UNIVERSITASJENDERAL SOEDIRMAN

FISIOLOGI HEWAN IIMaret 2014

OSMOREGULASIOSMOREGULASI

Lab. Fis. Hewan FB-UNSOED

1

Definisi :

• Sejumlah mekanisme yang terlibat untuk mengatasi problem osmotik dan mengatur perbedaan diantara intrasel dan ekstrasel, dan diantara ekstrasel dengan lingkungan eksternal

2

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.

3

4

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

5

6

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.

7

Invertebrates di brackish water :

8

All these crustaceansare osmoregulators:

But at differentosmolarities!

Semua euryhaline: bbrp osmoregulate, bbrp osmoconform

Hyperosmotic regulator

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 melalui 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

pekat

9

10

Osmoregulasi hewan air tawar

11

Gain of water andsalt ions from foodand by drinkingseawater

Osmotic water lossthrough gills and other partsof body surface

Excretion ofsalt ionsfrom gills

Osmoregulation in a saltwater fish

Excretion of salt ions and small amountsof water in scantyurine from kidneys

12

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 Cl- • Membran Apical mempunyai pompa ion

untuk memompa ion masuk• Cell junctions sangat rapat (no ion leak)

13

14

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.

15

problem: • water loss (diffusion)

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

Osmoregulasi ikan laut (lanjutan)

marine fish

16

Marine teleosts- chloride cells

• Operation– Na/K pump– Na/Cl/K cotransporter– Na and Cl transported into seawater

17Chloride cell(note mitochondria)

Hewan Diadromous :migrase between salt and fresh

18

Catadromous = fresh to salt to reproduce

American eel is the only N. American example

Spawns in the Sargasso sea!

Anadromous = salt to fresh to reproduce

Lots of salmonids do thisAlso some sturgeonAlewife, striped bass

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

19

Aklimatisasi fisiologis ikan migratori

A. Dari air tawar ke laut1. Pompa proton yang menggerakan uptake aktif NaCl

mengalami penurunan2. Naiknya influx Na+ ke tubuh meningkatkan Na+ plasma,

menstimulasi peningkatan level kortisol plasma & GH3. Hormon tsb menginduksi proliferasi sel-sel klorida &

meningkatkan pelipatan membran basolateral4. Perubahan tsb menyebabkan peningkatan aktivitas pompa

Na+ / K+ & sekresi NaCl5. Level Na+ kembali normal

20

B. Dari air laut ke tawar 1. Gap antar sel diantara sel klorida dan sel asesoris menutup

sebagai respon thd rendahnya level Na+ eksternal, menyebabkan pengeluaran NaCl menurun dratis

2. Level prolaktin plasma meningkat3. Prolaktin menyebabkan jumlah sel klorida menurun dan

lubang apikal menghilang4. Akibatnya, aktifitas pompa Na+ / K+ menurun5. Up-regulation pompa proton mengembalikan ikan ke kondisi

air tawar

21

Sel chloride tipe air tawar dan air laut pada ikan diadromus

22

Korelasi lama transfer dengan konsentrasi sodium dan kortisol plasma

23

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

24

25

Osmoregulasi – Amfibia Freshwater

• Amphibia memecahkan problem osmoregulasi dengan cara yang sama dg avertebrata air tawar

• Amphibian secara aktif mengabsorpsi garam dari air melalui kulit.

26

Osmoregulasi hewan 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

27

2828

Vertebrata laut : Burung dan reptil

• 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

Regulasi Osmotic Burung dan Kura-kura laut

• Burung dan kura-kura laut mempunyai kelenjar garam yg mampu mengekskresi larutan garam yg sangat pekat

29

ex: marine birdproblem:• maintain osmolality

solution:• drink saltwater• salt glands• active transport out of blood

30

Transport Epithelia

• An example found in salt glands of marine birds

– remove excess sodium chloride from the blood

31Figure 44.7a, b

Nasal salt gland

Nostrilwith saltsecretions

Lumen ofsecretory tubule

NaCl

Bloodflow

Secretory cellof transportepithelium

Centralduct

Directionof saltmovement

Transportepithelium

Secretorytubule

Capillary

Vein

Artery

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

(b) One of several thousand secretory tubules in a salt-excreting gland. Each tubule is lined by a transportepithelium surrounded by capillaries, and drains intoa central duct.

(c) The secretory cells actively transport salt from theblood into the tubules. Blood flows counter to the flow of salt secretion. By maintaining a concentrationgradient of salt in the tubule (aqua), this countercurrentsystem enhances salt transfer from the blood to the lumen of the tubule.

32

Green Sea Turtle(Chelonia mydas)

33

• The primary osmo-regulatory mechanism in sea turtles is the salt gland

• The surface area: volume ratio is different for age classes: a 50g immature has greater surface area, and larger relative salt glands (0.3% of body size) than a 50 kg subadult (0.05 –0.1%)– i.e., osmotic challenge varies by age

Leatherback Sea Turtle(Dermochelys coriacea)

34

• Salt glands secrete monovalent ions (Na+), which is the main constituent of seawater, while renal system processes bivalent ions (Mg++)

• Sea turtles, marine reptiles & marine birds: super-saline secretions from salt glands– Lacrymal (turtles) – eye secretions– Nasal (lizards)– Post-orbital (birds)– Sublingual or premaxillary (snakes)– Lingual (crocodiles)

Prange, H.D. 1985. Osmoregulation: water and salt balance in sea turtles Copeia 1985 (3): 771-776.Hudson, D. M. and P. L. Lutz 1986. Salt Gland Function in the Leatherback Sea Turtle, Dermochelys coriacea Copeia, 1986 (1):247-249

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.

35

3636

Marine Vertebrates-reptiles and mammals

3737

Hewan dgn kulit basah

• 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 Schmidt-Nielsen, 4th Ed)

3838

Hewan dgn kulit basah (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

3939

Hewan darat kurang permiabel

• Hewan-hewan ini lebih mampu mengontrol hilangnya air dibandingkan hewan berkulit basah

– Arthropods • exoskeleton and cuticle

– Most higher vertebrates, except amphibians • epidermis, hair, scales, bulu

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.

40

Regulasi Osmotic hewan darat

• Hewan darat kehilangan air lewat evaporasi dr organ respirasi atau permukaan tubuh, excretion (urine), dan elimination (feces).

• Air digantikan dgn minum air, air dlm makanan dan menahan air metabolik.

41

Desert animals• Get major water savings from simple anatomical features

42

Control group(Unclipped fur)

Experimental group(Clipped fur)

4

3

2

1

0

Wat

er lo

st p

er d

ay(L

/100

kg

body

m

ass)

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.

EXPERIMENT

RESULT

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

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

CONCLUSION

Dehydration

43

Dehydration

Blood concentration

rises

Hypothalamus Osmoreceptors ADH

Kidney

Thirst reflex

Concentration of circulating blood

Less urine + concentrated

urine

Drinking, water

absorbed by the colon

Blood concentration

falls

NEGATIVEFEEDBACK

© 2008 Paul Billiet ODWS

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.

44