Makalah Termoregulasi pada Hewan

A.  Pengertian Termoregulasi

Termoregulasi adalah suatu mekanisme makhluk hidup untuk mempertahankan suhu internal agar berada di dalam kisaran yang dapat ditolelir. Proses yang terjadi pada hewan untuk mengatur suhu tubuhnya agar tetap konstan dinamis. Mekanisme Termoregulasi terjadi dengan mengatur keseimbangan antara perolehan panas dengan pelepasan panas.

Termoregulasi manusia berpusat pada hypothalamus anterior terdapat tiga komponen pengatur atau penyusun sistem pengaturan panas, yaitu termoreseptor, hypothalamus, dan saraf eferen serta termoregulasi dapat menjaga suhu tubuhnya, pada suhu-suhu tertentu yang konstan biasanya lebih tinggi dibandingkan lingkungan sekitarnya

Mekanisme pengaturan suhu tubuh merupakan penggabungan fungsi dari organ-organ tubuh yang saling berhubungan. didalam pengaturan suhu tubuh mamalia terdapat dua jenis sensor pengatur suhu, yautu sensor panas dan sensor dingin yang berbeda tempat pada jaringan sekeliling (penerima di luar) dan jaringan inti (penerima di dalam) dari tubuh.Dari kedua jenis sensor ini, isyarat yang diterima langsung dikirimkan ke sistem saraf pusat dan kemudian dikirim ke syaraf motorik yang mengatur pengeluaran panas dan produksi panas untuk dilanjutkan ke jantung, paru-paru dan seluruh tubuh. Setelah itu terjadi umpan balik, dimana isyarat, diterima kembali oleh sensor panas dan sensor dingin melalui peredaran darah .

Sebagian panas hilang melalui proses radiasi, berkeringat yang menyejukkan badan. Melalui evaporasi berfungsi menjaga suhu tubuh agar tetap konstan. dan modifikasi sistim sirkulasi di bagian kulit. Kontriksi pembuluh darah di bagian kulit dan countercurrent heat exchange adalah salah satu cara untuk mengurangi kehilangan panas tubuh. Mausia menggunakan baju merupakan salah satu perilaku unik dalam termoregulasi

Suhu tubuh hewan dipengaruhi oleh suhu lingkungan luar. Pada suhu -2^oC s.d suhu 50^oC hewan dapat bertahan hidup atau pada suhu yang lebih ekstrem namununtuk hidup secara normal hewan memilih kisaran suhu yang lebih sempit dari kisaran suhu tersebut yang ideal dan disukai agar proses fisiologis optimal.

Klasifikasi hewan berdasarkan perubahan temperature tubuh hewan, jika ditempatkan pada temperature lingkungan yang berbeda dengan temperatur tubuhnya yaitu pertama, golongan hewan homeotheme adalah hewan yang temperatur tubuhya relative konstan pada berbagai variasi temperatur lingkungan sedangkan yang kedua yaitu golongan poikilotheme yaitu hewan yang temperatur tubuhnya dipengaruhi oleh lingkungan.

 Kedua defenisi ini sekarang sudah kurang digunakan karena kedua istilah ini tidak menjelaskan mekanisme pertukaran energy kalori. Para pakar fisiologi sekarang lebih suka membedakan kelompok heewan dengan istilah ekstoterm dan endoterm.

Sebagian besar hewan memperlihatkan metabolisme sedikit aktif (hewan-hewan bradymetabole, yang menghasilkan sedikit energy kalori) dan suatu konduksi panas tinggi (isolasinya jelek terhadap pengaruh lingkungannya) sehingga temperature tubuhnya bergantung sepenuhnya kepada panas yang berasal dari lingkungannya. Kelompok hewan ini disebut Eksoterm. Contohnya yaitu sebagian besar spesies hewan akuatik.

Pada kelompok spesies lainnya (hewan tachymetabole), produksi panas oleh metabolisme (terutama oksidasi) adalah tinggi dan isolasi panas cukup untuk temperature tubuh individu tergantung kepada produksi panas yang dihasilkan tubuhnya sendiri. Kelompok hewan ini disebut Endoterm. Contohnya yaitu sebagian besar burung dan mamalia.

B.  Pengaruh Temperatur terhadap Aktivitas Enzim

Sebagian besar enzim mempunyai suhu optimum yang sama dengan suhu normal sel organisme tersebut. Suhu optimum enzim pada hewan poikilotermik di daerah dingin biasanya lebih rendah daripada enzim pada hewan homeotermik. Contohnya, suhu optimum enzim pada manusia adalah 37 derajat celcius, sedangkan pada katak adalah 25^o Celcius.

Kenaikan suhu di atas suhu optimum dapat mengakibatkan peningkatan atau penurunan aktivitas enzim. Secara umum, tiap kenaikan suhu 10^oC, kecepatan reaksi menjadi dua kali lipat dalam batas suhu yang wajar. Hal tersebut juga berlaku pada enzim. Panas yang ditimbulkan akibat kenaikan suhu dapat mempercepat reaksi sehingga kecepatan molekul meningkat. Hasilnya adalah frekuensi dan daya tumbukan molekuler juga meningkat.

Akibat kenaikan suhu dalam batas tidak wajar, terjadi perubahan struktur enzim (denaturasi). Enzim yang terdenaturasi akan kehilangan  kemampuan katalisnya. Sebagian besar enzim mengalami denaturasi yang tidak dapat balik pada  suhu 55-65^oC. Enzim yang secara fisik telah rusak biasanya tidak dapat diperbaiki lagi. Hal tersebut merupakan salah satu alasan  bahwa enzim lebih aman dimakan pada makanan yang sudah dimasak.Khususnya daging dan telur daripada makanan mentah.

Pengontrolan panas terhadap susu dan makanan dengan bahan susu lainya secara dramatis mengurangi penyebaran penyakit seperti TBC. Pada suhu kurang dari suhu optimum, aktivitas enzim mengalami penurunan. Enzim masih beraktivitas pada suhu kurang dari 0^oC dan aktivitasnya hampir terhenti pada suhu 196^oC.

C.  Termogenesis dan Termolisis

            Keseluruhan proses-proses yang membuat hewan mendapatkan energy panas terbentuk disebut termogenesis. Pada hewan endotherm, termogenesis terutama bersifat kimiawi (metabolisme). Termolisis adalah pengelompokkan proses-proses pengurangan panas dari dalam tubuh (misalnya konduksi, konveksi, radiasi, dan evaporasi). Hewan-hewan yang memperlihatkan suatu termoregulasi yang baik (seperti unggas dan mamalia) mempunyai mekanisme yang dapat menyesuaikan termogenesis dan termolisis pada kondisi suatu lingkungan.

D.  Suhu Tubuh Hewan

Suhu tubuh ideal yang paling disukai Suhu Ekritik berkisar antara 35-40^oC. Kisaran Toleransi Termal Kisaran suhu yang lebih luas dan dapat diterima hewan. titik terendah dari kisaran toleransi termal adalah suhu kritis minimum, dibawah suhu tersebut tidak cocok. Sedangkan titik tertinggi dari kisaran toleransi termal adalah suhu kritis maksimum. Suhu tubuh konstan sangat dibutuhkan karena perubahan suhu berpengaruh pada konformasi protein dan ativitas enzim sehingga aktivitas enzim terganggu, maka Reaksi dalam sel juga terganggu. Selain itu juga berpengaruh pada energi kinetik molekul zat di mana partikel zat saling bertumbukan sehingga laju reaksi dalam sel terganggu. Kenaikan suhu lingkungan mengakibatkan peningkatan laju reaksi yang berpengaruh aktivitas metabolisme sel tubuh.

Proses biokimia yang berlangsung dalam tubuh binatang juga akan dipengaruhi oleh temperatur dan karena itu berlangsung secara terbatas. Laju kecepatan sebagian besar reaksi kimia akan berlipat ganda dengan setiap peningkatan temperatur 10^oC.

Sejumlah besar senyawa biokimia, dan utamanya protein, menjadi labil karena panas. Senyawa tersebut secara kimiawi berubah karena terdedah (terpapar) dengan temperatur 40-41oC atau lebih. Perubahan tersebut pada giliran berikutnya akan mempengaruhi peran senyawa tersebut dalam proses fisiologi yang berlangsung dalam tubuh. Misalnya, peningkatan temperatur akan menyebabkan perubahan kimiawi (denaturasi) protein yang merupakan enzim sehingga enzim tersebut menjadi tidak aktif. Selanjutnya, reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim tersebut tidak bisa berlangsung dengan sepatutnya.

Sebaliknya, karena terdedah dengan temperatur lingkungan yang sangat dingin, pembentukan kristal es dalam jaringan secara umum dapat merusak membrana sel dan hal ini pada giliran berikutnya dapat menyebabkan kematian. Dengan demikian, walaupun binatang mampu tetap hidup pada kisaran temperatur tubuh sampai 40^oC, mereka akan memperoleh keuntungan kimiawi bila dapat mempertahankan temperatur tubuhnya dekat dengan batas tertinggi dari kisaran temperatur yang dapat ditolerirnya karena proses biokimianya berlangsung dengan sempurna pada temperatur tersebut.

Temperatur dari sebagian besar badan air berada dalam kisaran yang dapat diterima oleh makhluk hidup. Akan tetapi, temperatur udara sangat berfluktuasi atau berada dalam kisaran yang sangat lebar. Karena itu, upaya mempertahankan temperatur tubuh agar berada dalam kisaran normal (termoregulasi) jauh lebih penting artinya pada organisme yang hidup di darat ketimbang organisme air.

Binatang memperoleh panas melalui:

·         Aktivitas metabolisme (produksi energi) yang berlangsung dalam tubuhnya.

·         Dengan menyerap panas dari lingkungan. Bahkan, bila lingkungan sekitarnya (misalnya udara sekitar) lebih dingin daripada jaringan atau tubuh binatang, makhluk tersebut masih juga dapat menyerap energi radiasi matahari.

Interaksi panas hewan dengan lingkungan menguntungkan untuk mengatur suhu tubuh meningkatkan/menurunkan pelepasan panas dari tubuh dan memperoleh panas melaui :  

1.    Konduksi

Perpindahan atau pergerakan panas antara dua benda yang saling bersentuhan. Panas mengalir dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. dipengaruhi oleh:

1.    Luas permukaan benda yang saling bersentuhan

2.    Perbedaan suhu awal antara kedua benda tersebut

3.    Konduktivitas panas (tingkat kemudahan untuk mengalirkan panas yang dimiliki suatu benda) dari kedua benda

Mamalia dan Aves:

1.    Konduktivitasnya rendah

2.    Penahan panas yang baik ialah rambut dan bulu

3.    Hanya akan melepaskan sejumlah kecil panas dari tubuhnya ke benda lain yang bersentuhan dengannya

2.    Konveksi

Perpindahan panas antara dua benda yang terjadi melalui zat alir (fluida) yang bergerak.

Proses Konveksi:

1.    Berlangsung sampai suhu tubuh kembali ke suhu normal

2.    Perpindahan panas bisa dipercepat, apabila kecepatan aliran fluida di sekeliling tubuh ditingkatkan

3.    Terjadi dari lingkungan ke tubuh hewan, misalnya pada saat udara panas bertiup di dekat hewan, lama-kelamaan tubuh hewan akan menjadi lebih panas juga

3.    Radiasi

Perpindahan panas antara dua benda yang tidak saling bersentuhan misalnya pada proses perpindahan panas dari matahari ke tubuh hewan.

Frekuensi dan Intensitas Radiasi:

1.    Tergantung pada suhu benda yang mengeluarkan radiasi. Semakin tinggi suhu benda yang mengeluarkan radiasi, semakin tinggi pula intensitas radiasinya

2.    tubuh hewan (kulit, rambut, dan bulu) menyerap panas radiasi dengan baik

3.    berjemur pada hewan (khususnya poikiloterm) untuk menaikkan atau memperoleh panas tubuh

4.    Evaporasi

Proses perubahan benda dari fase cair ke fase gas.misalnya pada mekanisme ekskresi kelenjar keringat.

Evaporasi:

1.    Cara penting untuk melepaskan panas tubuh

2.    Hewan yang tidak memiliki kelenjar keringat, jika tubuhnya panas, penguapan melalui saluran pernafasan dengan cara terengah-engah (pada anjing diikuti dengan menjulurkan lidahnya)

3.    Jika suhu tubuh meningkat, keringat akan membasahi kulit, selanjutnya keringat akan menyerap kelebihan panas dari tubuh dan mengubahnya menjadi uap, setelah keringat mengering, suhu tubuh pun turun

Hewan mempunyai kemampuan adaptasi terhadap perubahan suhu lingkungan. Sebagai contoh, pada suhu dingin, mamalia dan burung akan meningkatkan laju metabolisme dengan perubahan hormon-hormon yang terlibat di dalamnya, sehingga meningkatkan produksi panas. Pada ektoterm (misal pada lebah madu), adaptasi terhadap suhu dingin dengan cara berkelompok dalam sarangnya. Hasil metabolisme lebah secara kelompok mampu menghasilkan panas di dalam sarangnya.

Beberapa adaptasi hewan untuk mengurangi kehilangan panas, misalnya adanya bulu dan rambut pada burung dan mamalia, otot, dan modifikasi sistim sirkulasi di bagian kulit. Kontriksi pembuluh darah di bagian kulit dan countercurrent heat exchange adalah salah satu cara untuk mengurangi kehilangan panas tubuh.

Perilaku adalah hal yang penting dalam hubungannya dengan termoregulasi. Migrasi, relokasi, dan sembunyi ditemukan pada beberapa hewan untuk menurunkan atau menaikkan suhu tubuh. Gajah di daerah tropis untuk menurunkan suhu tubuh dengan cara mandi atau mengipaskan daun telinga ke tubuh.

Manusia menggunakan pakaian adalah salah satu perilaku unik dalam termoregulasi. Jenis-Jenis Dan Macam-Macam Adaptasi pada termoregulasi berbagai hewan :

1.    .AdaptasiMorfologi

Adaptasi morfologi adalah penyesuaian pada organ tubuh yang disesuaikan dengan kebutuhan organisme hidup. Misalnya seperti gigi singa, harimau, citah, macan, dan sebagainya yang runcing dan tajam untuk makan daging. Sedangkan pada gigi sapi, kambing, kerbau, biri-biri, domba dan lain sebagainya tidak runcing dan tajam karena giginya lebih banyak dipakai untuk memotong rumput atau daun dan mengunyah makanan.

2.    Adaptasi Fisiologi

Adaptasi fisiologi adalah penyesuaian yang dipengaruhi oleh lingkungan sekitar yang menyebabkan adanya penyesuaian pada alat-alat tubuh untuk mempertahankan hidup dengan baik. Contoh adapatasi fisiologis adalah seperti pada binatang / hewan onta yang punya kantung air di punuknya untuk menyimpan air agar tahan tidak minum di padang pasir dalam jangka waktu yang lama serta pada anjing laut yang memiliki lapisan lemak yang tebal untuk bertahan di daerah dingin.

3.    Adaptasi Tingkah Laku

Adaptasi tingkah laku adalah penyesuaian mahkluk hidup pada tingkah laku / perilaku terhadap lingkungannya seperti pada binatang bunglon yang dapat berubah warna kulit sesuai dengan warna yang ada di lingkungan sekitarnya dengan tujuan untuk menyembunyikan diri.

E. Termoregulasi pada Hewan Ekstoterm

1. Hewan ekstoterm adalah hewan yang suhu tubuhnya dipengaruhi oleh suhu lingkungan sekitarnya.

·      Perolehan panas tubuh tergantung pada berbagai sumber panas di lingkungan luar

·      Masalah yang dihadapi tidak sama, tergantung pada jenis habitatnya

Hewan Ekstoterm Akuatik

Suhu lingkungan akuatik relatif stabil Hewan tidak mengalami permasalahan suhu lingkungan yang rumit. Suhu tubuh stabil dan relatif sama dengan suhu air. Ikan Tuna mempunyai laju reaksi metabolik yang tinggi. Perbedaan suhu antara bagian tubuh otot lebih panas daripada bagian lainnya yang digunakan untuk berenang. Heat Exchanger (penukar panas) bekerja dengan prinsip counter current (arus bolak-balik)

Hewan Ekstoterm Terestrial

Suhu selalu berubah dengan variasi yang cukup besar. perbedaan signifikan antara suhu udara siang dengan malam. hewan harus berusaha mengatur suhu tubuhnya dengan cara mengatur perolehan dan pelepasan panas melalui mekanisme termoregulasi. Hewan ekstoterm terestrial memperoleh panas dengan cara menyerap radiasi matahari baik pada vertebrata maupun invertebrate misalnya:

Mengubah warna permukaan tubuh (ubah penyerapan melanin, contoh: belalang rumput dan kumbang mengubah warna tubuhnya menjadi lebih gelap

Menghadapkan tubuh ke arah matahari, contoh: belalang Locust tegak lurus ke arah matahari

Sedangakan cara pelepasan panas:

1. Mengubah orientasi tubuh menjauhi sinar matahari
2. Memanjat pohon
3. Vasokonstriksi
4. Vasodilatasi

Adaptasi Hewan Ekstoterm terhadap Suhu Sangat Panas dan Sangat Dingin

Adaptasi terhadap suhu sangat panas dilakukan dengan:

1. Meningkatkan laju pendinginan dengan penguapan:
1. melalui kulit, bagi hewan yang berkulit lembab (cacing dan katak) atau dengan cara berkeringat (untuk hewan yang mempunyai kelenjar keringat)
2. melalui saluran pernafasan, bagi hewan yang kulitnya tebal dan kedap air (reptil dan insekta)
2. Mengubah mesin metaboliknya agar bisa bekerja pada suhu tinggi (kadal dan reptil gurun)

Sedangkan untuk adaptasi terhadap suhu sangat dingin dilakukan dengan:

1. meningkatkan konsentrasi osmotic, titik beku cairan tubuh dapat diturunkan hingga dibawah 0^oC. Zat terlarut: gula, seperti fruktosa atau derivatnya, dan gliserol (bermanfaat untuk melindungi membran dan enzim dari denaturasi akibat suhu yang sangat dingin. contoh: lalat dari Alaska, Rhabdophaga strobiloides, yang dapat bertahan hingga suhu -60^oC.
2. menghambat pembentukan kristal es di dalam sel untuk mencegah kerusakan membrane. Dilakukan dengan cara menambahkan glikoprotein antibeku ke dalam cairan tubuh (misal: ikan es dari antartika (Trematomus borchgrevink). Glikoprotein ialah molekul polimer dari sejumlah monomer yang tersusun atas tripeptida, yang terikat pada derivat galaktosamin (alanin-alanin-treonin- galaktosa derivat).

F.Termoregulasi pada Hewan Endoterm

Hewan Endoterm adalah hewan yang panas tubuhnya berasal dari dalam tubuh sebagai hasil dari proses metabolisme sel tubuh. Suhu tubuh dipertahankan agar tetap konstan, walaupun suhu lingkungannya selalu berubah (contoh: burung dan mamalia) dengan cara menyeimbangkan perolehan dan pelepasan panas.

Bila suhu tubuh terlalu tinggi dilepaskan dengan cara:

1. Vasodilatasi daerah perifer tubuh
2. Berkeringat dan terengah-engah
3. Menurunkan laju metabolisme (misal: menekan sekresi tiroksin)
4. Respons perilaku (misal: berendam di air)

Sebaliknya bila suhu tubuh terlalu rendah:

a. Vasokonstriksi

b. Menegakkan rambut (merinding)

c. Menggigil (shivering)

d. Meningkatkan laju metabolisme (dengan meningkatkan sekresi tiroksin)

e. Respons perilaku (menghangatkan diri)

Mekanisme Produksi Panas pada Hewan Endoterm

Pertama, meningkatkan produksi panas metabolik dalam otot rangka (kontraksi otot):

1. Terjadi secara sadar dengan cara menggerakkan anggota tubuh
2. Tanpa sadar dengan cara menggigil (gerakan yang tidak teratur dan tidak mempunyai tujuan pergerakan tertentu, misalnya saat dingin)

Kedua,

1. Memetabolisme jaringan lemak cokelat:

·         jaringan lemak coklet berbeda dengan jaringan lemak putih

• jaringan lemak coklet dibungkus oleh selaput yang dipersarafi dengan baik oleh sistem saraf simpatis
• jika dirangsang, lemak akan dimetabolisme dalam mitokondria sel lemak, dan panas akan dihasilkan

·         membutuhkan banyak oksigen sehingga hewan harus meningkatkan pasokan oksigen

2.      Meningkatkan sekresi hormon tiroid (T3 dan T4), hormon yang dapat meningkatkan aktivitas metabolisme dalam sel

3. Menyerap radiasi panas matahari
4. Menegakkan rambut/bulu sehingga pelepasan panas secara konveksi dapat diperkecil
5. Mengurangi aliran darah ke organ perifer dengan vasokonstriksi (menyempitkan pembuluh darah)
6. Memberikan berbagai tanggapan perilaku

G. Adaptasi Hewan Endoterm terhadap Suhu Sangat Panas dan Sangat Dingin

·      Adaptasi terhadap Suhu Sangat Dingin

Pertama, masuk ke dalam kondisi heterotermi, yaitu mempertahankan adanya perbedaan suhu di antara berbagai bagian tubuh. Contoh: burung dan mamalia kutub yang mempunyai suhu pada pusat tubuh sebesar 38oC, namun suhu kakinya hanya sekitar 3oC, secara fisiologis, kaki tetap berfungsi normal (telah beradaptasi pada tingkat sel dan tingkat molekul)

Kedua, Hibernasi atau torpor, yaitu penurunan suhu tubuh yang berkaitan dengan adanya penurunan laju metabolisme, laju denyut jantung, laju respirasi, dan sebagainya. Periode hibernasi, mulai dari beberapa jam hingga beberapa minggu, bahkan beberapa bulan. Berakhirnya hibernasi dicapai dengan kebangkitan spontan melalui peningkatan laju metabolisme dan suhu tubuh secara cepat, yang akan segera mengembalikannya ke keadaan nomal

·      Adaptasi terhadap Suhu Sangat Panas

Pertama, meningkatkan pelepasan panas tubuh dengan meningkatkan penguapan, baik melalui proses berkeringat ataupun terengah-terengah.

Kedua, melakukan gular fluttering: yaitu menggerakkan daerah kerongkongan secara cepat dan terus-menerus sehingga penguapan melalui saluran pernafasan (dan mulut) dapat meningkat, akibatnya pelepasan panas tubuh juga meningkat. Misalnya pada ayam yang sedang mengerami telur.

Ketiga, menggunakan strategi hipertermik, yaitu mempertahankan atau menyimpan kelebihan panas metabolik di dalam tubuh sehingga suhu tubuh meningkat sangat tinggi, contoh: unta dan rusa gurun.

Hipertermik mengurangi pelepasan air dari tubuh, yang seharusnya digunakan untuk mendinginkan tubuh melalui penguapan (untuk sementara). Hipertermik menimbulkan masalah karena organ tertentu dalam tubuh (misalnya otak) kurang mampu mentoleransi kenaikan suhu yang terlalu besar. Pendinginan dilakukan dengan cara kerja mirip heat exchanger, lokasinya terletak pada rongga hidung.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2012. Keseimbangan Panas pada Hewan. http://www. blogspot.com, diakses pada tanggal 25 Februari 2012.

Anonim^.  2012. Termoregulasi. http://wordpress.com, diakses pada tanggal 25 Februari 2012.

Anonim.  2012. Pengaturan Suhu Tubuh. http://bima.ipb.ac.id. diakses pada tanggal 25 Februari 2012.

Anonim. 2012.Pengaturan Suhu Tubuh Hewan. http://Robertino Linux’s blog.com. diakses pada tanggal 25 Februari 2010.

Anonim. 2012. Pengaruh Suhu Terhadap Aktivitas Enzim. www.baltimore.ohlog.com, diakses pada tanggal 25 Februari 2012.