JURUSAN PENDIDIKAN IPA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM MATERI KULIAH IPA-2 JURUSAN PENDIDIKAN IPA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIT 8: SISTEM EKSKRESI MANUSIA

I Introduction – 5’ Latar Belakang Pada K-13 kelas VIII, mapel IPA Terdapat KD: 3.8 Menjelaskan struktur dan fungsi sistem eksresi pada manusia dan penerapannya dalam menjaga kesehatan diri. 4.9. Membuat peta pikiran (mapping mind) tentang struktur dan fungsi sistem eksresi pada manusia dan penerapanya dalam menjaga kesehatan diri. Bagaimana cara menyajikan materi pada KD tersebut di dalam kelas?

Tujuan Setelah mengikuti sesi ini, mahasiswa mampu: Memahami maksud Kompetensi Dasar (KD) dan lingkup materi dalam KD 3.8 dan 4.9 Kelas VIII Memahami konsep ekskresi, dan penerapannya dalam menjaga kesehatan diri Mengembangkan ide pembelajaran di sekolah yang sesuai dengan “kemampuan” dan “Konten Materi” pada KD 3.8 dan 4.9 Kelas VIII

C Connection Ungkap Pendapat (10’) Perhatikanlah rumusan KD 3. 8dan 4. 9Kelas VIII dalam kurikulum 2013 berikut: Kemampuan apakah yang harus dikuasai siswa? Materi apakah yang terkandung di dalamnya? KD 3.8 KD 4.9 Menjelaskan struktur dan fungsi sistem eksresi pada manusia dan penerapannya dalam menjaga kesehatan diri. Membuat peta pikiran (mapping mind) tentang struktur dan fungsi sistem eksresi pada manusia dan penerapanya dalam menjaga kesehatan diri.

A Application – 80’ Kegiatan 1: Menemukan Konsep ekskresi (10’) Pikirkan! Apa yang akan terjadi jika urine atau air seni tidak dikeluarkan?apa yang akan terjadi jika kita tidak mampu mengeluarkan keringat ?apa yang akan terjadi jika tidak dapat mengeluarkan karbondioksida?apa yang akan terjadi jika urea tidak dikeluarkan?apa tujuan kita mengeluarkan urine dan zat sisa lainnya?apa yang akan terjadi dalam tubuh ketika zat sisa tidak dikeluarkan?

Sistem ekskresi Sistem ekskresi merupakan pengeluaran limbah hasil metabolisme pada organisme hidup. Zat sisa metabolisme yang harus dikeluarkan antara lain karbondioksida (CO2), urea, air (H2O), amonia (NH3), kelebihan vitamin, dan zat warna empedu. Organ pengeluaran zat sisa pada manusia berupa ginjal, kulit, paru-paru dan hati.

Organ Ekskresi Apa peran masing-masing organ ini dalam ekskresi? Ginjal Paru-paru Hati Kulit

Urea adalah suatu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen dengan rumus CON2H4 atau (NH2)2CO Proses terbentuknya urea Urea terbentuk melalui proses oksidasi yang terjadi pada hati. Eritrosit atau sel darah merah yang sudah rusak (120 hari) dirombak menjadi 'haemo' dan'globin'. Selanjutnya 'haemo' akan diubah menjadi zat warna empedu yaitu bilirubin dan urobilin yang mengandung urea dan amonia yang akan keluar bersama urin dan feses.

BAGIAN GINJAL MANUSIA 1. cortex 2. pyramids 3. renal papilla 4. medulla 5. renal columns 6. calyx a. Minor b. Major 7. renal pelvis 8. ureter 9. hilum

After age 40, the number of functioning nephrons usually decreases about 10 per cent every 10 years; thus, at age 80, many peoplehave 40 per cent fewer functioning nephrons than they did at age 40.

F. The Nephron Functional and histological unit of the kidney Renal corpuscle a. Bowman’s capsule b. Glomerulus Proximal convoluted tubule Loop of Henle Distal convoluted tubule Collecting Ducts Cortex Renal pyramid Renal papillae Juxtamedullary nephrons (15%) Cortical nephrons

G. Renal Corpuscle Bowman’s capsule a. Parietal layer b. Visceral layer made up of podocytes Glomerulus Afferent arteriole Efferent arteriole Juxtaglomerular cells

SUSUNAN CAPSUL BOWMAN 1. parietal layer 2. visceral layer with podocytes with filtration slits 3. glomerular capillary covered with visceral layer of Bowman’s capsule 4. juxtaglomerular cells with macula densa making up the juxtaglomerular apparatus-site of renin production 5. notice diameters of afferent and efferent arterioles

I. Membran Filtrasi 1. Fenestrae: 2. Filtrations slits (Celah filtrasi)

J. Cells of nephron reflect function 1. Proximal tubule: simple cuboidal epithelium with many microvilli-site of reabsorption 2. Loops of Henle-production of osmotic gradient Descending limb: simple squamous epithelium Ascending limb: distal part thicker and simple cuboidal 3. Distal tubule: shorter than proximal tubule. Simple cuboidal, but smaller cells and very few microvilli-site of secretion 4. Collecting ducts: Larger in diameter, simple cuboidal epithelium. Site of urine concentration

K. Arteri dan Vena Ginjal Afferent arterioles Glomerulus Efferent arterioles Peritubular capillaries form a plexus around the proximal and distal tubules 5. Vasa recta: specialized parts of peritubular capillaries that course into medulla along with loops of Henle, then back toward cortex

Aliran Darah Di Ginjal

TIGA LANGKAH PEMBENTUKAN URIN Filtration Reabsorption Secretion

JUMLAH FILTRASI Pergerakan cairan berasal dari aliran darah melalui glomerolus melalui membran filtrasi. Filtrate: air, molekul kecil, ions yang dapat melewati membran Perbedaan tekanan mendorong filtrat melalui membran filtrasi. Renal fraction: part of total cardiac output that passes through the kidneys. averages 21% Renal blood flow rate: 5600 ml/min X .21 = 1176 ml/min Renal plasma flow rate: renal blood flow rate X fraction of blood that is plasma: 1176 ml/min X .55 = 650 mL/min Filtration fraction: part of plasma that is filtered into lumen of Bowman’s capsules; average 19% Glomerular filtration rate (GFR): amount of filtrate produced each minute. therefore 650ml/min X .19 = 124ml/min Amount of filtrate formed per day = 180 liters/day Average urine production/day: 1-2 L. Most of filtrate must be reabsorbed

C. Filtration Pressure = GCP-CHP-BCOP Perubahan diameter aferen dan eferen arteriola mengubah tekanan filtrasi. Dilation of afferent arterioles/constriction efferent arterioles increases glomerular capillary pressure, increasing filtration pressure and thus glomerular filtration

Filtrat yang disaring meliputi:air, molekul kecil dan ion yang mudah melalui membran filtrasi. Membran filtrasi akan menahan molekul besar seperti protein dan sel darah merah.

Substance Plasma Filtrate Water (L) 180 Protein 3900-5000 6-11 Glukosa 100 Urea 26 Uric acid 3 Kreatinin 1.1 Na+ 142 K+ 5 Cl- 103 HCO3 28

Filtrasi Tahap filtrasi terjadi di badan Malpighi yang di dalamnya terdapat glomerulus yang dikelilingi sangat dekat oleh kapsula Bowman . Proses filtrasi: Ketika darah yang mengandung air, garam, gula, urea dan zat-zat lain serta sel-sel darah dan molekul protein masuk ke glomerulus, tekanan darah menjadi tinggi sehingga mendorong air dan komponen-komponen yang tidak dapat larut, melewati pori-pori endotelium kapiler glomerulus, kecuali sel-sel darah dan molekul protein. Kemudian menuju membran dasar dan melewati lempeng filtrasi, masuk ke dalam ruang kapsula Bowman. Hasil filtrasi dari glomerulus dan kapsula Bowman disebut filtrat glomerulus atau urine primer. Urine primer ini mengandung: air, glukosa, asam amino, urea dan ion anorganik. Glukosa, ion anorganik dan asam amino masih diperlukan tubuh.

D. Regulasi dari Glomerolus Filtration 1. Autoregulation Involves changes in degree of constriction in afferent arterioles Myogenic mechanism: As systemic BP increases, afferent arterioles constrict and prevent increase in renal blood flow Tubuloglomerular feedback: Increased rate of blood flow of filtrate past cells of macula densa: signal sent to juxtaglomerular apparatus, afferent arteriole constricts

E. Reabsorbsi di tubulus: 1. Terjadi dari filtrate yang mengalir melaui flows lumens dari proximal tubule (majority), loop of Henle, distal tubule, and collecting ducts. Proses ini melibatkan diffusion, facilitated diffusion, active transpot, and osmosis Zat diangkut ke cairan interstitial dan diserap ke dalam kapiler peritubuler. 99% dari volume filtrat direabsorbsi. Zat ini dikembalikan ke sistem sirkulasi melalui vena.

F. Reabsorption di Proksimal Contortus Tubulus 1. Substances pass through Apical surface Basal surface: Lateral surfaces 2. Active transport of Na+ across the basal membrane from cytoplasm to interstitial fluid linked to reabsorption of most solutes 3. Number of carrier molecules limits rate of transport ie. diabetes mellitus 4. Filtrate volume reduced by 65% due to osmosis of water 5. Osmotic pressure of filtrate remains 300 mOsm due to permeability char of membrane

Transport Across the Membrane Diffusion is the passing of a substance from a region of high concentration of the substance to a region of low concentration of the substance until equilibrium of the substance is achieved. This is a passive process that does not require an energy input.

Facilitated Diffusion Transport Proteins on the cell membrane serve as channels for substances to enter or exit the cell through passive diffusion.

Active Transport Active transport occurs when the cell uses ATP energy for diffusion. During active transport substances may move against their concentration gradients, that is from a region of low concentration on one side of the membrane to a region of high concentration on the other side.

Osmosis: Diffusion of Water Osmosis is the diffusion of water, across a semipermeable membrane, from a region of high concentration of water to a region of low concentration of water, until equilibrium of water on both sides of the membrane is reached.

Molecules Related to Cell Permeability Depends on Molecules size (electrolytes more permeable) Polarity (hydrophillic) Charge (anion vs. cation) Water vs. lipid solubility

G. Reabsorption di Loop of Henle 1. Dinding lengkung henle tersusun dari epitel 2. Lengkung henle yang ke bawah mempunyai permeabilitas lebih tinggi terhadap air dan permeabilitas sedang terhadap urea, sodium, dan ion lainnya. 3. Di lengkung ke bawah, air bergerak keluar dari nefron dan zat di dalam. Volume dari filtrat terkurangi 15 %.

Reabsorption in Loop of Henle Dinding lenkung ke atas tidak permeabel terhadap air. Ascending limb moves Na+ across the wall of the basal membrane by active transport. Lengkung ke atas menggerakkan Na melewati dinding basal dengan cara transport aktif. Di akhir lengkung henle, di dalam nefron mempunyai konsentrasi 100 mosm/kg Cairan di interstitial di kortek 300 mosm/kg Filtrate within DCT is much more dilute than the interstitial fluid which surrounds it. Loop of Henle like the trap below the sink in the kitchen. Establishes concentration gradient as you pass into the medulla

H. Reabsorption in DCT and Collecting Duct Filtrate which reaches DCT is dilute with respect to interstitial fluid. Filtrat setelah mencapai DCT adalah dilute (turun konsentrasinya/konsentrasi air banyak). DCT dan tubulus pengumpul adalah tempat pengontrolan hormon dari volume urin. Dua tubulus dipengaruhi ADH Kehadiran ADH menyebabkan dinding permeabel terhadap air. In absence of ADH, relatively impermeable. Ketiadaan ADH, menyebabkan impermeabel. DCT dapat menyerap lebih banyak ion sodium (Na) yang berada di bawah kontrol hormon aldosteron.

I. Tubular Secretion 1. Menggerakkan hasil metabolisme berupa obat, molekul yang tidak normal yang dihasilkan tubuh ke dalam tubulus nefron. 2. Dapat terjadi baik aktif maupun pasif transpor. 3. Ammonia dihasilkan dari sel epitel nefron yang berasal dari deamination asam amino. Deaminasi adalah peristiwa lepasnya gugus amina dari asam amino selanjutnya akan dikonversi menjadi amonia. H+, K+, penicillin, and substances such as para-aminohippuric acid (PAH): actively secreted into nephron Ion Hidrogen digerakkan menuju tubulus sedangkan ion Na diserap untuk pengaturan Ph cairan dalam jaringan.

Urine Production Summary In ascending limb of loop of Henle Na+, Cl-, K+ transported out of filtrate Water remains In distal convoluted tubules and collecting ducts Water movement out regulated by ADH If absent, water not reabsorbed and dilute (encer) urine produced If ADH present, water moves out, concentrated urine produced In Proximal convoluted tubules Na+ and other substances removed Water follows passively Filtrate volume reduced by 65% In descending limb of loop of Henle Water exits passively, solute enters Filtrate volume reduced an additional 15%-only 20% of original filtrate remains

Loop of Henle

Urine Concentrating Mechanisms

IV. Regulation of Urine Concentration and Volume: A IV. Regulation of Urine Concentration and Volume: A. Renin/Angiotensin/Aldosterone Mechanism Mainly a mechanism to regulate blood pressure Cascade of events occurs to result in Na ion reabsorption and therefore water Sensory mechanism for the system is located in the juxtaglomerular complex Two stimuli result in the release of renin from this area a. Decreased stretch of the afferent arteriole of the glomerulus b. Decreased concentration of Na ions in the distal convoluted tubule Released renin converts a liver protein “angiotensinogen” into angiotensin I AngiotensinI -> angiotensinII by a proteolytic enzyme found in capillaries of lung Enzyme is called angiotensin-converting enzyme (ACE) Angiotensin II is a very powerful vasoconstrictor Angiotensin II also increases aldosterone secretion-increases reabsorption from distal convoluted tubule

The juxtaglomerular complex is the site of renin release

B. ADH Mechanism Mainly regulating osmolarity of the blood and tissue fluids Secondarily affecting blood pressure Osmoreceptors are found in hypothalamus of the brain Reacts secondarily to pressure receptors in atria, carotid sinuses, and aortic arch ADH effects the permeability of the distal convoluted tubule and collecting ducts Water reabsorption before this portion of the nephron is obligatory Filtrate entering the distal convoluted tubule possesses an osmolarity of 100 mOsm Depending upon the amount of ADH released, urine’s final osmolarity can vary from 100 to 1200 mOsm From as little as less than 1 liter to 20 liters in the total absense of ADH (diabetes insipidus)

Mekanisme RegulasiADH

Ketika kadar air pada tubuh berkurangMisalnya pada saat Pusat Pengaturan Osmoregulasi Minum air dalam Jumlah cukup Penyerapan air Memulihkan kekurangan Cairan tubuh STIMULUS: Ketika kadar air pada tubuh berkurangMisalnya pada saat panas hari, atau berolah raga, maka tubuh menstimulus hipotalamus Kadar Cairan Tubuh Normal (Homeostasis) Hypothalamus ADH Hipofisis Posterior meningkatkan Haus Tubulus Pengumpult Tubulus Ginjal

V. Urine Movement A. Hydrostatic pressure forces urine through nephron B. Peristalsis moves urine through ureters from region of renal pelvis to urinary bladder. C. Occur from once every few seconds to once every 2-3 minutes 1. Parasympathetic stimulation: increase frequency 2. Sympathetic stimulation: decrease frequency D. Ureters enter bladder obliquely through trigone. Pressure in bladder compresses ureter and prevents backflow

VI. Anatomy and Histology of Ureters and Bladder A. Ureters: bring urine from renal pelvis to urinary bladder. Lined by transitional epithelium B. Urinary bladder: hollow muscular container. In pelvic cavity posterior to symphysis pubis. Lined with transitional epithelium; muscle part of wall is detrusor C. Trigone: interior of urinary bladder. Triangular area between the entry of the two ureters and the exit of the urethra. Area expands less than rest of bladder during filling

hemodialisis

The principle of hemodialysis is the same as other methods of dialysis; it involves diffusion of solutes across a semipermeable membrane. Hemodialysis utilizes counte current flow, where the dialysate is flowing in the opposite direction to blood flow in the extracorporeal circuit. Counter-current flow maintains the concentration gradient across the membrane at a maximum and increases the efficiency of the dialysis

Urea adalah suatu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon, hidrogen, oksigen dan nitrogen dengan rumus CON2H4 atau (NH2)2CO Proses terbentuknya urea Urea terbentuk melalui proses oksidasi yang terjadi pada hati. Eritrosit atau sel darah merah yang sudah rusak (120 hari) dirombak menjadi 'haemo' dan'globin'. Selanjutnya 'haemo' akan diubah menjadi zat warna empedu yaitu bilirubin dan urobilin yang mengandung urea dan amonia yang akan keluar bersama urin dan feses.

Asam urat (bahasa Inggris: uric acid, urate) adalah senyawa turunan purin dengan rumus kimia C5H4N4O3 dan rasio plasma antara 3,6 mg/dL (~214µmol/L) dan 8,3 mg/dL (~494µmol/L) (1 mg/dL = 59,48 µmol/L) Kelebihan (hiperurisemia, hyperuricemia) atau kekurangan (hipourisemia, hyporuricemia) kadar asam urat dalam plasma darah ini sering menjadi indikasi adanya penyakit atau gangguan pada tubuh manusia.

Penyakit asam urat merupakan akibat dari konsumsi zat purin secara berlebihan. Purin diolah tubuh menjadi asam urat, tapi jika kadar asam urat berlebih, ginjal tidak mampu mengeluarkan sehingga kristal asam urat menumpuk di persendian. Akibatnya sendi terasa nyeri, bengkak dan meradang. Asam urat adalah penyakit dari sisa metabolisme zat purin yang berasal dari sisa makanan yang kita konsumsi. Purin sendiri adalah zat yang terdapat dalam setiap bahan makanan yang berasal dari tubuh makhluk hidup. Dengan kata lain, dalam tubuh makhluk hidup terdapat zat purin ini, lalu karena kita memakan makhluk hidup tersebut, maka zat purin tersebut berpindah ke dalam tubuh kita. Berbagai sayuran dan buah-buahan juga terdapat purin. Purin juga dihasilkan dari hasil perusakan sel-sel tubuh yang terjadi secara normal atau karena penyakit tertentu. Biasanya asam urat menyerang pada usia lanjut, karena penumpukan bahan purin ini.

Kreatinin terbuat dari zat yang disebut kreatin, yang dibentuk ketika makanan berubah menjadi energi melalui proses yang disebut metabolisme. Sekitar 2% dari kreatin tubuh diubah menjadi kreatinin setiap hari. Kreatinin diangkut melalui aliran darah ke ginjal. Ginjal menyaring sebagian besar kreatinin dan membuangnya dalam urin. Bila ginjal terganggu, kreatinin akan meningkat. Tingkat kreatinin abnormal tinggi memperingatkan kemungkinan kerusakan atau kegagalan ginjal, kadang-kadang bahkan sebelum pasien melaporkan gejala apapun. Itulah mengapa kreatinin dihitung dalam standar pemeriksaan darah dan urin rutin.

Reflection – 5’ R Apasajakah kemampuan yang dituntut pada KD 3.8 dan KD 4.9 Kelas VIII Kur 2013? Materi pokok apa saja yang harus disajikan?

Extension/Penguatan – 5’ TUGAS INDIVIDU: Buatlah rangkuman mengenai sistem ekskresi dengan mencantumkan sumbernya Buatlah mind mapping tentang struktur fungsi ekskresi dan penerapannya dalam upaya menjaga kesehatan diri. Dikumpulkan minggu depan!