RSS

Termoregulasi

21 Feb

Pendahuluan

         Manusia termasuk dalam kelompok hewan homeotermis yang senantiasa mempertahankan suhu internal tubuh dalam batas relatif konstan meskipun suhu lingkungan berubah-ubah.  Di dalam tubuh, panas diproduksi secara terus menerus akibat adanya aktivitas metabolisme. Ketika penggunaan energi meningkat  karena aktivitas fisik maka terjadi penambahan panas.    Demikian juga dengan perubahan yang sangat besar dari suhu lingkungan sangat mempengaruhi suhu tubuh yang pada akhirnya,  akan mempengaruhi  sistem kerja enzim yang bekerja pada suhu dengan kisaran yang relatif sempit.

        Agar suhu tubuh  tetap relatif konstan maka harus ada mekanisme untuk menjaga suhu tubuh dalam batas-batas yang masih dapat diterima tanpa memperhatikan kondisi lingkungan. Proses yang dikenal dengan termoregulasi.  Dalam modul ini, diketengahkan bagaimana mekanisme hewan homeotermis termasuk di dalamnya  manusia mempertahankan  suhu tubuh agar tetap konstan  dengan cara membuang panas ketika suhu tubuh meningkat di atas normal dan cara mendapatkan panas ketika suhu tubuh turun di bawah normal.  Dibahas juga mengenai lintasan termoregulasi,  hubungan suhu lingkungan dan produksi panas dan  termoregulasi pada bayi  serta  demam.

MEKANISME  PERTUKARAN PANAS

 

 

1.        Keseimbangan suhu

          Produksi panas merupakan suatu fungsi metabolisme energi.  Dalam keadaan istirahat kira-kira 56% dari panas basal dihasilkan oleh organ-organ dalam dan hanya kira-kira18% yang dihasilkan oleh otot dan kulit.  Pada waktu pengerahan tenaga, terjadi peningkatan produksi panas akibat  peningkatan aktivitas otot  sebanyak 90%. Agar  suhu tubuh tetap konstan, panas harus dihilangkan ke lingkungan dengan laju yang sama dengan yang dihasilkan. Kegagalan mengontrol suhu tubuh dapat menyebabkan serangkaian perubahan fisiologis.  Sebagai contoh, suhu tubuh di bawah 360C atau di atas 400C dapat menyebabkan disorientasi, sedangkan  suhu di atas 420C menyebabkan sawan dan kerusakan sel yang permanen. Oleh karena itu, ketika kondisi lingkungan meningkat di atas atau turun di bawah “ideal” tubuh harus mengontrol  perolehan atau pembuangan  panas untuk mempertahankan homeostasis.

          Mekanisme menghilangkan  panas pada umumnya adalah pengaturan fisika oleh karena melibatkan kerja fisik sedangkan mekanisme perolehan panas banyak melibatkan mekanisme kimiawi.  Pertukaran energi panas antara hewan dan lingkungan tergantung pada nutrisi, metabolisme dan mekanisme fisika.

2.       Mekanisme Pertukaran  panas

Pertukaran panas dengan lingkungan meliputi 4 proses (Gambar 1) yaitu:

  • Radiasi:  Apabila kita merasakan panas  matahari maka itu adalah karena radiasi sinar matahari.  Radiasi (elektromagnetik) dipancarkan dari permukaan yang  suhunya  lebih tinggi dan diabsorbsi oleh bagian lain yang suhunya lebih  rendah.  Perbedaan suhu yang cukup besar menyebabkan banyak  panas yang  hilang melalui  radiasi.

Panas tubuh kita juga hilang dengan cara yang sama meskipun dalam jumlah yang kecil.  Lebih dari 50% panas  yang hilang dalam ruangan diakibatkan oleh radiasi dan jumlah sesungguhnya bervariasi sesuai dengan suhu tubuh dan suhu kulit

  • Konduksi Merupakan perpindahan langsung energi melalui kontak fisik.  Sebagai contoh ketika kita  duduk di kursi plastik yang dingin maka panas yang berasal dari tubuh kita dipindahkan ke kursi sampai akhirnya terjadi keseimbangan.
  • Konveksi Merupakan hasil kehilangan panas secara konduksi ke udara yang melapisi permukaan tubuh.  Udara panas timbul oleh karena lebih ringan dari udara dingin.  Seiring tubuh kita memindahkan panas ke udara  berikutnya maka udara panas bergerak menjauh dari permukaan kulit.  Udara dingin yang menggantikannya,  pada akhirnya  menjadi panas dan pola ini terjadi  berulang-ulang. Jumlah konveksi kira-kira 15% dari panas tubuh yang hilang dalam ruangan.
  • Evaporasi : Evaporasi merupakan perubahan dari fase cair ke uap air.  Evaporasi  memerlukan energi dalam jumlah yang besar, kira-kira  0.58 kal per gram air yang dievaporasikan.  Oleh karena itu, maka mekanisme ini digunakan oleh hewan homeotermis/manusia untuk mendinginkan tubuhnya.  Evaporasi juga berlangsung di permukaan respitatoris dan organ-organ lain termasuk kulit.  Laju evaporasi yang berlangsung di kulit sangat bervariasi.

         Setiap jam kira-kira 20-25 ml air melintasi epithelium dan dievaporasikan  melalui permukaan alveolar dan permukaan kulit.  Kehilangan air insensibel ini relatif konstan.  Pada saat istirahat, jumlahnya kira-kira 20%  dari rata-rata kehilangan panas tubuh dalam ruangan.  Kelenjar keringat bertanggung jawab terhadap perspirasi sensibel yang mencapai kira-kira 2 – 4 L per jam dalam keadaan aktivitas yang hebat. Evaporasi berlangsung hanya apabila udara tidak jenuh dengan uap air.

2.1.     Mekanisme penghilangan panas

Perolehan dan penghilangan panas melibatkan aktivitas berbagai sistem yang dikoordinasi oleh pusat kehilangan panas (heat-loss centre) dan pusat perolehan panas (heat-gain centre) pada area preoptik  hipotalamus anterior. Apabila suhu di nukleus preoptik melebihi set point maka pusat kehilangan panas dirangsang sehingga menghasilkan 3 pengaruh utama yaitu:

  1. Penghambatan pusat vasomotorik yang menyebabkan vasodilatasi peripheral dan darah yang panas mengalir ke permukan tubuh.  Kulit menjadi berwarna kemerah-merahan, suhu kulit meningkat dan peningkatan kehilangan panas melalui konduksi dan konveksi.
  2. Perangsangan saraf simpatis untuk meningkatkan sekresi kelenjar keringat seiring dengan meningkatnya aliran darah ke kulit.  Perspirasi mengalir melintasi permukaan tubuh dan meningkatkan kehilangan panas melalui evaporasi. Apabila evaporasi lengkap maka sekresi maksimal  dapat memindahkan 2320 kal/jam.
  3. Rangsangan terhadap pusat respirasi  sehingga meningkatkan kedalaman respirasi. Sering seseorang  melakukan respirasi dengan  mulut terbuka daripada melalui hidung untuk meningkatkan evaporasi melalui paru paru.

2.2.    Mekanisme perolehan  panas

Fungsi pusat perolehan panas di otak adalah untuk mencegah hipotermia atau suhu tubuh turun di bawah  normal.  Apabila suhu pada nukleus preoptik turun di bawah tingkat yang dapat diterima maka pusat kehilangan panas  di hambat dan pusat perolehan panas  diaktifkan.

Mekanisme untuk memperoleh  panas dapat dibagi dalam 2  kategori besar  yaitu:

  • Shivering thermogenesis

         Pada shivering thermogenesis terjadi peningkatan secara perlahan-lahan tonus otot sehingga meningkatkan konsumsi energi otot skelet di seluruh bagian tubuh.  Dengan demikian, lebih banyak energi yang dikonsumsi dan   pada akhirnya lebih banyak panas yang dihasilkan. Derajat stimulasi bervariasi sesuai kebutuhan.  Apabila pusat pengaturan perolehan panas sangat aktif, tonus otot meningkat sampai pada titik dimana rangsangan reseptor renggang menghasilkan kontraksi yang singkat.   Dengan kata lain kita mulai menggigil.  Menggigil meningkatkan kerja otot dan selanjutnya meningkatkan konsumsi oksigen dan energi.  Panas yang dihasilkan menghangatkan pembuluh darah bagian dalam yang kemudian darah dialirkan ke pusat vasomotorik simpatis.  Menggigil sangat efektif dalam meingkatkan suhu tubuh  dimana laju perolehan panas dapat mencapai  400%

  • Nonshivering thermogenesis

Proses ini melibatkan pelepasan hormon untuk meningkatkan aktivitas metabolisme di semua jaringan.

  1. Epineprin:  Pusat perolehan panas  merangsang kelenjar suprarenalis melalui cabang  simpatis sistem saraf otonomi sehingga melepaskan epineprin.  Epineprin meningkatkan laju glikogenolisis di hati dan otot skelet dan laju metabolisme di banyak jaringan
  2. Tiroksin:  Nukleus preoptik mengatur produksi thyrotropin releasing hormone (TRH) oleh hipotalamus.  Pada anak-anak ketika suhu tubuh di bawah normal, TRH dilepaskan merangsang pelepasan thyroid stimulating hormone oleh adenohipofisis.  Kelenjar tiroid menanggapi pelepasan TRH dengan meningkatkan sekresi tiroksin.  Tiroksin tidak saja meningkatkan laju katabolisme karbohidtrat tetapi juga semua laju katabolisme nutrient lainnya.  Pengaruh ini berkembang secara perlahan-lahan setelah periode beberapa hari sampai dalam minggu
  1. 3.                  Hubungan suhu lingkungan dengan produksi panas pada  homeotermis

      Beberapa ciri termogenesis pada hewan homeotermis termasuk manusia diilustrasikan pada Gambar 2.  Batas atas dan bawah suhu kritis merupakan zona homeotermia (zona of homeothermy), merupakan suhu inti yang dapat dipertahankan pada tingkat normal.  Pada zona suhu netral (zona of thermal neutrality)  suhu lingkungan tidak menyebabkan adanya  aktivitas fisik maupun kimiawi untuk mengatur produksi panas dan menghilangkan  panas.

        Ketika suhu lingkungan turun di bawah zona netral, maka mekanisme kimiawi merupakan satu-satunya yang  digunakan untuk mengatur suhu tubuh.  Zona ini dikenal dengan zona pengaturan suhu kimiawi (zona of chemical thermoregulation).  Rendahnya suhu lingkungan pada zona ini mengakibatkan terjadinya peningkatan termogenesis.  Pada suhu kritis terendah (lower critical temperature) kehilangan panas semakin besar melebihi panas yang dihasilkan melalui termogenesis, suhu tubuh turun menjadi rendah dan hewan memasuki zona hipotermia (zona hypothermia).  Apabila suhu lingkungan  dipertahankan  mencapai  suhu letal terendah maka hewan akan mati.

       Pada suhu di atas kisaran  suhu netral terdapat zona dimana hewan berhasil mengatasi  bahaya kelebihan panas melalui pengaturan fisik, panting atau berkeringat. Zona ini dikenal dengan zona termoregulasi fisik (zona of physical thermoregulation). .Pada suhu kritis atas (Upper critical temperature) produksi panas kembali meningkat seiring dengan peningkatan suhu lingkungan.  Suhu tubuh mulai meningkat akibat  mekanisme kehilangan panas tidak dapat mengimbangi  perolehan panas. Zone ini merupakan zona hipertermia (zona of hyperthermia), Akhirnya, hewan memasuki suhu letal atas (Zona of upper lethal temperature.) dimana suhu tubuh meningkat dan terjadi kematian.  Suhu letal atas  dan bawah sangat tergantung pada jenis  hewan, lamanya  terpapar pada suhu ambient tertinggi atau terendah efektivitas mekanisme perolehan atau kehilangan panas dan faktor-faktor lainnya.

4.        Lintasan  termoregulasi

        Pusat pengaturan suhu menerima informasi dari 2 set reseptor suhu yaitu di kulit dan di hipotalamus. Dalam keadaan normal,  set point  suhu tubuh kira-kira 370C.  Apabila suhu tubuh meningkat di atas 37.20 C maka target aktivitas di pusat pengaturan suhu ada 2 efektor yaitu: 1) jaringan otot di pembuluh darah yang mensuplai darah kulit, dan 2) kelenjar keringat.  Jaringan otot mengalami relaksasi,  pembuluh darah mengalami dilatasi sehingga meningkatkan aliran darah yang melalui pembuluh darah dekat  permukaan tubuh dan  kelenjar keringat meningkatkan sekresinya.  Kulit kemudian bekerja sebagai radiator  dengan menghilangkan panas ke lingkungan dan proses evaporasi kelenjar keringat sehingga  suhu tubuh kembali menjadi normal. Suhu di hipotalamus menurun dan pusat termoregulasi menjadi kurang aktif.  Aliran darah  dan aktivitas kelenjar keringat kembali normal seperti sebelumnya. Pada saat suhu lingkungan yang tinggi atau selama periode latihan, pembuluh darah dikulit mengalami dilatasi dan aliran darah ke daerah periferi meningkat, mengakibatkan kehilangan panas yang lebih banyak. 

       Kelejar keringat dipersarafi  oleh saraf kolinergik  simpatis.  Keseluruhan kontrol berkeringat di bawah pengaturan hipotalamus.  Pusat ini dirangsang oleh aktivitas  impuls saraf afferent dari reseptor panas di kulit dan juga secara langsung melalui  informasi dari suhu darah yang melintasi hipotalamus.   Berkeringat sangat tergantung pada kelembaban dan suhu lingkungan. Pada manusia, kelenjar keringat pada telapak tangan dan telapak kaki dikontrol terutama oleh emosi di bawah pengaturan  korteks serebral.

       Aktivitas vasomotorik (vasokontriksi dan vasodilatasi arteriol) digunakan untuk mengarahkan  darah ke berbagai area tubuh.  Aktivitas vasomotorik arteriol di kulit  menentukan jumlah darah yang melintasi kulit dan oleh karena itu menentukan jumlah panas yang dapat dipindahkan dari darah ke lingkungan.  Peningkatan aliran darah ke kulit juga mengakibatkan  tersedianya air dalam jumlah yang besar untuk dievaporaskan oleh  kulit setelah didifusikan atau disekresikan oleh kelenjar keringat.  Adapun pengaturan aktivitas vasomotorik di pembuluh darah dikonrol oleh hipotalamus.

      Bila suhu tubuh turun di bawah normal, pengeluaran panas dikurangi dan produksi panas ditingkatkan. Selama kondisi dingin pembuluh darah di kulit mengalami konstriksi dan oleh karena itu mengurangi aliran darah dan kehilangan panas melalui kulit. Stimulus untuk aktivitas vasomotorik terjadi melalui impuls sensorik yang dihasilkan oleh reseptor dingin atau stimulus langsung yang berasal dari darah  yang melintasi hipotalamus.

5.       Termoregulasi pada bayi

       Selama perkembangan, embrio dikelilingi oleh lingkungan maternal pada suhu tubuh normal.  Pada saat lahir, mekanisme pengaturan suhu bayi  belum  sepenuhnya fungsional. Bayi akan kehilangan panas dengan cepat akibat ukurannya yang  kecil.  Sebagai konsekuwensinya, bayi yang baru lahir harus dalam keadaan kering dan dibungkus, bahkan  bayi yang lahir prematur membutuhkan alat inkubator sebagai pengatur  suhu. Pada bayi,  suhu tubuhnya juga kurang stabil dibandingkan dengan orang dewasa.  Laju metabolisme menurun ketika mereka tidur dan meningkat ketika  bangun.  Meskipun mereka  tidak dapat menggigil, namun mereka mampu meningkatkan suhu tubuh dengan cepat.  Pada bayi terdapat jaringan lemak di antara bahu, sekitar leher dan kemungkinan di tubuh bagian atas.  Jaringan ini memiliki  banyak vakularisasi dengan sel-sel adiposit yang mengandung mitokondria yang dinamakan lemak cokelat (brown fat).  Sel-sel adiposit dipersarafi oleh serabut saraf simpatis yang apabila dirangsang  dapat meningkatkan lipolisis di  adiposit.  Energi yang dilepaskan melalui katabolisme asam lemak dilepaskan ke sekeliling jaringan sebagai panas yang kemudian didistribusikan ke seluruh tubuh.  Dengan cara ini maka bayi dapat meningkatkan perolehan panas metabolisme 100% lebih cepat sementara  termogenesis nonshevering pada orang dewasa hanya meningkatkan produksi panas sebanyak 10-12% setelah dalam periode mingguan.  Dengan meningkatnya usia dan ukuran tubuh, suhu tubuh menjadi lebih stabil dan  mekanisme termoregulasi jenis ini menjadi kurang penting.

6.       Demam

      Setiap peningkatan suhu tubuh disebut pireksia.  Pireksia biasanya temporer.  Demam dihasilkan oleh pirogen eksogen maupun endogen yang bersirkulasi yang mengganggu pusat pengaturan suhu di hipotalamus. Demam dimana suhu tubuh dipertahankan pada kisaran yang lebih tinggi dari 37.20 C. Berhubung dengan nilai tersebut maka tubuh menjadi terlalu dingin dan menggigil menyertai peningkatan suhu.  Sebaliknya, selama demam mereda dan suhu dikembalikan pada nilai normal, suhu menjadi terlalu hangat.  Hal ini menyebabkan vasodilatasi dan berkeringat.  Karena infeksi, inflamasi maka makrofag menjadi aktif dan meningkatkan sintesis protein tertentu di hati, otak dan organ lainnya yang pada gilirannya berfungsi  sebagai pirogen endogen pada pusat pengaturan suhu di hipotalamus sehingga menimbulkan demam.

Demam terjadi untuk berbagai alasan dan  tidak semuanya patologis. Demam dapat juga akibat dari faktor sebagai berikut:

  • Pengaruh abnormalitas ketika memasuki mekanisme termoregulasi seperti kelelahan panas atau heat stroke
  • Problem klinis yaitu merupakan aliran darah yang terbatas seperti pada kegagalan jantung kongestif
  • Kondisi dimana gagalnya aktivitas kelenjar keringat seperti pada reaksi obat dan beberapa kondisi kulit.
  • Resetting hipotalamus “thermostat oleh pirogen.

RANGKUMAN

 

Dari uraian mengenai termoregulasi maka dapatlah disimpulkan sebagai berikut:

       Manusia termasuk dalam kelompok hewan homeotermis yang senantiasa mempertahankan suhu internal tubuh dalam batas relatif konstan meskipun suhu lingkungan berubah-ubah.  Suhu tubuh dipengaruhi oleh  suhu lingkungan internal maupun eksternal. Apabila suhu tubuh melebihi  suhu  normal maka tubuh akan melakukan mekanisme penghilangan panas dengan cara: radiasi, konduksi, konveksi dan evaporasi.  Apabila suhu tubuh lebih rendah dari suhu normal maka  mekanisme konservasi panas tubuh yang utama adalah dengan cara menggigil. 

        Pusat pengaturan suhu (termoregulasi) terletak di hipotalamus.  Pusat ini menerina informasi dari reseptor  panas atau dingin yang terdapat di kulit atau melalui aliran darah yang melewati hipotalamus.  Pada bayi termorgulasinya belum berkembang dengan baik. Bayi yang lahir prematur,   suhu tubuhnya belum stabil oleh karena itu membutuhkan inkubator untuk menghangatkan tubuhnya.  Demam merupakan mekanisme dimana suhu tubuh  dipertahankan pada kisaran yang lebih tinggi dari   37.20 C.   Demam dihasilkan oleh pirogen eksogen maupun endogen yang bersirkulasi dan mengganggu pusat pengaturan suhu di hipotalamus.

 

DAFTAR PUSTAKA

Berne, R.M., M.N. Levy. 1990.  Principles of Physiology. Wolfe  Publication, Ltd.  USA.

Campbell, N.A., J.B. Reece., L.G. Mitchell.  2004.  Biologi. 5th  ed. Alih bahasa : Wasmen Manalu. Penerbit Erlangga.  Jakarta.

Despopoulos, A. dan S. Silbernagl.  1991. Color Atlas of Physiology.  Georg Thieme Verlag. Stuttgart, Germany.

Guyton, A.C. 1991.  Fisiologi kedokteran. 5th  ed. Alih bahasa A. Dharma dan P. Lukmanto.  Penerbit Buku Kedokteran jakarta

Hainsworth, F.R. 1981. Animal Physiology Adaptation in Function.  Adison-Wesley Publishing Company. Inc. Philippines.

Martini, F.H. and J. L. Nath.  2009.  Fundamental of Anatomy and Physiology.  Pearson International.  USA.

Sherwood, L.  2001.  Fisiologi Manusia. 2nd  ed.  Alih bahasa Brahm U.Pendit.  Penerbit Buku Kedokteran.  Jakarta.

Wilson, J.A.   1979.  Principles of Animal Physiologi.  2nd ed. Macmillan Publishing Co., Inc.  New York

Presented by Raldo Rasuh

Special thank’s to : Dr. Tuju Eline Adelien sebagai dosen dan pemberi materi

 
Leave a comment

Posted by on February 21, 2013 in Uncategorized

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: