ENERGI DAN LAJU METABOLISME
A.
Energy
Energy didefinisikan sebagai kapasitas untuk melakukan kerja. kerja. Sumber energi tubuh adalah karbohidrat, lemak, protein (termasuk vitamin, mineral dan air). Agar dapat digunakan, sumber energi harus dirubah menjadi ATP (adenosin triphosphat) melalui bantuan katalisator berupa enzim. ATP merupakan komponen berenergi tinggi yang diperlukan untuk kontraksi otot dan melaksanakan fungsi sel yang lain. Energi juga dibutuhkan untuk proses-proses fisiologis yang berlangsung dalam sel-sel tubuh. Proses ini meliputi kontraksi muscular, pembentukan dan penghantaran impuls saraf, sekresi kelenjar, mempertahankan suhu melaluiproduksi panas, mekanisme tranfort aktif dan berbagai jenis reaksi sintesis dan degradasi. Perubahan sumber energi dilaksanakan melalui rantai metabolisme. Energi dalam tubuh dibutuhkan untuk : 1.
Kinerja (bio)-kimiawi, untuk mensintesis komponen sel yang diperlukan, menempertahankan dan mengubah sumber energi di dalam tubuh,
2.
Kinerja mekanis, untuk kerja otot;
3.
Transport work pumping of substances across membranes
4.
Kinerja elektrokimia, untuk kerja saraf, otot, transpor aktif, pertukaran ion, membentuk perbedaan konsentrasi ion, dan transmisi impuls syaraf.
Energi dapat dijumpai dalam beberapa macam, antara lain : 1.
Energi potensial : adalah kapasitas melakukan kerja,
2.
Energi kinetik : adalah energi untuk bergerak,
3.
Energi termal : berupa panas (berasal dari transfer energi ke ATP),
4.
Energi kimia: adalah energi potential molekules yang dapat diukur dengan satuan Kalori (Kal).
Beberapa reaksi kimia yang memerlukan energi ATP hanya menggunakan beberapa ratus kalori dari 8 kkal yang tersedia untuk kerja, sehingga sisa energi ini akan dirubah dalam bentuk panas. Mekanisme umum perubahan zat gizi (karbohidrat, lemak dan protein) menjadi energi di semua sel pada dasarnya sama, yaitu menggunakan oksigen sebagai salah satu zat utama untuk membentuk energi. Energi digunakan untuk membentuk sejumlah besar Adenosine TriPosphate (ATP). Selanjutnya, ATP tersebut digunakan sebagai sumber energi bagi banyak fungsi sel. ATP merupakan senyawa
kimia labil yang terdapat di semua sel, dan semua mekanisme fisiologis yang memerlukan energi untuk kerjanya mendapatkan energi langsung dari ATP. ATP adalah suatu nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen adenin, gula pentosa ribosa dan tiga rantai fosfat. Dua rantai fosfat yang terakhir dihubungkan dengan bagian sisa molekul oleh ikatan fosfat berenergi tinggi yang sangat labil sehingga dapat dipecah seketika bila dibutuhkan energi untuk meningkatkan reaksi sel. Enzim-enzim oksidatif yang mengkatalis perubahan Adenosine Diphospate (ADP) menjadi ATP dengan serangkaian reaksi menyebabkan energi yang dikeluarkan dari pengikatan hidrogen dengan oksigen digunakan untuk mengaktifkan ATPase dan mengendalikan reaksi untuk membentuk ATP dalam jumlah besar dari ADP. Bila ATP di urai secara kimia sehingga menjadi ADP akan menghasilkan energi sebesar 8 kkal/mol, dan cukup untuk berlangsungnya hampir semua langkah reaksi kimia dalam tubuh. ATP bukan zat yang terbanyak disimpan sebagai ikatan phospate berenergi tinggi dalam sel, melainkan Creatine Phospate (CP) yang mengandung ikatan phospate berenergi tinggi lebih banyak (9,5 kkal/mol pada suhu tubuh) terutama di otot. CP dapat memindahkan energi dengan saling bertukar dengan ATP. Karena itu, CP merupakan senyawa “bufer/penyangga” ATP. Efek ini berguna untuk mempertahankan konsentrasi ATP hampir pada tingkat puncak selama CP tetap di dalam sel. ATP ↔ ADP (adenosine diphosphate) + P + Energy ADP ↔ AMP (adenosine monophosphate) + P + Energy ADP + CP + ENERGY (Input) → ATP + H2O Dalam produksi energi, terdapat dua macam metabolisme, yaitu: 1.
Anaerob (tanpa oksigen), hanya untuk karbohidrat, terjadi di sitosol.
2.
Aerob (dengan oksigen), karbohidrat, lemak, dan protein, terjadi di mitokondria.
Setiap mol glukosa dalam proses anaerob yang terjadi di sitoplasma/sitosol menghasilkan 2 ATP, sedangkan pada proses aerob yang terjadi di mitokondria menghasilkan 36 ATP, sehingga total produksinya sebanyak 38 ATP (304 kkal/mol). Tiap mol glukosa dapat memberikan energi sebesar 686 kkal, sehingga energi yang tersisa dirubah dalam bentuk panas, kecuali di otot yang digunakan untuk melakukan
beberapa bentuk kerja di luar tubuh. Hasil dari proses metabolisme yang terjadi di otot, berupa kumpulan proses kimia yang mengubah bahan makanan menjadi dua bentuk, yaitu energi mekanik dan energi panas. Proses dari pengubahan makanan dan air menjadi bentuk energi. Sedangkan untuk setiap mol lemak menghasilkan 2340 kkal (3,5 kali dibanding glukosa) atau sebanyak 146 ATP. C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H20 + ENERGY Sebagian besar energi yang dirubah menjadi panas digunakan untuk :
Membentuk panas inti di dalam tubuh.
Menyiapkan suhu optimal untuk kerja enzim.
Merenggangkan sistem arteri sehingga menyebabkan reservoar energi potensial. Pada saat darah mengalir melalui pembuluh darah kapiler, gesekan dari lapisan darah yang mengalir satu sama lain terhadap dinding pembuluh mengubah energi ini menjadi panas.
Simpanan energi kinetik untuk pergerakan molekul-molekul.
Mitokondria dinamakan “pusat energi” bagi sel, karena menyaring energi dari zat gizi dan oksigen dan selanjutnya menyediakan sebagian besar energi (95%) yang diperlukan agar sel dapat melakukan fungsinya. Jumlahnya dalam setiap sel berbeda (dari puluhan sampai ribuan), tergantung pada jumlah energi yang diperlukan oleh setiap sel, dan mitokondria mengadakan replikasi sendiri sampai tercapai jumlah yang dapat memenuhi kebutuhan energi sel. Di dalam sel, bahan makanan secara kimia bereaksi dengan oksigen dibawah pengaruh berbagai enzim yang mengawasi kecepatan reaksi dan menyalurkan energi yang dikeluarkan dalam arah yang tepat. Energi yang dihasilkan membentuk ATP, yang kemudian ditransfer keluar mitokondria menuju semua bagian sitoplasma dan nukleoplasma. Adapun, energi digunakan untuk memberi tenaga pada fungsi-fungsi sel. Oleh karena itu, ATP dinamakan sebagai bentuk energi sel karena dapat disimpan dan dibentuk kembali. Berdasarkan hukum termodinamik I : Jumlah energi selalu tetap, tidak dapat dibuat
atau dihilangkan, tetapi dapat dirubah bentuk. Perubahan bentuk (konversi) energi umumnya bersifat reversibel. Berdasarkan energi panas yang dihasilkan energi dapat dikelompokkan dalam:
1.
Endergonic – energi panas berada di dalam tubuh.
2.
Exergonic – energi panas dikeluarkan dari dalam tubuh.
B.
Metabolisme
Metabolisme adalah jumlah keseluruhan reaksi kimia dan fisik dan pengubahan energy dalam tubuh yang menopang dan mempertahankan kehidupan. C.
Jalur Reaksi Metabolisme
Sebagian besar jalur reaki metabolisme terjadi secara reversibel. Berdasarkan reaksi metabolisme ini dikelompokkan dalam 2 jenis, yaitu : Biosynthetic atau anabolisme : sintesis molekul menjadi molekul yang lebih besar; mem-butuhkan energi; dan merupakan reaksi endergonik. Degradative atau KATABOLISME – memecah molekul besar menjadi mulekul yang lebih kecil; menghasilkan energi; merupakan reaksi eksergonik; dan respirasi aerobik. Enzim
:
merupakan molekul katalitik (biological catalysts) yang berfungsi
mempercepat reaksi bikimiawi, tersusun dari protein dan beberapa dari RNA. Fungsi enzim semakin meningkat ketika lingkungan sel berada dalam temperatur, pH dan salinitas yang sesuai dengan kerja masing-masing enzim. 1.
Metabolisme Karbohidrat
Metabolisme karbohidrat meliputi : (1) Glikolisis (2) Glukoneogenesis, (3) glikogenolisis, (4) Glicogen synthesis, (5) metabolism Galaktose, (6) metabolism fruktose and manose, (7) Glyoxylate pathway, dan (8) siklus asam sitrat (Kreb’s) 2. Metabolisme Lemak Reaksi metabolisme lemak meliputi : (1) Lipolisis (hormone sensitive lipase), (2) Carnitine shuttle (fatty acid uptake), (3) Mitochondrial β-oxidation, (4) Peroxisomal βoxidation, (5) Glycerol catabolism, (6) Fatty acid synthesis, (7) Fatty acid elongation
and desaturation, (8) Triacylglyceride synthesis, (9) Phospholipids biosynthesis, (10) Synthesis and utilization of ketone bodies, (11) Sphingolipid and ceramide synthesis (lihat teksbook biokimia). 3.
Metabolisme Energi
Reaksi metabolisme energi terjadi melalui : (1) Posporilasi Oksidative, dan (2) sintesis ATP (lihat teksbook biokimia).
D.
Kecepatan Metabolisme
Kecepatan metabolisme adalah jumlah energi total yang dibutuhkan per unit waktu. Pengukuran kecepatan metabolisme menggunakan Basal Metabolic Rate (BMR). BMR adalah kecepatan metabolisme dalam keadaan standar (subjek dalam keadaan fisik dan dan mental istirahat tetapi tidak tidur dalam temperatur nyaman dan tidak makan selama 12 jam). Pada kondisi BMR, energi sebagian besar digunakan untuk mempertahankan kondisi vegetatif tubuh atau untuk aktivitas kelenjar, jantung, liver, ginjal dan otak. Proses metabolisme juga dikontrol oleh hormon-hormon. Hormon yang ikut meregulasi metabolisme adalah hormon tiroid, glukagon, epinephrine, kortisol, dan hormon pertumbuhan. 1.
Hormon Tiroid, dapat meningkatkan konsumsi oksigen dan produksi panas pada sebagian besar jaringan tubuh, yang disebut dengan efek kalorigenik, melalui mengurangan produksi ATP
2.
Epinephrine, meningkatkan BMR dengan efek kalorigenik. Epinephrine menstimulasi katabolisme glikogen dan triasilgliserol.
3.
3. Glukagon, merangsang pembongkaran simpanan glukosa hingga gula darh kembali normal (glikogenolisis), dan meningkatkan penggunaan lemak (lipolisis).
4.
4.
Kortisol,
menghambat
metabolisme
lemak
dan
karbohidrat,
dengan
menstimulasi proses glukoneogenesis dan lipolisis, meningkatkan protein katabolisme, menurunkan penyerapan glukose pada sel otot dan sel lemak, dan meningkatkan pemecahan triasilgliserol.
5.
Growth hormone, menstimulasi pertumbuhan dan anabolisme protein.
SUHU TUBUH,PENGATURAN SUHU 1. SUHU TUBUH NORMAL Suhu inti dan suhu kulit. Suhu tubuh bagian dalam yaitu “inti” dari tubuh di pertahankan sangat konstan,sekitar 1 oF (0,6oC) dari hari ke hari, kecuali bila seseorang mengalami demam. Bahkan pada orang yang telanjangdapat ter pajan dengan suhu yang rendah sampai 55 oF atau suhu yang tinggi sampai 130oF dalam udara kering.dan tetep dapat mempertahankan suhuinti yang hampir
mendekati
konstan.
Mekanisme
untuk
pengaturan
suhu
tubuh
menggambarkan system pengendalian yang di buat dengan sangat baik. Tujuan dari bab ini adalah untuk membahas cara kerja system tersebut sewaktu dalam keadaan sehat dan sakit.
Suhu kulit berbeda dengan suhu inti, dapat naik dan turun sesuai dengan suhu lingkungan. Suhu kulit merupakan suhu yang penting apabilakita merujuk pada kemampuan kulit untuk melepaskan panas ke lingkungan. Suhu inti normal. Tidak ada suhu inti yang dapat dianggap normal, karena pengukuran yang dilakukan pada sebagian besar orang yang sehat memperlihatkan rentangsuhu normal yang di ukur per oral, mulai dari 97 OF (36OC)sampai lebih dari 99,5 OF (37,5OC) suhu inti normal rata-rata secara umum adalah antara 98,0 OF dan 98,6o F bila diukur per oral,dan kira-kira1 oF lebih tinggi bila di ukur per rectal. Suhu tubuh meningkat selama olahraga dan bervariasi pada suhu lingkungan yang ekstrim, karena mekanisme pengaturan suhu tidaklahsempurna. Bila di bentuk panas yang berlebihan di dalam tubuh karna kerja fisik yang melelahkan, suhu akan meningkat sampai101 o hingga 104 oF sebaliknya,ketika tubuh terpajan dengan suhu yang dingin, suhu dapat turun sampai dibawah nilai 96oF. 2. Pengaturan suhu dikendalikan oleh keseimbangaan antara pembentukan panas dan kehilangan panas. Bila laju pembentukan panas di dalam tubuh lebih besar dari pada laju hilangnya panas, panas akan timbul di dalam tubuh dan suhu tubuh akan meningkat, sebalaiknya bila kehilangan panas lebih besar, panas tubuh dan suhu tubuh akan menurun.
a. Pembentukan panas Pembentukan panas adalah produk utama metabolism. Yang menentukan laju pembentukan panas,yang disebut laju metabolism tubuh. Factor-faktor yang paling penting 1. Laju metabolisme basal sesuai sel tubuh 2. Laju
metabolisme
tambahan
yang
disebabkan
oleh
aktivitas
otot,termasuk kontraksi otot yang disebabkan oleh menggigil. 3. Metabolisme tambahan yang disebabkan oleh pengaruh tiroksin, ( dan sebagian
kecil
hormon
lain,
seperti
hormon
tumbuhan
dan
testosteron) terhadap sel. 4. Metabolisme tambahan yang disebabkan oleh pengaruh epinefrin, norepinefrin, dan perangsang simpatis terhadap sel. 5. Metabolisme tambahan yang disebabkan oleh meningkatnya aktivitas kimiawi di dalam sel sendiri, terutama bilasuhu didalam sel meningkat. 6. Metabolisme tambahan yang diperlukan untuk, pencernaan, absorpsi dan penyimpanan makanan ( efek termogenik makanan),
b. Kehilangan panas Sebagian besar pembentukan panas di dalam tubuh dihasilkan di organ dalam, terutama di hati, otak, jantung, dan otot rangka selama berolahrga. Kemudian panas ini dihantarkan dari organ dan jaringan yang lebih dalam ke kulit, yang kemudian dibuang ke udara danlingkungan sekitarnya. Di tentukan oleh dua factor.
Sebrapa cepat panas yang dapt dikonduksidari tempat asal panas dihasilkan, yakni dari dalam inti tubuh ke kulit.
Seberapa cept panas kemudian dapat dihantarkan dari kulit ke lingkungan.
Faktor Yang Mempengaruhi Suhu Tubuh 1.
Kecepatan metabolisme basal
Kecepatan metabolisme basal tiap individu berbeda-beda. Hal ini memberi dampak jumlah panas yang diproduksi tubuh menjadi berbeda pula. Sebagaimana disebutkan pada uraian sebelumnya, sangat terkait dengan laju metabolisme.
2.
Rangsangan saraf simpatis
Rangsangan saraf simpatis dapat menyebabkan kecepatan metabolisme menjadi 100% lebih cepat. Disamping itu, rangsangan saraf simpatis dapat mencegah lemak coklat yang tertimbun dalam jaringan untuk dimetabolisme. Hamper seluruh metabolisme lemak coklat adalah produksi panas. Umumnya, rangsangan saraf simpatis ini dipengaruhi stress individu yang menyebabkan peningkatan produksi epineprin dan norepineprin yang meningkatkan metabolisme. 3.
Hormone pertumbuhan
Hormone pertumbuhan ( growth hormone ) dapat menyebabkan peningkatan kecepatan metabolisme sebesar 15-20%. Akibatnya, produksi panas tubuh juga meningkat. 4.
Hormone tiroid
Fungsi tiroksin adalah meningkatkan aktivitas hamper semua reaksi kimia dalam tubuh sehingga peningkatan kadar tiroksin dapat mempengaruhi laju metabolisme menjadi 50-100% diatas normal. 5.
Hormone kelamin
Hormone kelamin pria dapat meningkatkan kecepatan metabolisme basal kirakira 10-15% kecepatan normal, menyebabkan peningkatan produksi panas. Pada perempuan, fluktuasi suhu lebih bervariasi dari pada laki-laki karena pengeluaran hormone progesterone pada masa ovulasi meningkatkan suhu tubuh sekitar 0,3 – 0,6°C di atas suhu basal. 6.
Demam ( peradangan )
Proses peradangan dan demam dapat menyebabkan peningkatan metabolisme sebesar 120% untuk tiap peningkatan suhu 10°C. 7.
Status gizi
Malnutrisi yang cukup lama dapat menurunkan kecepatan metabolisme 20 – 30%. Hal ini terjadi karena di dalam sel tidak ada zat makanan yang dibutuhkan untuk mengadakan metabolisme. Dengan demikian, orang yang mengalami mal nutrisi mudah mengalami penurunan suhu tubuh (hipotermia). Selain itu, individu dengan lapisan lemak tebal cenderung tidak mudah mengalami hipotermia karena lemak merupakan isolator yang cukup baik, dalam arti lemak menyalurkan panas dengan kecepatan sepertiga kecepatan jaringan yang lain. 8.
Aktivitas
Aktivitas selain merangsang peningkatan laju metabolisme, mengakibatkan gesekan antar komponen otot / organ yang menghasilkan energi termal. Latihan (aktivitas) dapat meningkatkan suhu tubuh hingga 38,3 – 40,0 °C.
9.
Gangguan organ
Kerusakan organ seperti trauma atau keganasan pada hipotalamus, dapat menyebabkan mekanisme regulasi suhu tubuh mengalami gangguan. Berbagai zat pirogen yang dikeluarkan pada saai terjadi infeksi dapat merangsang peningkatan suhu tubuh. Kelainan kulit berupa jumlah kelenjar keringat yang sedikit juga dapat menyebabkan mekanisme pengaturan suhu tubuh terganggu. 10.
Lingkungan
Suhu tubuh dapat mengalami pertukaran dengan lingkungan, artinya panas tubuh dapat hilang atau berkurang akibat lingkungan yang lebih dingin. Begitu juga sebaliknya, lingkungan dapat mempengaruhi suhu tubuh manusia. Perpindahan suhu antara manusia dan lingkungan terjadi sebagian besar melalui kulit. Proses kehilangan panas melalui kulit dimungkinkan karena panas diedarkan melalui pembuluh darah dan juga disuplai langsung ke fleksus arteri kecil melalui anastomosis arteriovenosa yang mengandung banyak otot. Kecepatan aliran dalam fleksus arteriovenosa yang cukup tinggi (kadang mencapai 30% total curah jantung) akan menyebabkan konduksi panas dari inti tubuh ke kulit menjadi sangat efisien. Dengan demikian, kulit merupakan radiator panas yang efektif untuk keseimbangan suhu tubuh.
Sistem insulator tubuh Kulit, jaringan subkutan, dan terutama lemak dijaringn subkutan bekerja secara ber sama-sama sebagai insulator panas tubuh. Lemak penting karna penyaluran panas disini hanya sepertiga bila dibandingkan jaringan lain.Bila tidak ada darah yang mengalir dari organ dalam yang panas ka kulit, daia penyakat yang dimiliki oleh tubuh laki-laki normal kirakira sebanding dengan tia perempat dari daya penyakit pada akaian biasa. Pada perempuan, daia penyekatan ini bahkan lebih baik. Daya penyekatan yemg terletak di bawah kulit merupakan alat yang efektif untuk mempertahankan suhu inti internal yang normal, meskipun dapat juga memungkinkan agar suhu kulit dapat mendekati suhu lingkungan. 2. Aliran darah ke kulit dari inti tubuh menyediakan terjadinya pemindahan panas Pebuluh darah tersebar dengan sangat luas di bawah kulit. Bagian yang penting terutama adalah pleksus venosus yang di suplai oleh aliran darah dari kapiler kulit . pada bagian tubuh yang paling banyak terpajan tangan, kaki, dan telinga. Darah juga disuplai langsung ke pleksus diari arteri kecil melalui anastomosis arterivernoasa yang memiliki lapisan otot yang tebal. Kecepatan aliran darah ke pleksus venosus dikulit dapat sangt berbeda, diawali dari sedikit di atas nol sampai sebesar 30% dari total curah jantung. Kecepatan aliran darah yang tinggi menyebabkan konduksi panas yang
disalurkan dari inti tubuh ke tubuh jadi sangat efusien, sedangkan penurunan kecepatan aliran darah akan sedikit menurunkan konduksi panas daru inti tubuh. Secara kuantitatip epeksuhu udara lingkungan pada konduktasi panas dari inti kepermukaan kulit dan kemudian konduktasinya ke udara. Peningkatan konduktans panas yang hampir delapan kali lipat antara keadaanvasokonstriksi penuh dan keadaan vasodilatasi penuh. a. Pengaturan konduksi panas ke kulit oleh sistem saraf simpatis Konduksi panas ke kulit oleh darah diatur oleh derajat vasokonstriksi arteriol
dan anastomosis arteriovenosa yang menyuplai darah ke pleksus
venosus kulit.vasokontriksi ini hampir seluruhnya diontrol oleh system saraf simpatis yang meberikan respons terhadap perubahan suhu inti tubuh dan perubahan suhu lingkungan. Fisika dasar mengenal bagai mana panas menghilang dari permukaan kulit Berbagai cara yang mejelaskan mengenai penas yang hilang dari kulit ke lingkungan, cara tersebut meliputi r adiasi, konduksi, dan evaporasi. 1. Radiasi : pada orang telanjang yang sedang duduk pada suhu kamar yang normal, sekitar 60%
dari kehilangan panas total adalah melalui
radiasi. Kehilangan panas melalui radiasi berarti kehilangan dalam bentuk gelombang panas infra merah, sutugelombang elktero magnetic. Sebagian besar
galombang panas infra merah yang memancar dari
tubuh memiliki panjang gelimbang 5 sampai 20 mikrometer, saekitar 10 sampai 30 kali panjang gelombang cahaya. Semua benda yang tidak suhu nol absolute memancarkan panas seperti gelombang
tersebut.
Tubuh manusia menyebarkan gelombang panas ke segala penjuru. Gelombang panas juga dipancarkan dari dinding ruangan dan bendabenda lain ke tubuh. Bila suhu tubuh lebih besar dari suhu lingkungan jumlah panas yang lebih besar akan dipancarkan keluar dari tubuh dari pada yang di pancarkan ke tubuh. 2. Konduksi : hanya sejumlah kecil panas yakni sekitar 3% yang biasanya hilang dari tubuh melalui konduksi
langsung dari permukaan tubuh ke
badan-badan padat, seperti kursi atau tempat tidur. Sebaliknya, kehilangan panas melalui konduksi ke udara mencerminkan kehilangn panas tubuh yang cukup besar ( kira-kira 15% ) walaupun dalam keadaan normal.
Diingatkan kembali bahwa panas sebenarnya adalah energy kinetic dari pergerakan molekul, dan molekul-molekul
yang menyusun kulit terus-menerus mengalami gerakan
vibrasi. Sebagian besar energy dari gerakan ini dapat dipindahkan ke udara bila suhu udara lebih dingin dari kulit, sehngga meningkatkan kecepatan gerakan molekul-molekul udara. Jadi lagi kehilangan panas dari tubuh
ke udara, karena
jumlah panas yang di
konduksikan dari udara ketubuh berada dalam keadaan seimbang. Oleh karena itu, konduksi panas dari tubuh ke udara mempunyai keterbatasan, kecuali udara panas bergerak menjauhi kulit, sehingga udara baru, yang tidak panas secara terus-menereus bersentuhan dengan kulit, phenomena ini disebut konveksi udara. 3. Konveksi. Perpindahan panas dari tubuh melalui udara konveksi sedcara umum
disebut kehilangan panas melalui konveksi. Sebenarnya,
pertama-tama harus dikonduksi ke udara dan kemudian dibawa melalui aliran udara konveksi. Sejumlah kecil konveksi hampir selalu terjadi sekitar tubuh akibat kecendrungan udara di sekitar kulit untuk naik sewaktu menjadi panas. Oleh karena itu, pada orang telanjang yang duduk di ruangan yang nyaman tanpa gerakan udara udara yang besar, akan kehilangan sekitar 15 persen dari total panas yang melalui konduksi ke udara dan kemudian melalui konveksi udara yang menjauhi tubuhnya. 4. Evaporasi. Bila air berevaporasi dari permukaan tubuh, panas sebesar 0,58 kalori (kilokalori) akan hilang setiap satu gram air yang mengalami evaporasi. Bahkan bila orang tersebut tidak berkeringat, air masih berevaporasi secara tidak kelihatan dari kulit dan paru dengan kecepatan sekitar 600 sampai 700 ml/hari. Hal ini menyebabkan kehilanagan panas yang terus menerus dengan kecepatan 16 sampai 19 kalori per jam. Evaporasi melalui kulit dan paru yang tidak kelihatan ini tidak dapat dikendalikan
untuk
tujuan
pengaturan
karena
evaporasi
tersebut
dihasilkan dari difusi molekul air yang terus-menerus melalui permukaan kulit dan sistem pernapasan. Akan tetapi, kehilangan panas melaui evaporasi keringat dapat dikendalikan dengan pengaturan kecepatan berkeringat. Evavorasi merupakan mekaisme pendinginan yang dibutuhkan pada suhu uadara yang sangat tinggi. Selama suhu kulit lebih tinggi dari suhu lingkungan, panas dapat hilang melalui radiasi dan konduksi. Tetapi ketika suhu lingkungan menjadi tinggi dari suhu kulit, bukan justru menghilangkan panas, tetapi tubuh memperoleh panas melaui radiasi dan konduksi. Dalam keadaan seperti ini, satu-satunya cara agar tubuh dapat melepaskan panas adalah evaporasi.
Oleh sebab itu, setiap faktor yang mencegah evaporasi yang adekuat ketika suhu lingkungan menjadi lebih tinggi dari suhu kulit akan menyebabkan suhu tubuh internal meningkat. Hal ini kadang terjadi pada manusia yang dilahirkan dengan kelaiinan kelenjar keringat congenital. Orang ini dapat tahan pada suhu dingin seperti halnya pada orang normal, tetapi orang tersebut hampir mati akibat heat stroke di daerah tropis, karena tanpa sistem pendinginan evaporative, orang ini tidak dapat mencegah peningkatan suhu tubuh ketika suhu udara lebih tinggi dari suhu tubuh. Berkeringat dan Pengaturannya oleh Sistem Saraf Otonom Rangsangan area preoptik di bagian anterior hipotalamus baik secara listrik atau oleh panas yang berlebihan akan menyebabkan berkeringat impuls saraf dari area yang menyebabkan berkeringat ini dihantarkan melalui jaras otonom ke modula spinalis mengalir ke kulit di seluruh tubuh. Diingat kembali dari pembicaraan tentang sistem saraf otonom, kelenjar keringat dipersarafi oleh serabut-serabut saraf kolinergik (serabut saraf yang menyekresikan asetilkolin, tetapi berjalan bersama dengan saraf simpatis di serabut adrenergik). Kelenjar ini juga dapat dirangsang dibeberapa tempat oleh efinefrin atau norepinefrin yang bersirkulasi dalam darah, walau pun kelenjar itu sendiri tidak memiliki sistem persarafan adrenergic. Hal ini penting selama melakukan olahraga, saat hormon ini disekresikan oleh modula adrenal dan tiubuh perlu melepaskan panas melepaskna panas yang berlebih dan dihasilkan oleh otot yang aktif. Mekanisme Sekresi Keringat. Seperti juga pada kelenjar lainnya, bagian sekretorik kelenjar keringat menyekresi cairan yang disebut sekret primer atau sekret precursor, kemudiaan konsentrasi zat-zat dalam cairan tersebut dimodifikasi sewaktu cairan itu mengalir melalui duktus. Sekret precursor adalah hasil sekresi aktif dari sel-sel epitel yang melapisi bagian yang bergulung dari kelenjar keringat. Serabut saraf simpatis kolinegik berakhir pada atau dekat sel-sel kelenjar yang mengeluarkan sekret tersebut. Komposisi sekret prekursor mirip yang terdapat pada plasma, namun tidak mengandung protein plasma. Konsentrasi natrium 142 mEq/liter dan klorida sekitar 104 mEq/liter, dengan konsentrasi lain yang lebih kecil bila di bandingkan di dalam plasma. Sewaktu larutan prekursor ini mengalir di bagian duktus kelenjar, larutan ini mengalami modifikasi melalui reabsorpsi sebagian besar ion natrium dan klorida. Tingkat reabsorpsi ini bergantung pada kecepatan berkerringat, seperti diuraikan berikut ini: Apabila kelenjar hanya sedikit dirangsang, cairan prekursor mengalir melalui duktus dengan lambat. Dalam hal ini, pada dasarnya ion natrium dan klorida diabsorbsi, dan konsentrasi masing-masing ion ini turun menjadi 5 mEq/liter. Hal ini mengurangi tekanan osmotic cairan keringat tersebut hingga nilai yang sangat rendah sehinnga sebagian besar
cairan kemuadian juga direabsorbsi, yang memekatkan sebagian besar kandungan unsure lainnya. Oleh karena itu, pada kecepatan berkerigat yang rendah, kandungan seperti urea, asam laktat, dan ion kalium biasanya konsentrasinya sangat tinggi. Sebaliknya, bila kelenjar keringat dirangsang dengan kuat oleh sistem saraf simpatis, sekret prekursor dibentuk dalam jumlah yang banyak, dan duktus kini hanya mereabsorbsi natrium klorida dalam jumlah yang lebih sedikit dari setegahnya; konsentrasi dari ion-ion natrium dan klorida kemudian biasanya meningkat (pada ornag yang tidak dapat menyesuaikan diri dengan iklim) sampai tingkat maksimum sekitar 50 sampai 60 mEq/L, sedikit lebih rendah dari setengah konsentrasinya di dalam plasma. Lebih lanjut lagi, keringat mengalir melalui tubulus kelanjar begitu cepatnya sehingga hanya sedikit air yang direabsorbsi. Oleh karena itu, konsentrasi unsure terlarut dari keringat hanya sedikit meninggkat urea menjadi sekitar dua kali dari plasma, asam laktat sekitar 4 kali, dan kalium sekitar 1,2 kali. Bila orang belum menyesuaikan diri dengan iklim panas, ia akan mengalami kehilangan natrium klorida di dalam keringat dalam jumlah yang bermakna. Kehilangan elektrolit akan jauh lebih sedikit, meskipun peningkatan berkeringat telah di tingkatkan. Mekanisme penurunan suhu bila tubuh terlalu panas Sistem pengatur suhu menggunakan tiga mekanisme penting untuk menurunkan panas tubuh ketika suhu tubuh menjadi sangat tinggi: 1.
Vasodilitasi pembuluh darah kulit. Pada hampir semua area di dalam tubuh, pembuluh darah kulit berdilatasi dengan kuat. Hal ini disebabkan oleh hambatan pusat
simpatis
di
hipotalamus
posterior
yang
menyebabkan
vasokonstriksi.
Vasodilitasi penuh akan meningkat kecepatan pemindahan panas ke kulit sebanyak delapan kali lipat. 2.
Berkeringat. Efek dari peningkatan suhu tubuh untuk menyebabkan berkeringat
ketika suhu inti tubuh meningkat di atas nilai kritis 37˚C (98,6˚F). peningkatan suhu tubuh tambahan sebesar 1˚C, menyebabkan pengeluaran keringat yang cuku p banyak untuk membuang 10 kali kecepatan pembentukan panas tubuh basal. 3.
Penurunan pembentukan panas. Mekanisme yang menyebabkan pembentukan panas yang berlebihan, seperti menggigil dan termogenesis kimia, di hambat dengan kuat.
Mekanisme peningkatan suhu saat tubuh terlalu dingin Ketika tubuh terlalu dingin, sistem pengaturan suhu mengadakan prosedur yang tepat berlawanan. Yaitu: 1.
Vasokonstriksi kulit di seluruh tubuh. Hal ini disebabkan oleh rangsangan dari pusat simpatis hipotalamus posterior.
2.
Piloereksi. Piloereksi berarti rambut “berdiri pada akarnya.” Rangsangan simpatis menyababkan otot arektor pili yang melekat ke folikel rambut berkontraksi, yang menyebabkan rambut berdiri tegak. Hal ini tidak penting pada manusia, tetapi pada hewan yang lebih rendah , hewan tersebut untuk membentuk lapisan tebal “isolator
udara” yang bersebelahan dengan kulit, sehingga pemindahan panas kelingkungan sangat di tekan. 3.
Peningkatan termogenesis (pembentukan panas). Pembentukan panas oleh sistem metabolism meningkat dengan memicu terjadinya menggigil, rangsangan simpatis untuk pembentukan panas, dan sekresi tiroksin.
Rangsangan hipotalamus terhadap menggigil Terletak pada bagian dorso medial dari hipotalamus posterior dekat dinding ventrikel ketiga adalah suatu area yang disebut pusat motorik primer untuk menggigil. Area ini normalnya di hambat oleh sinyal dari pusat panas di area preoptik-hipotalamus anterior tetapi di rangsang oleh sinyal dingin dari kulit dan medulla spinalis. Sinyal tersebut meningkatkan tonus otot rangka di seluruh tubuh dengan meningkatkan aktivitas neuronneuron motorik anterior. Ketika tonus meningkat di atas nilai kritis tertentu, proses menggigil di mulai. Kemungkinan hal tersebut di hasilkan dari osilasi umpan balik mekanisme reflex ragangan dari gelondong otot. Eksitasi simpatis “kimiawi” pada pembentukan panas. Seperti yang telah di
bahas di bab 72, peningkatan perangsangan simpatis maupun norepinefrin dan epinefrin yang bersikulasi dalam darah dapat menyebabkan peningkatan kecepatan metabolism seluler dengan cepat. Efek ini disebut termogenesis kimia. Hal tersebut sebagian di hasilkan dari norepinefrin dan epinefrin untuk memisahkan fosforilasi oksidatif. Derajat termogenesis kimia yang terjadi pada hewan hamper selalu sebanding dengan jumlah lemak coklat yang di kandung di jaringan hewan. Lemak ini merupakan jenis lemak yang banyak mengandung mitokondria khusus tempat t erjadinya pemisahan oksidasi. Proses penyesuaian diri terhadap iklim sangat mengaruhi intensitas termogenesis kimia; beberapa hewan, seperti tikus, yang telah terpajan dengan lingkungan yang dingin selama beberapa minggu, memperlihatkan peningkatan pembentukan panas sebesar 100 sampai 500 persen bila terpajan secara tiba-tiba dengan udara dingin, sebaliknya, pada hewan yang tidak dapat menyesuaikan diri dengan iklim, memberikan respons dengan meningkatkan pembentukan, panas kira-kira sepertiganya. Pada manusia dewasa, yang hamper tidak memiliki lemak coklat jarang sekali termogenesis kimia meningkatkan kecepatan pembentukan panas lebih dari 10 sampai 15 persen. Akan tetapi bayi, pada bayi, yang memang memiliki sejumlah kecil lemak coklat pada ruang interskapula, termogenesis kimia dapat meningkatkan kecepatan pembentukan panas sebesar 100 persen.
Peningkatan keluaran tiroksin sebagai penyebab peningkatan pembentukan panas jangka panjang. Pendinginan di area preoptik-hipotalamus anterior juga meningkatkan pembentukan hormone neurosekretorik thyrotropin-releasing hormone oleh hipotalamus. Hormone ini di angkut melalui vena porta hipotalamus ke kelenjar hipofisis anterior, tempat hormone merangsang sekresi thyroid-stimulating hormone. Selanjutnya thyroid-stimulating hormone merangsang peningkatan keluaran tiroksin oleh kelenjar tiroid. Peningkatan metabolisme ini tidak terjadi segera tetapi membutuhkan waktu beberapa minggu. DEMAM Demam adalah keadaan ketika suhu tubuh meningkat melebihi suhu tubuh normal. Demam adalah istilah umum, dan beberapa istilah lain yang sering digunakan adalah pireksia atau febris. Apabila suhu tubuh sangat tinggi (mencapai sekitar 40°C), demam disebut hipertermi. Demam dapat disebabkan gangguan otak atau akibat bahan toksik yang mempengaruhi pusat pengaturan suhu. Zat yang dapat menyebabkan efek perangsangan terhadap pusat pengaturan suhu sehingga menyebabkan demam disebut pirogen. Zat pirogen ini dapat berupa protein, pecahan protein, dan zat lain, terutama toksin polisakarida, yang dilepas oleh bakteri toksik atau pirogen yang dihasilkan dari degenerasi jaringan tubuh dapat menyebabkan demam selama keadaan sakit. Mekanisme demam dimulai dengan timbulnya reaksi tubuh terhadap pirogen. Pada mekanisme ini, bakteri atau pecahan jaringan akan difagositosis oleh leukosit darah, makrofag jaringan, dan limfosit pembunuh bergranula besar. Seluruh sel ini selanjutnya mencerna hasil pemecahan bakteri dan melepaskan zat interleukin-1 ke dalam cairan tubuh, yang disebut juga zat pirogen leukosit atau pirogen endogen. Interleukin-1 ketika sampai di hipotalamus akan menimbulkan demam dengan cara meningkatkan temperature tubuh dalam waktu 8 – 10 menit. Interleukin-1 juga menginduksi pembentukan prostaglandin, terutama prostaglandin E2, atau zat yang mirip dengan zat ini, yang selanjutnya bekerja di hipotalamus untuk membangkitkan reaksi demam. Pada saat terjadi demam, gejala klinis yang timbul bervariasi tergantung pada fase demam, meliputi fase awal, proses, dan fase pemulihan (defesvescence). Tanda-tanda ini muncul sebagai hasil perubahan pada titik tetap dalam mekanisme pengaturan suhu tubuh.
Fase-fase Terjadinya Demam Fase I: awal (awitan dingin atau menggigil) o
Peningkatan denyut jantung
o
Peningkatan laju dan kedalaman pernafasan
o
Menggigil akibat tegangan dan kontraksi otot
o
Kulit pucat dan dingin karena vasokontriksi
o
Merasakan sensasi dingin
o
Dasar kuku mengalami sianosis karena vasokontriksi
o
Rambut kulit berdiri
o
Pengeluaran keringat berlebihan
o
Peningkatan suhu tubuh
Fase II: proses demam o
Proses menggigil lenyap
o
Kulit terasa hangat / panas
o
Merasa tidak panas atau dingin
o
Peningkatan nadi dan laju pernafasan
o
Peningkatan rasa haus
o
Dehidrasi ringan hingga berat
o
Mengantuk, delirium, atau kejang akibat iritasi sel saraf
o
Lesi mulut herpetik
o
Kehilangan nafsu makan ( jika demam memanjang )
o
Kelemahan, keletihan, dan nyeri ringan pada otot akibat katabolisme protein
Fase III: pemulihan o
Kulit tampak merah dan hangat
Berkeringat
o
o
Menggigil ringan
o
Kemungkinan mengalami dehidrasi
Pada mekanisme tubuh alamiah, demam yang terjadi dalam diri manusia bermanfaat sebagai proses imun. Pada proses ini, terjadi pelepasan interleukin-1 yang akan mengaktifkan sel T. suhu tinggi ( demam ) juga berfungsi meningkatkan keaktifan ( kerja ) sel T dan B terhadap organisme pathogen. Namun konsekuensi demam secara umum
timbul segera setelah pembangkitan demam (peningkatan suhu). Perubahan anatomis kulit dan metabolisme menimbulkan konsekuensi berupa gangguan keseimbangan cairan tubuh, peningkatan metabolisme, juga peningkatan kadar sisa metabolisme. Selain itu, pada keadaan tertentu demam dapat mengaktifkan kejang. Penatalaksanaan Anak yang Mengalami Demam Bila anak mengalami demam, yang dapat kita lakukan adalah : 1. Kenakan pakaian yang tipis pada anak, dan hanya gunakan seprai atau selimut tipis pada tempat tidur. Pakaian dan selimut yang berlapis-lapis hanya akan menyebabkan panas terperangkap serta dapat menyebabkan suhu badan naik. 2. Beri anak banyak minum. Anak-anak menjadi lebih mudah dehidrasi pada waktu menderita panas. Minum air membuat mereka merasa lebih baik dan mencegah dehidrasi. 3. Beri anak banyak istirahat, agar produksi panas yang diproduksi tubuh seminimal mungkin. 4. Beri kompres di beberapa bagian tubuh, seperti ketiak, lipatan paha, leher belakang. 5. Beri obat penurun panas seperti paracetamol, asetaminofen. Menurut Tamsuri Anas (2007), suhu tubuh dibagi menjadi : a. Hipotermi, bila suhu tubuh kurang dari 36°C B. Normal, bila suhu tubuh berkisar antara 36 - 37,5°C C. Febris / pireksia, bila suhu tubuh antara 37,5 - 40°C D. Hipertermi, bila suhu tubuh lebih dari 40°C
