Kehidupan organisme tergantung kepada reaksi-reaksi dimana energi kimia ditransformasikan menjadi panas.

Kecepatan reaksi dipengaruhi oleh temperatur. Produk-si panas akan meningkat dua atau tiga kali apabila temperatur naik 100 Celcius.

Melalui evolusi, burung dan mammalia telah mengembangkan organ yang mampu me-ngatur panas tubuh dan dapat mempertahankan temperatur bagian dalam tubuhnya se-lalu konstan dibandingkan dengan temperatur luar tubuhnya, lalu burung dan mammalia itu disebut sebagai hewan yang berdarah panas (homeotherm).

HOMEOTHERM

POIKILOTHERM

Hewan-hewan yang berdarah panas dan mampu melak-sanakan aktivitas hidupnya di bawah pengaruh tempe-ratur luar tubuh yang bervariasi besar.

Hewan-hewan yang berdarah dingin dimana temperatur tubuh tergantung pada temperatur luar yang sangat ber-variasi, sehinggga hewan-hewan tersebut bagaikan bu-dak dari temperatur luar tubuh. Pada keadaan dingin akti-vitas tubuh mereka bagaikan tidur dan pada keadaan panas mereka masuk ke lumpur untuk melindungi dirinya dari keganasan panas lingkungannya.

Temperatur tubuh bagian dalam pada hewan homeotherm berkisar mulai dari gajah 36o

Celcius ke burung 41o Celcius.

Metabolisme: berat badan yang sama pada 37o Celcius: rattlesnake 7, 7 cal/kg/24 hr

rabbit 44,8 cal/kg/24 hr

Beberapa mammalia mempertahankan temperatur badan yang tinggi pada kondisi temperatur lingkungan yang kondusif, namun tidak lagi bersifat homeothermik pada lingkungan dingin. Keadaan seperti ini disebut hibernasi.

Hibernasi murni: Marmot EropaGround Hog AmerikaHedgehog

Beruang tidaklah hibernant murni, karena selama ia tidur di musim dingin, darahnya masih tetap panas (homeotherm).

Pada saat tidur di musim dingin, temperatur tubuh hibernant turun dan hanya sedikit di atas temperatur sekitarnya. Bila temperatur turun mendekati beku untuk jaringan tubuh, hewan tersebut bangun dan segera terjadi pemanasan tubuh. Kemampuan hibernant mammalia untuk bangun dari hibernasi hanya menggunakan panas tubuhnya dan inilah yang membedakannya dengan he-wan poikilotherm murni.

Kadar gula darah hibernant pada saat tidur di musim dingain sangat rendah dan di sisi lain kadar Mg++ dalam serum darahnya sangat tinggi.

Namun tidak ada pengaruh hormonal yang mengontrol hibernasi.

Umur, jenis kelamin, musim, temperatur lingkungan, kerja, makan, dan minum.

Dipengaruhi oleh:

Terdapat gradien temperatur dalam darah, jaringan dan rectum dan temperatur terendah terdapat pada exterior tubuh. Temperatur hati 1o atau 2o C lebih tinggi dari temperatur rectum. Temperatur otak lebih tingi dari temperatur darah dalam arteri carotid. Pada rumi-nansia, temperatur intra rumen lebih tinggi dari temperatur rectum karena terjadinya extra panas yang diproduksi mikroorganisme.

Pada manusia, temperatur mulut adalah 37oC (98,6oF). Rata-rata temperatur mulut berkisar dari 36,3o dan 37,1oC dengan standar deviasi 1,96. Berbagai bagian tubuh juga berbeda dan besarnya perbedaan suhu antara bagian-bagian bervariasi dengan suhu lingkungan. Extrimitas pada umumnya lebih dingin dari bagian tubuh lainnya.

Suhu rectum mewakili suhu inti tubuh dan paling sedikit berubah dengan perubahan suhu keliling. Suhu mulut normal 0,5oC lebih rendah dari suhu rectum.

Pada wanita terdapat siklus bulanan tambahan perubahan suhu karena ovulasi.

Pada anak-anak pengaturan suhu masih kurang baik, suhu dapat 0,5oC di atas suhu normal dewasa.

Selama kerja, pembentukan panas oleh kontraksi otot terkumpul dalam tubuh dan tempertur rectum dapat mencapai 40oC.

TEMPERATUR RECTAL PADA BEBERAPA HEWAN Rata-rata Kisaran

Hewan oC oF oC oF

Domba 39.1 102.3 38.3 – 39.9 100.9 – 103.8 Kambing 39.1 102.3 38.5 – 39.7 101.3 – 103.5 Babi 39.2 102.5 38.7 – 39.8 101.6 – 103.6 Anjing 38.9 102.0 37.9 – 39.9 100.2 – 103.8

Ayam 41.7 107.1 40.6 – 43.0 105.0 – 109.4

Kuda jantan 37.6 99.7 37.2 – 38.1 99.0 – 100.6 Kuda betina 37.8 100.0 37.3 – 38.2 99.1 – 100.8 Keledai 37.4 99.3 36.4 – 38.4 97.5 – 101.1

Unta 37.5 99.5 34.2 – 40.7 93.6 – 105.3

Sapi potong 38.3 101.0 36.7 – 39.1 98.1 – 102.4 Sapi susu 38.6 101.5 38.0 – 39.3 100.4 – 102.8

Kucing 38.6 101.5 38.1 – 39.2 100.5 – 102.5 Kelinci 39.5 103.1 38.6 – 40.1 101.5 – 104.2

PEMBENTUKAN DAN PEMBUANGAN PANAS TUBUH

Produksi panas tubuh oleh:

Proses-proses metabolisme Intake makanan (specific dynamic action) Aktivitas otot

Panas tubuh hilang disebabkan:

Radiasi dan konduksi 70 Penguapan oleh keringat 27 Respirasi 2 Urinasi dan defekasi 1

Persentase kehilangan panas pada 21oC

Reaksi-reaksi kimia dasar ikut serta dalam pembentukan panas tubuh.Pencernaan makanan meningkatkan pembentukan panas tu-buh disebabkan daya dinamik spesifik (specific dynamic ac-tion) makanan.Sumber utama panas tubuh adalah kontraksi otot kerangka.

Pembentukan panas dapat diubah-ubah oleh mekanisme endocrine tanpa pemasukan makanan atau kerja otot.

Epinephrine dan norepinephrine menyebabkan kenaikan pembentukan panas tubuh dengan cepat, tetapi cepat hilang pengaruhnya.

Hormon-hormon thyroid menyebabkan kenaikan panas tubuh yang lamban tetapi lama pengaruhnya.

Rangsangan sympathicus akan berkurang apabila berpuasa dan akan naik apabila diberi makan.

Sumber panas yang banyak pada bayi adalah lemak coklat yang terletak antara belikat dengan tulang skapula. Lemak ini memperlihatkan proses metabolisme yang cepat dan fungsinya ibarat selimut listrik untuk bayi.

Radiasi adalah pemindahan panas dari satu benda ke benda lain tanpa bersentuhan.

Konduksi adalah pertukaran panas antara benda-benda yang berbeda suhu. Jumlah panas yang di-pindahkan adalah sebanding dengan perbedaan su-hu antara kedua benda tersebut (thermal gradient).

Konveksi yaitu gerakan molekul-molekul gas atau cairan dengan suhu tertentu ke tempat lain yang suhunya berbeda, membantu konduksi.

Radiasi dan konduksi bekerja melawan pemeliha-raan suhu tubuh.

Jumlah panas dari jaringan dalam tubuh yang mencapai kulit dapat berubah-ubah dengan berubahnya aliran darah ke kulit. Apabila pembuluh darah kulit berdilatasi, maka darah yang hangat muncul ke kulit, sedangkan padvasokonstriksi, maka panas di tahan di dalam tubuh. Kecepatan panas yang dipindahkan dari jaringan dalam ke kulit dinamakan “konduktansi jaringan” (tissue conductance).

Burung meiliki bulu yang rapat dengan kulit, sedangkan mammalia memiliki rambut atau bulu yang bermakna. Panas yang dihantarkan dari kulit akan terjaring dalam lapisan bulu atau rambut ini. Apabila lapisan bulu atau rambut menjadi bertambah tebal atau dikenal dengan sebutan horipilasi, maka panas yang dipindahkan menjadi berkurang, dan pengeluaran panas juga menjadi berkurang.

Adalah akibat dari horipilasi.

Pimples adalah manifestasi yang tampak akibat kon-traksi otot-otot piloerector yang terikat pada rambut.

Proses penyingkiran panas yang utama lainnya dari tubuh adalah melalui penguapan air pada kulit, membran mukosa mulut dan saluran pernafasan. Penguapan 1 g air membuang kira-kira 0,6 kcal panas.

Pada orang dewasa, pengeluaran air yang tak terasa ini jumlahnya 50 ml/jam. Sekresi keringat dipengaruhi kelembaban udara di sekitarnya. Hari-hari yang lembab dirasakan lebih panas. Hal ini disebabkan karena menurunnya pengeluaran keringat. Meskipun pengeluaran keringt sempurna, dalam keadaan lembab orang masih merasa lebih panas dibandingkan dengan lingkungan yang kering. Hal ini disebabkan, dalam lingkungan yang lembab keringat menyebar ke daerah yang lebih luas dari kulit sebelum menguap.

Kerja dalam lingkungan panas ………...….. keringat 1600 ml/jam

Membuang panas melalui keringat …………….. 30 – 900 kcal/jam

Beberapa mammalia membuang panas dengan “berengah”. Cara bernafar yang dangkal dan cepat ini dapat meningkatkan jumlah air yang menguap dalam mulut dan saluran pernafasan.

Apabila suhu lingkungan sama dengan suhu tubuh, maka pembuangan panas melalui radiasi berkurang, tetapi pembuangan panas melalui penguapan meningkat.

Pada hewan, menggulung tubuh merupakan usaha melawan dingin.

Menggigil merupakan respons yang tidak disengaja dari otot kerangka, tetapi dingin juga meningkatkan aktivitas motorik umum yang setengah disadari. Contoh: merentakkan kaki dan menari-nari waktu dingin.

Kenaikan sekresi catecholamine adalah respons endocrine terhadap dingin. Medulektomi tikus mati lebih dahulu dibandingkan tikus kontrol bila dikenakan dingin.

Pada hewan laboratorium, sekresi TSH meningkat saat dingin dan menurun saat panas. Pada manusia perubahan sekresi ini sangat kecil, sehingga maknanya diragukan.

Bila pembuluh darah kulit didinginkan, maka arteriole dan venule berkontriksi serta akan lebih peka terhadap catecholamine. Darah yang dingin dibawa meninggalkan kulit dan masuk ke venae comitan dan vena-vena profunda yang berjalan bersebelahan dengan arteri. Oleh darah arteri, panas dipindahkan ke darah venosa dan kembali ke tubuh tanpa melalui kulit (countercurrent).

Reflex Pengaturan Suhu Tubuh:

Yang diaktifkan oleh dingin dikontrol oleh hypothalamus posterior

Yang diaktifkan oleh panas dikontrol oleh hypothalamus anterior

Pusat Pengaturan Suhu Tubuh

MEKANISME PANGATURAN SUHU TUBUH

Mekanisme diaktifkan oleh dingin

Mekanisme diaktifkan oleh panas

Menggigil

Lapar, aktivitas otot kerangka meningkat

Sekresi epinephrine dan nor epinephrine meningkat

Vasokonstriksi Cutaneous

Berdekap badan

Horipilasi

Vasodilatasi Cutaneous

Berkeringat

Respirasi meningkat

AnorexiaApathy dan Inersia

MeningkatkanProduksi panas

Menurunkan Ke-

hilangan panas

Meningkatkan Ke-

hilangan panas

Menurunkan

Produksi panas

Perangsangan pada hypothalamus anterior menyebabkan vasodilatasi pada kulit dan berkeringat. Bila terjadi lesi pada daerah ini maka terbentuk hipertermia dimana suhu rectum dapat mencapai 43oC.

Perangsangan hypothalamus posterior menyebabkan meng-gigil dan hewan percobaan dengan lesi di daerah ini menye-babkan suhu tubuhnya sama dengan suhu lingkungan.

Serotonin merupaka mediator synaps pada pusat-pusat pe-ngaturan mekanisme yang diaktifkan oleh dingin. Norepi-nephrine memiliki peran yang sama pada pusat-pusat pengaturan yang diaktifkan oleh panas.

Rangsangan yang mengaktifkan daya tahan terhadap suhu tinggi adalah ber-asal dari sel-sel yang peka terhadap suhu di dalam hypothalamus. Kesim-pulan ini diperoleh dari percobaan yang memperlihatkan bahwa suhu dari ba-gian belakang rongga hidung dan telinga dalam, yang berdekatan dengan hypothalamus, mempunyai hubungan erat dengan respons termoregulasi ter-hadap perubahan suhu lingkungan.

“Suhu Kepala” tidak selalu berhubungan dengan suhu “Pusat Tubuh” rectum. Pembentukan panas meningkat apabila suhu kepala turun di bawah suhu ambang, tetapi ambang untuk respons adalah lebih rendah dan besarnya menurun apabila suhu kulit meningkat.

Mungkin merupakan tanda sakit yang paling tua dan paling umum dikenal. Demam terjadi pada mammalia, burung, reptil, amfibi dan ikan.

Pada homeotherm, mekanisme thermoregulasinya bertin-dak seperti disesuaikan untuk mempertahankan suhu tu-buhnya di atas suhu yang lebih tinggi dari normal, seolah-olah thermostatnya terpasang di atas 37oC.

Reseptor barunya memberi isyarat bahwa suhu yang sebenarnya adalah di ba-wah titik yang baru. Apabila mekanisme menaikkan suhu diaktifkan, maka akan terasa dingin dan ada kalanya menggigil karena vasokonstriksi kulit.

Kenaikan suhu pada hewan percobaan yang disuntik pirogen adalah disebab-kan oleh peningkatan produksi panas jika di lingkungan dingin, dan karena pengurangan pengeluaran panas jika di lingkungan panas.

Pathogenesis demam dapat ditimbulkan oleh toksin bakteri dan menghasilkan pirogen endogen (EP), yaitu protein dengan BM 13.000 – 15.000. Kemudian EP ini masuk ke otak pada daerah preoptik hypothalamus. Demam yang dihasil-kan kemungkinan disebabkan produksi prostaglandin lokal, karena injeksi prostaglandin ke hypothalamus akan menimbulkan demam. Efek antipiretik dari aspirin terjadi langsung pada hypothalamaus. Aspirin menghambat sintesis prostaglandin.

Endotoxin, Inflammasi, Rangsangan Pirogenik lain

Leukocytes Polymorphonuclear, Monocytes, Macrophages (limpa dan

alveol paru-paru), sel-sel Kupffer

Daerah Preoptik Hypothalamus

Demam

Endogenous Pyrogen

Prostaglandins

Kegunaan demam bagi organisme ma-sih belum diketahui.

Manfaat demam tentu ada, sebab de-mam ditimbulkan dan menetap sebagai respons terhadap infeksi dan penyakit-penyakit lainnya.

Sebelum ditemukan antibiotika, demam buatan ditimbulkan untuk pengobatan neurosifilis.

Tidak diketahui apakah demam yang membunuh mikroorganisme dan pe-nyebab penyakit infeksi lainnya.

Suhu yang tinggi membahayakan. Su-hu rectum lebih dari 41oC untuk waktu yang lama akan menimbulkan “pukulan panas” (heat stroke) yang dapat men-datangkan kematian.

Hewan hibernasi suhu tubuhnya turun tanpa menim-bulkan gangguan dan tampak normal setelah bangun.

Pada hipothermia buatan, kulit atau darah didinginkan, maka proses metabolik dan fisiologik menjadi lamban. Pernafasan dan denyut jantung menjadi sangat lamban, tekanan darah rendah dan kesadaran hilang.

Pada suhu rectum 28oC, maka kemampuan kembali kesuhu normal hilang, te-tapi individu masih tetap hidup, dan bila tubuh dipanaskan dengan panas dari luar, maka akan kembali pada keadaan normal.

Jika pembentukan kristal es pada jaringan hewan percobaan dapat dicegah, maka suhu dapat diturunkan hingga berada di bawah titik beku tanpa menimbulkan kerusakan, setelah tubuh dipanaskan kembali.

Manusia dapat bertahan pada suhu tubuh 21 – 24oC tanpa efek yang meng-ganggu, dan hypothermia buatan telah banyak digunakan pada pembedahan.

Pasien hypothermik, sirkulasi darahnya dapat dihentikan relatif lama, karena kebutuhan O2 untuk jaringan sangat berkurang. Tekanan darah menjadi rendah dan perdarahan dapat ditekan. Hypothermik dapat menghentikan denyut jan-tung, sehingga memungkinkan untuk membuka jantung dan tindakan-tindakan lainnya. Operasi otak tidak mungkin dilakukan tanpa pendinginan.

Neural and Hormonal

Epinephrine, norepinephrine dan thyroxine merupakan hormon-hormon penting untuk pengaturan suhu tubuh terhadap lingkungan yang dingin dan tidak menimbulkan reflex menggigil. Ketiga hormon ini meningkat pada kondisi “cold stress”.

Bila pemanasan lokal terhadap pusat thermoregulasi di hypothalamus anterior dilakukan pada hewan percobaan, maka akan menghambat aktivitas sistem simpatikoadreno-medullari dan aktivitas kelenjar thyroid terlihat timbul normal seperti dalam keadaan cold stress umum. Sebaliknya, pendinginan lokal terhadap pusat ini akan mengaktipkan sistem simaptikoadrenomedillari dan meningkatkan sekresi thyroxine. Sekresi thyroxine dimediasi oleh bebasnya TSH (thyrotropic hormone) dari hypophyse anterior.

Dengan demikian terbukti bahwa, bila terjadi perubahan pada temperatur tubuh bagian dalam maka akan mempengaruhi mekanisme thermoregulasi baik neural maupun hormonal dengan jalan mempengaruhi aktivitas pusat-pusat detektor panas tubuh pada hypoyhalamus anterior.

Pusat thermoregulasi pada hypothalamus anterior berperan dalam mengon-rol mekanisme cold defense hormonal ini.

NEURO-MUSCULAR COLDDEFENSE MECHANISMSKIN VASOCINSTRICTION

SHIVERING

HORMONAL COLD DEFENSE MECHANISM

SECR. OF NOREPINEPHRINEEPINEPHRINE THYROXINE

HEAT LOSS MECHANISMSKIN VASODILATATION

SWEATING AND PANTING

HEAT LOSS MECHANISMSKIN VASODILATATION

SWEATING AND PANTING

NEURO-MUSCULAR COLDDEFENSE MECHANISMSKIN VASOCINSTRICTION

SHIVERING

HORMONAL COLD DEFENSE MECHANISM

SECR. OF NOREPINEPHRINEEPINEPHRINE THYROXINE

EXTERNAL COLD PERIPHERAL COLD

RECEPTORS

EXTERNAL HEAT PERIPH. WARMTH

RECEPTORS

HYPERTHERMIA THERMOREGULATORY

“CENTER”

HYPOTHERMIA THERMOREGULATORY

“CENTER”

-

-

+

+

-

-

-

-

+

+

+

+

AKLIMATISASI TERHADAP DINGIN

AKLIMASI TERHADAP DINGIN

Perpindahan fenomena thermogenesis menggigil menjadi tidak menggigil selama 2 – 3 minggu pada temperatur dingin.

Peningkatan thermogenesis tidak menggigil memungkinkan hewan dapat bertahan hidup lebih lama dibandingkan dengan hewan non-aklimasi pada temperatur yang sangat dingin.

Penyebabnya belum diketahui, namun terjadi peningkatan kecil terhadap metabolisme karbohidrat dan lemak, serta potensi kalorigenik epinephrine dan norepinephrine sangat berpengaruh pada aklimasi dingin. Mempertahankan peningkatan metabolisme yang ti-dak menggigil ini memerlukan kehadiran thyroid dan kelenjar adrenalis. Pengaruh akli-masi dingin lenyap bila hewan ditempatkan selama 4 hari dalam lingkungan 30oC.

Tinggal di daerah beriklim dingin dengan meningkatkan produksi panas tubuh tentulah tidak ekonomis. Mammalia dalam menghadapi musim dingin akan mempertahankan temperatur tubuhnya melalui penyesuaian terutama dengan meningkatkan insulasi. Akibatnya mereka akan memiliki tc (temperatur kritis terhadap lingkungan) yang lebih rendah dari pada individu yang tidak mengalami aklimasi terhadap dingin.

Adaptasi vasomotor juga berperan penting untuk meningkatkan insulasi pada musim dingin. Di sisi lain, produksi panas tubuh tidak meningkat pada hewan-hewan yang beraklimatisasi terhadap dingin. Pada hewan-hewan artik (kutup), metabolisme di musim dingin (winter) adalah lebih rendah dibandingkan dengan di musim panas (summer).

Banyak studi experimental dilakukan terhadap kemampuan hewan ternak hidup pada lingkungan yang panas. Di antara ternak yang paling tahan terhadap lingkungan panas dan haus adalah unta. Domba memperlihatkan kenaikan temperatur rectal pada temperatur lingkungan 32oC dan mulut mulai terbuka dengan nafas terengah pada temperatur rectal 41oC.

Bila kelembaban udara tidak tinggi maka domba dapat bertahan beberapa jam pada suhu 43oC. Berkeringat dan nafas terengah, merupakan thermoregulator penting pada spesies ini.

Sapi memperlihatkan kenaikan aktivitas kelenjar keringat dengan naiknya temperatur. Polypnea sering timbul pada temperatur rectal di atas 40oC. Sapi Jersey pada suhu 10oC memperlihatkan temperatur rectal 38.3oC dan frekuensi pernafasan 20 kali per menit. Pada suhu lingkungan 35oC temperatur rctalnya mencapai 39.6oC dan frequensi perna-fasan 90 kali permenit. Temperatur rectal sapi Holstein meningkat pada suhu udara 21oC diikuti dengan menurunnya konsumsi makanan, aktivitas thyroid dan produksi susu.

Temperatur rectal babi mulai naik pada suhu udara 30 - 32oC. Bila kelembaban udara di atas 65%, babi tersebut tidak dapat bertahan lama pada suhu lingkungan 35oC. Pada suhu 40oC babi tersebut tidak dapat bertahan pada setiap tingkatan kelembaban udara.

Temperatur rectal anjing mulai meningkat pada temperatur ruang 27 – 30oC, di mana kecepatan bernafas meningkat, tetapi dalamnya bernafas (tidal volume) mengalami penurunan. Pada temperatur rectal 41oC merupakan tingkat yang berbahaya, karena merusak keseimbangan suhu tubuh dan dapat menimbulkan kollaps.