Mekanisme Umpan Balik - Pengertian, Jenis, Proses, Contoh dan Aplikasi

Pengertian, Jenis, Proses, Contoh dan Aplikasi dari Mekanisme Umpan Balik :

Pengertian Mekanisme Umpan Balik (Feedback)

Mekanisme umpan balik adalah sistem pengaturan fisiologis dalam tubuh makhluk hidup yang berfungsi mengembalikan tubuh ke keadaan internal atau homeostasis normal .

• Mekanisme ini juga ditemukan di alam pada ekosistem dan kelompok hewan yang berbeda.
• Mekanisme umpan balik dalam sistem kehidupan terjadi dalam bentuk loop yang membantu pemeliharaan homeostasis.
• Mekanisme umpan balik diaktifkan sebagai akibat dari perubahan sistem yang memicu keluaran.
• Sistem kendali biokimia pada makhluk hidup terdiri dari berbagai komponen seperti molekul, gen, dan interaksi pengaturan dari komponen tersebut.
• Interaksi antar komponen dapat ditetapkan sebagai positif ketika aktivasi suatu komponen mengarah pada aktivasi komponen lainnya. Ini ditetapkan negatif jika aktivasi suatu komponen menyebabkan penonaktifan yang lain.
• Konsep mekanisme umpan balik awalnya diperkenalkan dalam sibernetika untuk menggambarkan kemampuan sistem kontrol untuk memodifikasi keluarannya sebagai respons terhadap masukan.
• Dalam sistem kehidupan, mekanisme umpan balik atau putaran umpan balik bekerja untuk membawa tubuh menuju homeostasis dengan memperkuat jalur atau fungsi biologis tertentu atau dengan menghalanginya.
• Fungsi terpenting dari mekanisme umpan balik dalam sistem apa pun adalah untuk membawa keadaan tubuh ke dalam keadaan stabil.
• Mekanisme umpan balik terdiri dari tiga komponen berbeda; pusat kendali, detektor, dan efektor.
• Pusat kendali adalah 'otak' dari sistem yang menentukan ekstrem di mana faktor variabel harus berada.
• Detektor atau sensor menerima masukan dan mengintegrasikan informasi yang masuk untuk mengirimkannya ke pusat kendali.
• Berdasarkan sinyal yang masuk, pusat kendali menentukan apakah diperlukan penyesuaian dan mengirimkan sinyal ke efektor.
• Efektor menerima keluaran dan menghasilkan perubahan yang sesuai untuk mempertahankan faktor variabel dalam batasnya.
• Mekanisme umpan balik merupakan proses dinamis yang melakukan perubahan secara terus menerus untuk menyesuaikan berbagai parameter fisiologis.

Jenis mekanisme umpan balik

Mekanisme umpan balik ada dua jenis tergantung pada perubahan input atau deviasi parameter fisiologis dari batasnya. Meskipun mekanisme ini berbeda dalam reaksinya terhadap perubahan variabel, komponen loop serupa.

Mekanisme Umpan Balik Positif

Pengertian Mekanisme Umpan Balik Positif

• Mekanisme umpan balik positif, seperti namanya, adalah jalur yang menanggapi penyimpangan output menyebabkan output berubah lebih banyak ke arah deviasi awal.
• Mekanisme umpan balik positif memperkuat penyimpangan dan membawa perubahan status pada keluaran.
• Mekanisme umpan balik positif jauh lebih jarang daripada mekanisme umpan balik negatif karena ia menjauhkan tubuh dari homeostasis.
• Proses mekanisme umpan balik positif secara progresif memperkuat respons selama stimulus dilanjutkan.
• Putaran umpan balik positif dapat terdiri dari satu komponen yang mengaktifkan aktivitasnya sendiri atau beberapa komponen dengan interaksi langsung dan tidak langsung.
• Putaran umpan balik positif dalam proses biologis sering diamati dalam proses yang perlu terjadi dengan cepat dan menuju penyelesaian karena keluaran cenderung meningkatkan efek rangsangan.
• Mekanisme positif sangat sedikit dalam sistem kehidupan seperti tubuh manusia, tetapi ini juga dapat diamati dalam ekosistem, seperti dalam kasus pematangan buah.

Langkah / Proses / Mekanisme Mekanisme Umpan Balik Positif

Proses loop umpan balik positif terdiri dari sistem kendali yang terdiri dari berbagai komponen, bekerja dalam jalur melingkar untuk merangsang atau menghambat satu sama lain. Keseluruhan proses dapat digambarkan dari segi komponen-komponen sistem.

1. Stimulasi

• Langkah pertama dalam putaran umpan balik positif adalah stimulasi yang memicu putaran itu untuk menyelesaikan suatu proses.
• Rangsangan dalam tubuh manusia sebagian besar adalah hormon yang dilepaskan oleh berbagai organ sebagai hasil permulaan suatu proses.
• Contoh stimulus yang memulai mekanisme umpan balik positif adalah kontraksi saat melahirkan.

2. Penerimaan

• Langkah kedua dalam loop adalah penerimaan rangsangan melalui sensor berbeda yang mengirimkan informasi ke unit kontrol.
• Reseptor ini sebagian besar adalah saraf yang mengirim sinyal dari tempat rangsangan ke unit kontrol, yang pada manusia adalah otak.

3. Pengolahan

• Langkah selanjutnya dalam loop adalah pemrosesan informasi yang dikirim ke unit kontrol oleh reseptor.
• Unit kontrol menghitung informasi untuk memeriksa apakah stimulus berada di luar kisaran normal dari nilai dan menampilkan keluaran.
• Dalam kasus persalinan, otak menerima informasi tentang kontraksi di dinding rahim dan kemudian merangsang sekresi hormon oksitosin oleh kelenjar pituitari.

4. Aktivasi lebih lanjut dari rangsangan

• Informasi dari otak dikirim ke tempat kerja melalui saraf yang berbeda untuk menginduksi keluaran sebagai respons terhadap rangsangan.
• Dalam kasus putaran umpan balik positif, sinyal dari otak cenderung mengaktifkan rangsangan lebih jauh ke arah penyimpangan.
• Stimulasi kelenjar pituitari untuk melepaskan oksitosin, yang selanjutnya meningkatkan kontraksi otot di dinding rahim selama persalinan adalah contoh dari proses ini.

Contoh Mekanisme Umpan Balik Positif

1. Siklus menstruasi

• Pada awal siklus menstruasi, ovarium melepaskan hormon estrogen. Estrogen bertindak sebagai stimulus untuk putaran umpan balik positif.
• Informasi tersebut dikirim ke otak, yang kemudian merangsang pelepasan hormon pelepas gonadotropin dari hipotalamus dan hormon luteinizing dari hipofisis.
• Hormon-hormon ini dilepaskan sebagai respons terhadap rangsangan oleh unit kontrol. Hormon-hormon ini selanjutnya menyebabkan pelepasan estrogen oleh ovarium, dan pengulangan berlanjut sampai kadar hormon-hormon ini meningkat cukup untuk mendorong pelepasan hormon perangsang folikel.
• Pelepasan hormon perangsang folikel akhirnya menghasilkan ovulasi, dan akhirnya, siklus menstruasi dimulai.
• Ini adalah contoh mekanisme umpan balik positif karena peningkatan satu faktor menginduksi pergerakan keluaran ke arah yang sama sampai tugas selesai.

2. Melahirkan

Gambar: Melahirkan normal didorong oleh umpan balik positif. Putaran umpan balik positif menghasilkan perubahan status tubuh, bukan kembali ke homeostasis. Sumber Gambar: OpenStax .

• Mekanisme umpan balik positif pada manusia juga diamati selama persalinan yang diinduksi oleh penekanan dinding ovarium oleh bayi.
• Sensasi menekan diteruskan ke otak melalui saraf yang berbeda, dan sebagai tanggapan, otak menstimulasi hipofisis untuk menghasilkan oksitosin.
• Oksitosin bertanggung jawab atas kontraksi otot rahim yang menyebabkan pergerakan janin menuju serviks, yang selanjutnya meningkatkan rangsangan. 
• Putaran umpan balik positif berlanjut sampai bayi lahir.

Mekanisme Umpan Balik Negatif

Definisi Mekanisme Umpan Balik Negatif

• Mekanisme atau loop umpan balik negatif adalah jalur yang dirangsang oleh deviasi output, yang menyebabkan perubahan output ke arah yang berlawanan dengan deviasi awal.
• Mekanisme umpan balik negatif menggerakkan faktor variabel menuju keadaan stabil atau homeostasis setelah unit kontrol menafsirkan tingkat penyimpangan.
• Putaran umpan balik negatif lebih umum daripada yang positif karena cenderung menstabilkan sistem.
• Loop mendeteksi perubahan output dan bertindak berlawanan arah untuk membatalkan stimulus yang menyebabkan perubahan.
• Loop ini diaktifkan dalam dua kondisi; ketika nilai variabel berada di atas nilai normal dan harus diturunkan dan ketika nilai variabel berada di bawah nilai normal dan harus dinaikkan.
• Mekanisme umpan balik negatif terjadi sebagai bagian dari homeostasis untuk mengembalikan variabel ke tingkat normalnya dengan melawan rangsangan, yang menyebabkan penyimpangan di tempat pertama.
• Seperti dalam mekanisme umpan balik positif, mekanisme umpan balik negatif juga mengandung komponen berbeda yang bersama-sama membantu mempertahankan keadaan stabil.

Langkah / Proses / Mekanisme Mekanisme Umpan Balik Negatif

Proses mekanisme umpan balik negatif mirip dengan putaran umpan balik positif karena proses tersebut diaktifkan oleh rangsangan, yang pada akhirnya mengarah pada perubahan yang cenderung meniadakan rangsangan tersebut. Proses keseluruhan dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Stimulasi

• Langkah pertama dari loop umpan balik negatif adalah pembentukan rangsangan sebagai akibat dari penyimpangan parameter fisiologis dari nilai normal. Penyimpangan parameter fisiologis dapat terjadi pada kedua ekstrim tersebut.
• Penyimpangan mungkin memerlukan aktivasi atau penghambatan aktivitas fisiologis tubuh yang berbeda untuk mempertahankan keadaan normal.
• Stimulus yang paling umum dan mudah dipahami adalah perubahan suhu tubuh yang jauh dari batas normal.

2. Penerimaan

• Perubahan parameter fisiologis diterima oleh unit kontrol melalui reseptor berbeda yang ada di berbagai bagian tubuh.
• Beberapa reseptor umum yang terlibat dalam transmisi stimulus termasuk saraf dan termoreseptor lainnya.

3. Pengolahan

• Unit kontrol loop adalah otak yang pertama kali menentukan apakah perubahan parameter fisiologis memerlukan aktivasi penghambatan loop.
• Bergantung pada arah penyimpangan, otak mengirimkan sinyal untuk membatalkan perubahan melalui mekanisme yang berbeda.
• Dalam kasus perubahan suhu tubuh, kelompok sel di hipotalamus otak bertindak sebagai unit kontrol.

4. Menangkal stimulus

• Sebagai langkah terakhir dari loop, unit kontrol mengirimkan sinyal untuk meniadakan efek yang menyebabkan perubahan pada faktor fisiologis.
• Perubahannya dapat dari berbagai jenis dan diarahkan ke berbagai bagian tubuh. Informasi tersebut dikirim ke berbagai organ melalui sistem saraf.
• Dalam kasus penurunan suhu tubuh, hipotalamus mengirimkan sinyal yang mengakibatkan menggigil, penyempitan pembuluh darah, dan perubahan perilaku seperti meringkuk.
• Aktivitas tersebut mengakibatkan peningkatan suhu tubuh, yang kemudian menghambat loop, dan proses tersebut selesai hingga suhu tubuh kembali menurun.

Contoh Mekanisme Umpan Balik Negatif

1. Pengaturan kadar glukosa darah

• Kadar glukosa dalam darah dikendalikan oleh mekanisme umpan balik negatif.
• Jika kadar glukosa darah meningkat melebihi kisaran normal, lebih banyak glukosa yang diserap di usus dan disimpan dalam bentuk glikogen di hati.
• Konversi dan konservasi dikendalikan oleh pelepasan insulin dari pankreas. Hormon insulin merangsang otot dan hati untuk mengambil glukosa.
• Jika kadar glukosa darah menurun dan lebih banyak glukosa dibutuhkan dalam darah, pelepasan insulin terhambat, sehingga mengurangi penyerapan glukosa darah.

Gambar: Pengaturan kadar glukosa darah. Sumber Gambar: OpenStax .

2. Pengaturan suhu tubuh

• Pengaturan suhu tubuh dengan endoterm adalah contoh klasik dari mekanisme umpan balik negatif dalam tubuh manusia.
• Ketika suhu tubuh meningkat melebihi normal, otak memberi sinyal pada berbagai organ tubuh seperti kulit untuk mengeluarkan panas dalam bentuk keringat.
• Kegiatan fisiologis ini akhirnya suhu turun ke titik di mana jalur mekanisme umpan balik negatif ditutup.
• Proses serupa terjadi jika suhu tubuh meningkat melebihi nilai normal untuk mempertahankan homeostasis.

Gambar: Dalam loop umpan balik negatif, rangsangan — penyimpangan dari titik setel — dilawan melalui proses fisiologis yang mengembalikan tubuh ke homeostasis. (a) Putaran umpan balik negatif memiliki empat bagian dasar. (b) Suhu tubuh diatur oleh umpan balik negatif. Sumber Gambar: OpenStax .

Penerapan mekanisme Umpan Balik

Mekanisme umpan balik memiliki aplikasi dalam sistem dan area yang berbeda untuk tujuan yang berbeda.

• Dalam biologi, mekanisme umpan balik terlibat dalam pemeliharaan homeostasis pada organisme serta ekosistem. Mekanisme umpan balik positif dan negatif terlibat dalam homeostasis, tetapi mekanisme umpan balik negatif lebih umum.
• Mekanisme umpan balik digunakan dalam matematika dan sistem dinamis untuk mengubah perilaku sistem yang berbeda sesuai kebutuhan aplikasi.
• Berbagai studi tentang ilmu iklim telah dilakukan dengan menggunakan mekanisme umpan balik positif dan negatif untuk mengamati pengaruhnya terhadap atmosfer, laut, dan daratan.
• Penerapan mekanisme umpan balik yang paling umum adalah dalam rekayasa elektronik di mana mekanisme tersebut digunakan dalam komponen seperti amplifier, osilator, dan rangkaian logika. 

Perbedaan Umpan Balik Positif dan Umpan Balik Negatif

Karakteristik	Kritik yang baik	Umpan Balik Negatif
Definisi	Mekanisme umpan balik positif adalah jalur yang menanggapi penyimpangan output menyebabkan output berubah lebih banyak ke arah deviasi awal.	Mekanisme atau loop umpan balik negatif adalah jalur yang dirangsang oleh deviasi output, yang menyebabkan perubahan output ke arah yang berlawanan dengan deviasi awal.
Efek pada homeostasis	Mekanisme umpan balik positif merusak sistem homeostasis tubuh.	Mekanisme umpan balik negatif berfungsi untuk menjaga kondisi homeostasis dalam tubuh.
Kejadian	Mekanisme umpan balik positif kurang umum dan terjadi dalam situasi tertentu.	Mekanisme umpan balik negatif lebih umum dan terjadi di berbagai organ dan sistem di tubuh.
Stabilitas	Mekanisme umpan balik positif kurang stabil.	Mekanisme umpan balik negatif lebih stabil.
Efek	Dalam sistem dengan mekanisme umpan balik positif, masukan efektif ditingkatkan dengan penambahan masukan aktual dengan sinyal umpan balik.	Dalam sistem dengan mekanisme umpan balik negatif, masukan efektif berkurang karena sinyal umpan balik menghambat masukan sebenarnya.
Gangguan eksternal	Mekanisme umpan balik positif mungkin memerlukan gangguan eksternal.	Mekanisme umpan balik negatif tidak memerlukan interupsi eksternal.
Perubahan	Ini meningkatkan perubahan faktor fisiologis.	Itu menolak perubahan faktor fisiologis.
Contoh	Mekanisme umpan balik positif di alam diamati selama persalinan pada manusia dan selama pematangan buah.	Mekanisme umpan balik negatif diamati selama termoregulasi dan menjaga kadar glukosa darah.