yang menghasilkan koreksi yang diperlukan. Jika waterbath diinginkan tetap pada temperatur konstan, dapat digunakan alat dengan skema seperti pada Gambar 1. A. dapat menambah panas air dalam waterbath dengan jalan memijat tombol elektrik, sehingga menyebabkan temperatur meningkat.</p> <p>Sistem koordinasi - 3</p> <p>Gambar 1. Diagram yang menunjukkan pengendalian temperatur suatu waterbath. Termometer akan menunjukkan berapa temperatur di dalam air. Jika temperatur air turun hinggga kurang dari set point, A kemudian memijat tombol agar temperatur naik. A dapat diganti dengan mekanisme otomatis (suatu termostat), sama dengan sistem pengendalian panas sentral di dalam rumah, mekanisme tersebut dapat dibuat seperti diagram pada Gambar 2a.</p> <p>Gambar 2. Diagram sistem kendali dari sistem pada gambar 1 (a) dan sistem kendali yang menggunakan istilah-istilah umum dalam teori kendali (b)</p> <p>Informasi tentang output sistem (dalam hal ini, temperatur) merupakan umpan balik bagi termostat sehingga terjadi aksi yang sesuai untuk mengoreksi deviasi temperatur, sehingga temperatur dipertahankan pada tingkat yang diinginkan. Hal seperti ini disebut sebagai mekanisme umpan balik/feedback, istilah yang dgunakan</p> <p>Sistem koordinasi - 4</p> <p>untuk membandingkan kondisi output melalui sistem kendali dengan set point. Dalam hal ini, peningkatan temperatur air dikoreksi dengan terjadinya penurunan input panas disebut sebagai negative feedback (umpan balik negatif- aksi koreksi terhadap deviasi berlawanan arah). Dengan bantuan diagram sistem kendali mesin (Gambar 2b), sistem umpan balik khas diketahui sebagai sistem kendali tertutup (closed-loop control system), sinyal dari variabel terkendali merupakan umpan balik ke sistem, membentuk lingkaran tertutup. Selain sistem tertutup, dikenal juga sistem terbuka (open-loop systems), meskipun sistem demikian tak begitu penting dalam fisiologi. Sebuah house furnace (pemanas ruangan) diasumsikan mempunyai suplai bahan bakar yang bervariasi, sehingga penurunan temperatur luar meningkatkan aliran bahan bakar ke dalam furnace. Sistem tersebut dapat diatur dengan hati-hati sehingga terjadinya penurunan temperatur luar tertentu akan memerlukan jumlah bahan bakar tertentu untuk menjaga teemperatur ruangan tetap konstan. Pada contoh tersebut, input adalah temperatur luar dan outputnya adalah temperatur ruang yang disuplai oleh pembakaran bahan bakar di dalam furnace. Jika gangguan tertentu misalnya badai masuk ke dalam sistem yang sudah diatur secara hati-hati tersebut, akan menyebabkan furnace tak dapat mensuplai lebih banyak panas, karena lebih banyak panas yang ke luar rumah sehingga temperatur ruangan turun. Pada sistem ini tak ada feedback, hanya merupakan sistem kendali yang terbuka (open loop control system). Umpan balik negatif memungkinkan terjadinya pengurangan perbedaan yang terjadi antara output dengan set point; termostat merupakan contoh yang baik. Jika ada umpan balik negatif, adakah umpan balik positif ?. Pentingkah dalam biologi?</p> <p>Sistem koordinasi - 5</p> <p>Umpan balik positif tidak selalu baik untuk semua tujuan pengendalian, karena sistem akan berubah ke suatu kondisi ekstrim. Meskipun demikian, sistem umpan balik positif dapat digunakan pada beberapa kondisi biologis. Umpan balik negatif digunakan untuk memelihara kondisi tunak, sedangkan umpan balik positif mengakibatkan sistem berubah dengan cepat menuju kondisi ekstrim. Contoh umpan balik positif adalah mekanisme kerja enzim tripsin. Tripsin disekresi pankreas dalam bentuk inaktif (tripsinogen). Tripsinogen diubah menjadi tripsin aktif oleh enzim usus yang disebut enterokinase dan juga oleh tripsin. Oleh karena itu, semakin banyak tripsin yang terbentuk, aktivasi tripsinogen semakin cepat. Reaksi serupa juga terjadi pada proses aktivasi pepsin di dalam lambung. Contoh umpan balik positif yang lain adalah pada proses timbulnya impuls saraf. Sudah diketahui bahwa penurunan potensial membran sedikit saja akan meningkatkan permeabilitas membran terhadap ion sodium dan berakibat terjadinya peningkatan influks sodium ke dalam sel. Peningkatan influks sodium ke dalam sel akan lebih menurunkan potensial membran. Umpan balik positif tersebut mengakibatkan aksi potensial saraf sepenuhnya. Umpan balik positif memungkinkan terjadinya amplifikasi sejumlah kecil sinyal/isyarat sehingga terjadi tanggapan yang lengkap (full response). Umpan balik positif juga digunakan dalam proses mating. Saat bertemu dengan pasangan yang sesuai, yang kemudian berkembang ke kawin merupakan peristiwa bertingkat yang diawali hanya oleh tanggapan-tanggapan terhadap sejumlah kecil sinyal. Tanggapan-tanggapan tersebut menyebabkan peningkatan mutual reinforcement dan dilanjutkan umpan balik positif antar pasangan sehingga mengakibatkan peningkatan keinginan untuk melakukan kopulasi. Kendali termostatik pemanas ruangan merupakan sistem on-off. Furnace dapat on maupun off, dan karenanya memberikan suplai panas yang diskontinu. Akibatnya,</p> <p>Sistem koordinasi - 6</p> <p>terjadi osilasi temperatur. Agar siklus dapat dimulai, diperlukan adanya deviasi terhadap set point tertentu. Saat heater dalam keadaan on, selalu ada kelebihan temperatur sebelum heater off. Kelebihan tersebut dapat dikurangi dengan membuat sistem lebih sensitif, meskipun pada sistem on off tak ada cara untuk menghilangkan osilasi. Output variabel terkendali yang lebih konstan dapat dicapai dengan sistem kendali yang lain. Salah satu sistem penting dalam fisiologi adalah sistem kendali proporsional (Gambar 3). Permukaan air di dalam tank dikendalikan dengan bantuan pelampung yang memberikan kondisi on-off. Jika aliran air keluar bak meningkat, katup akan terbuka sehingga meningkatkan aliran air ke tank. Permukaan air yang terus menerus meningkat seiring dengan peningkatan aliran air ke dalam tank akan menyebabkan katup menutup. Sistem seperti ini terkendali secara sinambung dan tingkat aksi pengendalian berbanding langsung dengan deviasi terhadap set point. Dalam pengendalian proporsional, set point dapat berubah-ubah untuk mencapai kondisi tunak yang baru. Jika kondisi tunak yang diatur sedemikian rupa mempunyai set point asal permukaan air, maka saat outflow diturunkan, peningkatan permukaan air akan mengangkat pelampung dan menurunkan inflow. Kondisi tunak baru mempunyai set point permukaan air yang lebih tinggi. Pelampung harus tetap pada permukaan air yang lebih tinggi untuk menjaga agar inflow dan outflow baru tetap dalam keadaan seimbang (level baru merupakan error dari set point asal). Aksi koreksi tak dapat mengubah set point kembali ke asal (dengan error atau tingkat kesalahan nol), karena jika pelampung dapat kembali ke posisi semula, inflow tak akan sesuai dengan terjadinya penurunan outflow. Jika ada faktor yang mengakibatkan terjadinya peningkatan inflow lagi. Permukaan cairan akan naik lagi dan mengurangi kendali terhadap inflow, dan kondisi tunak baru akan tercapai tetap lebih tinggi dari set point.</p> <p>Sistem koordinasi - 7</p> <p>Gambar 3. Diagram sistem kendali proporsional sederhana yang dapat mengatur aliran air ke dalam tank untuk menyesuaikan dengan aliran air yang ke luar tank Sistem fisiologi yang menunjukkan pengendalian proporsional adalah pada sistem respirasi (ventilasi paru). Ventilasi paru dikendalikan oleh kadar CO2 di dalam darah. Saat mamalia istirahat, tekanan CO2 pada arteri adalah 40 mmHg dianggap sebagai set point. Jika kandungan CO2 pada udara yang dihirup ditingkatkan, akan terjadi peningkatan pula pada tekanan (P) CO2 arteri yang kemudian mengakibatkan peningkatan ventilasi. Peningkatan ventilasi berbanding langsung dengan peningkatan PCO2. (Penurunan PCO2 saat latihan -akibat pusat respirasi menerima dan</p> <p>mengintegrasikan sejumlah input termasuk impuls saraf dari otot yang sedang bekerja dan dari motor cortex otak- sering dianggap sebagai akibat dari resetting set point selama latihan). Berapa cepatkah terjadi perubahan sinyal saat terjadi error ?. Jika suatu kesalahan besar tiba-tiba terjadi, sinyal akan berubah pula dengan cepat. Jika kesalahan yang terjadi kecil, kecepatan perubahan sinyal kemungkinan kecil juga. Kecepatan perubahan sinyal memberikan informasi berharga tentang perkiraan ukuran kesalahan dan kekuatan aksi koreksi yang diperlukan. Jika kecepatan perubahan digunakan untuk menentukan aksi pengendalian, disebut dengan pengendalian derivatif ( derivative control) atau pengendalian laju (rate control) karena waktu derivatif suatu sinyal atau kecepatan perubahan sinyal digunakan untuk mengantisipasi aksi koreksi yang</p> <p>Sistem koordinasi - 8</p> <p>diperlukan. Karena aksi kendali ini menanggapi hanya terhadap suatu kecepatan perubahan dan bukan pada kesalahan sinyal itu sendiri, aksi kendali ini selalu digunakan dalam kombinasi dengan aksi kendali yang lain. Di dalam fisiologi, kombinasi demikian sangat berarti, karena dapat digunakan untuk mendapatkan aksi yang sesuai saat terjadi perubahan temporer pada variabel terkendali. Bagaimanakah suatu kesalahan kecil yang berlangsung sangat lambat dapat diatasi?. Jawabnya adalah, diperlukan total kesalahan dari sejumlah kesalahan kecil tersebut yang terjadi dalam waktu lama untuk input bagi pengendali (controller). Sistem kendali demikian disebut dengan pengendalian integral karena output berbanding lurus dengan waktu integral input. Jika terjadi gangguan pada sistem konstan, kesalahan pada output cenderung menuju nol. Oleh karena itu gangguan apapun, jika gangguan tersebut konstan, aksi integral dapat mencapai kondisi tunak dengan tingkat kesalahan nol (pada sistem kendali proporsional sederhana, adanya gangguan pada sistem membuat sistem tak dapat mencapai kondisi tunak dengan tingkat kesalahan nol). Pengaturan temperatur tubuh dapat dianalogikan dengan pengendalian</p> <p>termostatik pada waterbath atau pemanas ruangan sentral. Pada pemanas ruangan sentral, ruangan yang cenderung hangat pada musim panas dapat ditambahkan sistem pendingin. Jika temperatur ruang meningkat, termostat akan memulai siklus pendinginan aksi menurunkan temperatur melalui set point yang diinginkan (merupakan umpan balik negatif).. Jika temperatur tubuh cenderung menurun, produksi panas akan meningkat, terutama melalui menggigil (kontraksi otot involunter). Jika temperatur tubuh meningkat yang disebabkan baik karena panas internal atau eksternal, akan menyebabkan pendinginan melalui pengeluaran keringat (sweating) atau panting (bernafas pendekpendek, seperti yang dilakukan hewan yang kelenjar keringatnya sangat sedikit, misalnya</p> <p>Sistem koordinasi - 9</p> <p>anjing). Jadi baik pemanasan maupun pendinginan tubuh, keduanya tergantung pada sistem umpan balik negatif. Pusat pengatur temperatur tubuh terletak di hipotalamus. Letak pengatur temperatur tubuh ini dapat ditentukan dengan berbagai cara. Jika darah pada arteria karotis anjing dipanasi, anjing akan terengah-engah, dengan demikian menunjukkan bahwa pengatur temnperatur tubuh terletak di kepala. Saat terengah-engah anjing akan kehilangan panas dan temperatur tubuh akan turun. Sebaliknya jika darah arteria karotis didinginkan, anjing akan menggigil dan suhu tubuh akan meningkat. Lokasi tepat pusat pengatur temperatur dapat ditunjukkan dengan jalan memanaskan area sempit di hipotalamus. Pusat pengatur temperatur dapat dianggap sebagai termostat dan temperatur normal tubuh sebagai set point. Sistem tersebut tidak sederhana, karena bagaimanapun tak ada set point konstan dan input umumnya merupakan multiple input. Temperatur tubuh berfluktuasi pada siklus harian, bahkan saat panas internal dan eksternal konstan. Hal tersebut menunjukkan bahwa set point mengikuti siklus diurnal. Selama latihan, temperatur tubuh diatur pada tingkat yang lebih tinggi dibanding dengan saat istirahat. Dari sekian banyak input ke pusat pengatur temperatur, input dari reseptor panas dingin di kulit merupakan informasi penting, sedangkan input yang lain merupakan input tambahan, misalnya s...</p>