Jelaskan tentang skema keseimbangan pembuangan panas dan pembentukan panas dalam tubuh untuk menjaga supaya temperatur tubuh relatif konstan !
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.
Mekanisme Pertukaran panas
Pertukaran panas dengan lingkungan meliputi 4 proses 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.
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.
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:
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.
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.
Rangsangan terhadap pusat respirasi sehingga meningkatkan kedalaman respirasi. Sering seseorang melakukan respirasi dengan mulut terbuka daripada melalui hidung untuk meningkatkan evaporasi melalui paru paru.
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.
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
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.
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.
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.
Produksi panas
Proses metabolisme menghasilkan energi yang diguankan untuk sintesa molekul-molekul baru, untuk kerja dan atau dilepaskan sebagai panas tubuh. Dalam suatu organisme, energi ditransformasikan dari satu bentuk ke dalam bentuk yang lain dalam macam-macam tingkatan biokomia dan berkaitan dengan yang dibutuhkan oleh oksidasi seluler dimana Carbon (C) dioksidasi menjadi CO2, Hidrogen (H) menjadi H2O dan energi potensial dikonversikan dalam bentuk lain energi seperti, energi termal, kemikal, elektrical dan mekanikal.
Kecepatan produksi panas dikontrol oleh sistim syaraf dan hormon. Kedua sistem tersebut secara langsung mengatur produksi panas dengan adanya modifikasi nafsu makan hewan dan proses pencernaan pakannya, dan atau secara tidak langsung dengan adanya perubahan aktivitas dari enzim-enzim pencernaan dan sintesa protein.
Neuro kontrol
Selama abad ke 20, banyak pakar fisiologi mendemonstrasikan dan tidak ada keraguan lagi bahwa pada pusat dan bagian perifer dari sistem syaraf terdapat komponen yang sangat penting dari sistem pengontrol pengatur temperatur, yaitu produksi panas dan pelepasan panas.
Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa kecepatan produksi panas dipengaruhi oleh adanya temperatur lingkungan yang menstimulsi reseptor bagian perifer dan oleh perubahan bagian dalam temperatur tubuh. Tanda-tanda output dari sistem syaraf pusat yang mengubah produksi panas secara langsung dikethaui ada tidaknya pembentukan panas dengan shivering (menggigil) atau tanpa shivering.
Pendinginan lokal dari hipothalamus atau spinal cord meningkatkan produksi panas pada babi apabila babi tersebut ditempatkan pada tempat yang dingin. Pemberian panas pada hypothalamus dan spinal cord cenderung menurunkan produksi panas. Suatu hasil penelitian menunjukkan pendinginan hipothalamus secara lokal menyebabkan shivering pada kambing, sedangkan pada sapi yang ditempatkan pada lingkungan yang dingin pemberian panas pada hypothalamus menurunkan shivering.
Efek injeksi intraventricular 5-hydroxytryptamine (5-HT), acetylcholine (Ach), norepinephrine (NE) dan prostaglandin terhadap respon pengaturan temperatur tergantung pada ambient temperatur. Injeksi NE tidak mempunyai efek pada produksi panas dalam lingkungan yang panas, tetapi menyebabkan penghambatan produksi panas produksi panas dan shivering pada lingkungan yang dingin. Prostaglandin E meningkatkan temperatur tubuh dan produksi panas pada pedet, tetapi prostaglandin F tidak mempunyai efek pada pengaturan panas.
Hormonal kontrol
Beberapa hormon mempunyai hubungan yang erat dengan pengaturan atau pembentukan kalori, seperti: thyroxin (T4), triiodothyronine (T3), Growth hormone (GH) dan glucocoticoid.
Keseimbangan panas (heat balance)
Keseimbangan panas adalah panas yang diproduksi sama dengan panas yang hilang (heat production = heat loss).
Toleransi panas (heat tolerance)
Yaitu ketahanan hewan terhadap keadaan panas sekitarnya. Gambaran tinggi rendahnya toleransi panas seekor ternak dapat diketahui dari beberapa aspek dari reaksi tubuhnya, misal perubahan temperatur tubuh, frekuensi pernafasan, fertilitas dan jumlah produksi.
Temperatur rektal
Index untuk mendapatkan temperatur tubuh yang paling mudah pada ternak yaitu dengan memasukkan termometer ke dalam rectum.
Temperatur rektal pada beberapa species
Hewan Rata-rata temepratur (0C) Kisaran (0C)
Kuda jantan 37,6; 37,20C; 38,1
Kuda betina 37,8; 37,30C; 38,2
Sapi potong 38,3; 36,70C; 39,1
Sapi perah 38,6; 38,00C; 39,3
Domba 39,1; 38,30C; 39,9
Kambing 39,1; 38,50C; 39,7
Babi 39,2; 38,70C; 39,8
Anjing 38,9; 37,90C; 39,9
Kucing 38,6; 38,10C; 39,2
Kelinci 39,5; 38,60C; 40,1
Ayam(siang)41,7; 40,60C; 43,0
Sweating (berkeringat)
Ada 2 macam kelenjar keringat.
1. Eccrine glands, disuplai oleh serabut-serabut cholinergic yang terdapat dalam saraf simpatik
2. Apocrine gland, merupakan perkembangan dari folikel-folikel rambut
Pengaturan panas dengan berkeringat ditimbulkan dengan jalan:
1. Reflek, karena adanya stimulasi dari reseptor panas pada kulit
2. Adanya kenaikan temperature hypothalamus
Kepentingan berkeringat sebagai mekanisme pembuangan panas bervariasi diantara species. Pada anjing berkeringat kurang dipentingkan, tapi dengan cara panting (terengah-engah) lebih diutamakan. Pada sapi maksimal evaporasi lewat permukaan kulit sekitar 150 g/m2/jam pada temperatur luar 400C. Sedangkan evaporasi lewat pernafasan jumlahnya hanya sekitar 1/3 nya pada kondisi yang sama. Pada domba berkeringat kurang penting dibanding sapi dalam pembuangan panas tubuh.
Panting (terengah-engah)
Pada mekanisme panting biasanya disertai dengan meningkatnya sekresi ludah. Panting sering terjadi pada anjing.
Shivering (menggigil)
Biasanya terjadi bila keadaan lingkungan yang dingin datang mendadak, menggigil merupakan kontribusi utama untuk mempercepat produksi panas. Menggigil merupakan fungsi tak sadar dari tubuh, dengan adanya tremor otot dengan frekuensi sekitar 10x/detik.
Respon fisiologis terhadap keadaan dingin pada dasarnya adalah untuk mencegah turunnya temperatur tubuh, ditempuh melalui:
1. Pengurangan panas yang hilang (reduction of heat loss). Ini dilakukan dengan memperkecil permukaan tubuh (menekuk tubuh, curled-up), meningkatkan penimbunan lemak subkutan, meningkatkan pembentukan bulu.
2. Peningkatan produksi panas. Ini dilakukan dengan menggigil (shivering) dan juga non shivering termogenesis. Non shivering thermogenesis berkaitan dengan aktivitas epineprin, norepineprin, thyroxine dan adrenocortical.
Jelaskan tentang istilah Shivering untuk menjaga temperatur tubuh dalam zona nyaman !
Shivering adalah fungsi tubuh dalam menanggapi awal hipotermia atau hanya merasa dingin di berdarah panas hewan. Ketika inti suhu tubuh turun, yang menggigil refleks dipicu untuk mempertahankan homeostasis . Otot rangka mulai goyang di gerakan kecil, menciptakan kehangatan dengan pengeluaran energi . Menggigil juga bisa menjadi respon terhadap demam , sebagai seseorang mungkin merasa dingin. Selama demam set point hipotalamus untuk suhu dinaikkan. Set point meningkat menyebabkan suhu tubuh meningkat ( demam ), tetapi juga membuat pasien merasa dingin sampai set point baru tercapai. Parah menggigil disertai menggigil kekerasan disebut kerasnya. Kerasnya terjadi karena tubuh pasien menggigil dalam upaya fisiologis untuk meningkatkan suhu tubuh untuk set point baru.
Terletak di posterior hipotalamus dekat dinding ventrikel ketiga adalah sebuah daerah yang disebut pusat motor utama untuk menggigil. Daerah ini biasanya dihambat oleh sinyal dari pusat panas di daerah hipotalamus-preoptic anterior tapi gembira dengan sinyal dingin dari kulit dan sumsum tulang belakang . Oleh karena itu, pusat ini menjadi aktif ketika suhu tubuh turun bahkan sebagian kecil dari tingkat bawah tingkat temperatur kritis. Tanggapan menggigil dingin-defensif dan demam membutuhkan aktivasi neuron raphe medula rostral, terutama yang terletak di dekat garis tengah di wilayah inti raphe pallidus antara 2,3 dan 3,5 mm ekor dengan garis interaural, sesuai dengan tingkat antero-posterior antara 400 m ekor untuk 800 pM rostral ke perbatasan ekor dari inti wajah, dan dipengaruhi oleh aktivasi reseptor 5-HT1A lokal; perintah jalur pusat untuk menggigil paralel yang untuk simpati diatur non-menggigil thermogenesis dalam jaringan adiposa coklat (dibahas di bawah): Cutaneous dingin aktivasi aferen-memicu neuron di hipotalamus dorsomedial dan transmisi GABAergic dari inti preoptic median ke menengahi daerah preoptic medial respon menggigil serta jaringan adiposa coklat non-menggigil tanggapan termogenik dan takikardi untuk pendinginan lingkungan. [2]
Peningkatan hasil aktivitas otot di generasi panas sebagai produk sampingan. Paling sering, ketika tujuan dari aktivitas otot adalah untuk menghasilkan gerak, panas yang terbuang energi. Dalam menggigil, panas adalah produk yang dimaksudkan utama dan digunakan untuk kehangatan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar