Regulasi Suhu Tubuh

Retty Ratnawati, Aries W

Laboratorium Fisiologi

Fakultas Kedokteran Universitas Brawijaya

1

REGULASI SUHU

• Regulasi suhu tubuh merupakan fungsi hipotalamus

• Deteksi Thermostatic suhu terletak di Preoptic Area Hipotalamus Anterior

• Suhu inti tubuh > 41°C atau < 34°C menunjukkan terganggunya kemampuan tubuh dalam regulasi suhu

Retty Ratnawati 2

1

°C

Adaptasi dari Guyton,2011

10 21 90 43 54 65 76

49

43

38

32

27

21

15

36,1 – 37,7

12,7 – 54

Regulasi Suhu Tubuh – Pembentukan Panas

Mekanisme yang terlibat dalam regulasi :

• Vasokonstriksi pembuluh darah superfisial – membatasi aliran darah ke bagian inti terdalam tubuh

• Kontraksi otot pilomotor yang melingkari rambut kulit – mengurangi hilangnya panas melalui permukaan kulit.

• Rapatnya posisi anatomis ekstermitas tubuh pada batang tubuh – mengurangi area hilangnya panas

• Mengigil – meningkatkan produksi panas otot. Diinisiasi oleh impuls dari hipotalamus

• Peningkatan produksi epinephrine – meningkatkan produksi panas hasil metabolisme

• Peningkatan produksi hormon tyroid – merupakan mekanisme jangka panjang yang meningkatan metabolisme dan produksi panas

Regulasi Suhu Tubuh – Kehilangan Panas

Mekanisme yang terlibat dalam regulasi : • Dilatasi pembuluh darah superfisial – mengalirkan darah yang

mengandung panas inti ke perifer untuk dihilangkan melalui radiasi, konduksi dan konveksi. – Terdapat banyak sekali shunt arteriovenous (AV) dibawah

permukaan kulit yang memungkinkan darah dapat berpindah langsung dari sistem arteri ke sistem vena.

– Saat shunts terbuka, panas tubuh secara bebas disebarkan ke kulit dan lingkungan sekitar

– Saat shunts tertutup, panas dipertahankan di dalam tubuh – Aliran darah pada AV shunt di kontrol secara khusus oleh

sistem saraf simpatis yang berespon terhadap perubahan suhu inti tubuh dan suhu lingkungan

• Berkeringat–meningkatkan hilangnya panas melalui evaporasi

Retty Ratnawati 5

Retty Ratnawati 6

Human Physiology Vander

Peranan hipothalamus

• Suatu area di hipotalamus berperan sebagai integrator primer semua reflek, namun pusat otak yang lain juga berperan membantu beberapa pengontrolan khusus reflek tersebut.

• Output dari hipotalamus dan area otak lain menuju organ efektor melalui :

(1) Saraf simpatis ke kelenjar keringat, arteriole kulit, dan medula adrenal

(2) Neuron motorik ke otot skelet/rangka

Mader - Understanding Human Anatomy and Physiology

Color atlas of Physiology

Hilangnya panas melalui Radiasi dan Konduksi

• Dalam hal pengontrolan suhu, lebih mudah melihat tubuh sebagai inti pusat yang dikelilingi oleh cangkang yang terdiri dari kulit dan jaringan subkutan atau disebut kulit

• Suhu inti pusat inilah yang diregulasi pada suhu sekitar 37°C. suhu permukaan luar juga jelas perubahannya.

Retty Ratnawati 12

0.58 Kal hilang pada setiap gram air yang

menguap

Kontrol Pengeluran Panas Tubuh secara Evaporasi

• Bahkan saat tidak berkeringat, terjadi kehilangan cairan tubuh melalui difusi kulit, yang bukan anti air. Jumlah yang sama juga hilang dari saluran respirasi selama ekspirasi

• 2 jenis cara hilangnya cairan tubuh ini disebut insensible water loss dan jumlahnya sekitar 600 ml/hari pada manusia

• Evaporasi cairan ini cukup signifikan untuk menghilangkan panas tubuh total.

• Berlawanan dengan kehilangan cairan pasif ini, berkeringat membutuhkan sekresi aktif cairan oleh kelenjar keringat dan mendrorongnya ke dalam duktus yang membawanya menuju ke permukaan kulit

Efek saraf simpatis

• Produksi keringat di stimulasi oleh saraf simpatis pada kelenjar keringat

• Saraf ini mengeluarkan asetilkolin, buka epinefrin seperti umumnya

• Keringat adalah larutan yang terutama mengandung NaCL

• Laju keringat dapat mencapai lebih dari 4 L/ jam; evaporasi 4L air akan menghilangkan hampir 2400 kcal tubuh.

Adaptasi Hole’s Essential Physiology

Pertukaran Panas di Kulit

Neurophysiology 17

Jenis Reseptor Suhu

• Sedikitnya ada 3 tipe reseptor termal:

Reseptor dingin

Ujung bebas saraf tipe A

Reseptor hangat

Ujung bebas saraf tipe C

Reseptor nyeri

18

Stimulasi Reseptor Suhu

Pada keadaan suhu lingkungan

• Sangat dingin beku:

Serabut nyeri-dingin menjadi terstimuli pada 10-15 °C

Impuls nyeri-dingin terhenti → reseptor dingin mulai terstimuli (mencapai puncak pada 24 °C dan mereda pada 40 °C)

• Sekitar 30-49 °C

Reseptor hangat menjadi terstimuli namun juga memudah pada suhu 49 ° C

• Sekitar 45 °C

Serabut Nyeri-panas mulai terstimuli + secara berlawanan beberapa serabut dingin mulai terstimuli

19

SOMATOSENSORY TRACT. SOMATO MOTORIC TRACT.

Skema Arkus Reflek

Retty Ratnawati 22

36,7

37,2

37,8

38,3

38,9

39,4

40

40,6

SUH

U T

UB

UH

( C

)

Retty Ratnawati 23

Thermogenesis tanpa Mengigil

• Kontraksi otot bukan satu-satunya poses yang mengatur reflek regulasi suhu. Pada sebagian besar hewan coba, paparan dingin kronis meninduksi peningkatan laju metabolisme (produksi panas) yang bukan akibat aktivitas otot disebut nonshivering thermogenesis.

• Hal ini disebabkan peningkatan sekresi epinephrine adrenal dan peningkatan aktivitas simpatis di jaringan yang juga dipengaruhi hormon thyroid

• Namun, nonshivering thermogenesis cukup kecil, jika ada pada manusia dewasa tidak terjadi peningkatan hormon thyroid sebagai respon terhadap dingin.

• Nonshivering thermogenesis terjadi pada bayi

Thermogenesis dengan Mengigil

• Perubahan aktivitas otot merupakan bagian kontrol utama produksi panas pada regulasi suhu. Perubahan otot pertama sebagai respon penurunan suhu inti tubuh adalah peningkatan kontraksi otot rangka secara gradual dan general.

• Hingga terjadi peristiwa mengigil, yang terdiri dari goyangan kontraksi otot ritmis dan relaksasi pada kecepatan tinggi.

• Selama mengigil, saraf motoris eferen ke otot skelet dipengaruhi jalur descending dibawah kontrol primer hipotalamus

• Karena tidak ada kerja eksternal yang terjadi saat mengigil, tampaknya semua energi yang dibebaskan oleh mesin metabolik berupa panas internal dan dikenal dengan shivering thermogenesis.

• Orang juga menggunakan ototnya untuk aktivitas produksi panas secara volunter seperti mengetuk-ketukkan kaki dan bertepuk tangan.

Thermoregulasi tonus muscular

• Respon primer otot adalah terhadap dingin • Reaksi otot yang berlawanan terjadi sebagai

respon terhadap panas. Kontraksi basal otot secara reflek menurun dan gerakan volunter juga menghilang

• Usaha untuk mengurangi produksi panas sangat terbatas, karena kontraksi otot basal cukup rendah untuk bisa mengawali dan karena peningkatan suhu inti akibat panas bekerja secara langsung pada sel untuk meningkatkan laju metabolime.

Keefektivitasan kulit sebagai insulator

• Efektifitas kulit sebagai insulator berperanan utama dalam kontrol fisiologis melalui perubahan aliran darah yang mengalir. Semakin banyak darah yang mencapai kulit dari dari inti, suhu kulit makin mendekati inti. Akibatnya, pembuluh darah mengurangi kapasitas isolasi dari kulit dengan membawa panas ke permukaan agar hilang di lingkungan eksternal

• Pembuluh darah dikontrol sebagian besar oleh vasokonstriksi saraf simpatis, yang derajat aksinya meningkat sebagai respon terhadap dingin dan menurun sebagai respon terhdapa panas

• Terdapat populasi saraf simpatis kulit yang neurotransmiternya aktif menyebabkan vasodilatasi. Beberapa daerah di kulit lebih berparsipasi dari bagian lain dalam respon vasomotor sehigga suhu kulit bervariasi di berbagai lokasi tubuh.

Hilangnya panas melalui “terengah-engah” atau panting

• Beberapa mamalia menghilangkan panas tubuh dengan panting.

• Peningkatan inspirasi dangkal dengan cepat ini sangat meningkatkan jumlah air yang menguap di mulut dan saluran pernafasan demikian juga hilangnya panas. Karena nfasnya pendek, maka sedikit menimbulkan perubahan komposisi udara alveolar

• Konstribusi reltif masing-masing proses pemindahan panas dari tubuh bervariasi sesuai suhu lingkungan.

• Pada suhu 21 °C, penguapan hanya minimal pernanannya jika seseorang dalam keadaan istirahat.

• Saat suhu lingkungan mendekati suhu tubuh, hilangnya panas melalui radiasi akan menurun dan penguapan meningkat

Pengaruh Kelembapan Relatif

• Sangat penting untuk menyadari bahwa Keringat harus berevaporasi untuk memunculkan efek pendinginan.

• Faktor terpenting yang menentukan kecepatan evaporasi adalah kandungan uap air di udara – yang disebut kelembapan relatif

• Ketidaknyamanan di siang yang lembab adalah karena gagalnya evaporasi; kelenjar keringat terus bersekresi, tapi keringat menetap dikulit atau menetes.

Mekanisme Perilaku

Ada 3 mekanisme perilaku (behavioral) yang mempengaruhi hilangnya panas melalui radiasi dan konduksi:

1. perubahan area permukaan

2. perubahan cara berpakaian dan

3. pemilihan lingkungan

Mekanisme Perilaku - 1

Merubah luas permukaan

- Bersedekap, membungkuk dan manuver serupa merupakan respon untuk mengurangi area permukaan terhadap paparan dingin lingkungan, dengan demikian mengurangi kehilangan panas melalui radiasi dan konduksi.

31

Mekanisme Perilaku - 2

Merubah cara berpakaian

- Pada manusia, pakaian juga merupakan komponen penting untuk regulasi temperatur, menggantikan efek penghalang bulu pada burung dan rambut pada mamalia. Permukaan luar pakaian merupakan bagian eksterior permukaan tubuh.

- Kulit kehilangan panas secara langsung pada ruang udara yang terbentuk di dalam pakaian, kemudian diserap oleh bagian dalam pakaian dan dipindahkan ke lingkungan luar. Kemampuan penghalangan sebuah pakaian ditentukan terutama oleh ketebalan ruang udara di dalam pakaian.

32

Pakaian dan Suhu Tubuh

• Pakaian tidak hanya penting pada suhu rendah tapi juga pada suhu yang sangat tinggi. Saat suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu tubuh, konduksi lebih menghasilkan panas daripada menghilangkan panas

• Panas juga muncul melalui radiasi selama terpapar matahari. Orang kemudian melindungi diri dari keadaan tersebut dengan memakai pakaian. Pakaian itu sendiri harus longgar sehingga cukup ruang untuk pergerakan udara memungkinkan evaporasi.

• Pakaian putih lebih dingin karena memantulkan energi radiant lebih banyak

• Baju oblong/gamis (longgar-pas), warna cerah lebih mendinginkan daripada bertelanjang di lingkungan panas dan selama paparan sinar matahari

Mekanisem perilaku - 3

• Mekanisme perilaku ketiga untuk merubah hilangnya panas adalah :

– mencari lingkungan yang lebih hangat atau lebih dingin, misalnya pindah dari tempat yang rindang ke tempat yang terang

– Meningkatkan dan menurunkan thermostat suatu rumah atau menghidupkan AC

Integrasi Mekanisme Efektor • Dengan merubah mekanisme hilangnya panas, perubahan

aliran darah di kulit sendiri sudah cukup meregulasi suhu tubuh selama berada pada suhu lingkungan (sekitar 25-30C) yang disebut zona thermonetral.

• Pada suhu lingkungan yang lebih rendah dari nilai tersebut, vasokonstriksi maksimal tidak cukup mampu mencegah hilangnya panas, sehingga tubuh harus meningkatkan produksi panasnya untuk mempertahankan suhu.

• Pada suhu lingkungan diatas zona thermoneutral, bahkan vasodilatasi maksimal tidak cukup menghilangkan panas secepat diproduksinya, dan mekanisme hilangnya panas dengan cara lain – berkeringat – juga berperanan penting.

• Karena suhu lingkungan diatas suhu tubuh, panas sebenarnya ditambahkan ke tubuh melalui radiasi dan konduksi, evaporasi merupakan kunci mekanisme hilangnya panas.

• Kemampuan seseorang untuk mentoleransi suhu tersebut ditentukan oleh kelembapan dan laju pengeluaran keringatnya

Mekanisme Demam

Porth Pathophysiology: Concepts of Altered Health States

Fever • Demam atau pyrexia, diartikan sebagai peningkatan suhu

tubuh yang disebabkan oleh produksi sitokin yang mengatur ulang set point di pusat thermogerulasi hipothalamus

• Demam yang diregulasi hypothalamus bisanya tidak mencapai diatas batas keamanan 41°C

• Demam dapat disebabkan oleh sejumlah microorganisms dan bahan yang secara kolektif disebut pirogen (beberapa protein, hasil pemecahan protein, toksin lipopolysaccharide yang dikeluarkan oleh membran sel bakteri) – Beberapa pirogen dapat bekerja langsung dan segera pada pusat

regulasi suhu hipotalamus dengan meningkatkan set point

– Pirogen lain, kadang disebut pirogen eksogen, bekerja secara tak langsung dan membutuhkan beberapa jam hingga timbulnya efek

Penyebab Demam • Demam Tipe Sentral = demam neurogenic

• Demam tipe Non – central :

– Penyakit infeksi

– Penyakit Noninfectious :

• Infark Myocard

• Emboli Pulmonar

• Neoplasms (misalnya malignant cells in leukemia, Penyakit Hodgkin’s yang memproduksi pyrogens)

• Trauma

• Pembedahan

Demam Neurogenic

• Biasanya disebabkan oleh kerusakan hipotalamus yang disebabkan oleh – Trauma sistem saraf pusat

– Perdarahan intraserebral

– Peningkatan tekanan intrakranial

– Obat-obatan (anastesi)

• Ciri demam neurogenik adalah suhu yang sangat tinggi yang resisten terhadap terapi antipyretic dan tidak berkeringat

Mekanisme Demam

1. Keluarnya pyrogen endogen dari sel-sel inflamasi

2. Set ulang set point hipotalamus pusat thermoregulasi suhu ke angka yang lebih tinggi

3. Terjadinya respon yang dimediasi hipotalamus untuk meningkatkan suhu tubuh (chill)

4. Terjadilah demam dengan peningkatan set point thermostatik yang baru

5. Muncul respon untuk menurunkan suhu (flush dan Defervescence)

Mekanisme Demam

• Pyrogen eksogen menginduksi sel penjamu, seperti leukosit darah dan makrofag jaringan untuk memproduksi mediator penghasil panas yang disebut pyrogen endogenous (misalnya., interleukin-1). – Pyrogen endogen memediasi sejumlah respon. Misalnya,

interleukin-1 sebagai mediator inflamasi menghasilkan tanda lain inflamasi seperti leukocytosis, anorexia, dan malaise.

• Phagocytosis bakteri dan pemecahan produk bakteri yang ada di darah menyebabkan menyebarnya pyrogen endogen ke sirkulasi.

• Pyrogen endogen meningkatkan set point pusat thermoregulasi hypothalamus thermoregulatory melalui kerja prostaglandin E2.

• Sebagai respon peningkatan set point mendadak, hypothalamus menginisiasi perilaku produksi panas (shivering dan vasoconstriksi) yang meningkatkan suhu inti tubuh pada set point yang baru, dan terjadilan panas