Sistem termoregulasi Dr. Ir. C. Rachmawati Wahyuningsih Siswadi, S.U., M. Agr. Sc 2014

Sistem termoregulasi Tujuan mempelajari: 1.Mahasiswa mampu menjelaskan mekanisme pergerakan keseimbangan panas tubuh 2.Mahasiswa mampu menyebutkan komponen yang terlibat dalam termoregulasi 3.Mahasiswa mampu menjelaskan perbedaan hewan yang memiliki Daya Tahan Panas (DTP) tinggi dan rendah kaitannya dengan produksi ternak, terutama dalam menghadapi efek global warming 4.Mahasiswa mampu membedakan berbagai suhu tubuh ternak yang ideal.

Sistem termoregulasi sistem pengaturan panas tubuh hewan agar tetap stabil (comfort) sehingga dapat berproduksi secara optimal Cara pengaturan: menerima panas dari luar dan membuang panas dari dalam tubuh Ternak: unggas mamalia homeoterm

Body core TB Body core TB Outer layer of body d Body Surface Ts Environment TA

Menurut termoregulasi, hewan terbagi: 1.Homoioterm (homeoterm) 2.Poikiloterm 3.Heterothermy= mampu bertindak sbg endotherm tetapi tdk konsisten Homoioterm (homeoterm) a.Mempunyai mekanisme kontrol bagi kondisi tubuhnya termasuk suhu tubuhnya b.Perubahan suhu luar kecil pengaruhnya terhadap perubahan suhu tubuh c.Disebut sebagai temperature regulator d.Sumber panas berasal dari panas metabolik

Hewan poikiloterm disebut juga temperature conformers atau ectoterm = disebut hewan berdarah dingin, meski suhu tubuh kadang2 lebih tinggi daripada homeoterm = Sumber panas berasal dari luar (panas matahari)

Prinsip dari kontrol terhadap perubahan suhu tubuh adalah dengan menerapkan keseimbangan mengikuti persamaan 1.Produksi panas = kehilangan panas + panas tersimpan 2. Produksi panas tubuh ternak dihasilkan oleh proses metabolisme dan diukur dari laju metabolik (metabolic rate), yang antara lain dirumuskan dlm persamaan Burton dan Endoholm (1955)

M = Tc - Ta __ + E It + Icl + Ia M= metabolic rate Tc= temperature of the body core ( suhu tubuh bag dalam) Ta = suhu lingkungan (suhu udara) It = insulation of the tissues (daya sekat jaringan) Icl= insulation of clothing or hair coat (daya sekat bulu/rambut/baju) Ia = insulation of the air (daya sekat udara) E = evaporation (penguapan)

Produksi Panas = Kehilangan Panas Diprngaruhi Oleh P akan Cadangan dalam tubuh Pakan untuk maintenace Pakan untuk produksi Pakan untuk aktivitas Pakan untuk fermentasi Radiasi Matahari Panas Radiasi Evaporasi Konduksi Konveksi Semua efektifitas dipengaruhi oleh Suhu lingkungan, kelembaban & angin Area Permukaan Penutup tubuh (rambut,warna, keterbukaan Penguapan air dari kulit & paru-paru Pertukaran air (minum & kencing Daya hantar panas (aliran darah) pd jaringan & perifer

Suhu tubuh Kehidupan ternak sangat dipengaruhi oleh reaksi biokimia dan reaksi biokimia sangat dipengaruhi oleh suhu tubuh. Hukum Van Hoff’s----  reaksi biokimia di dalam tubuh akan lebih cepat dua kali lipat bila suhu tubuh naik 10 0 C Protein denaturasi terjadi pada suhu C. Kepekaan protein akan suhu mengakibatkan ternak sangat terancam oleh kenaikan suhu tubuh yg di luar sistem kontrol

Variasi suhu tubuh 1.Suhu lebih hangat di bag dalam tubuh (otak, organ di bag dada, organ di bag perut dan bagian2 otot gerak) 2.Bagian perifer tubuh menjadi buffer bagi bagian dalam tubuh sehingga suhunya lebih rendah 3.Variasi harian (diurnal) mengikuti siklus cahaya matahari. Tertinggi pk 15.00, terendah pk 03.00, dengan variasi sebesar 1 – 2 0 C

Lanjutan variasi suhu tubuh 4. Pada hewan malam (nocturnal), suhu tubuh tertinggi pada malam hari 5. Suhu tubuh lebih tinggi pada hewan muda, sesaat setelah aktivitas fisik, setelah makan, hewan yg sedang estrus dan sedang bunting 6. Suhu tubuh lebih rendah saat kelaparan, setelah pencukuran bulu, setelah berendam, dan setelah minum banyak air dingin

Suhu tubuh ternak Jenis ternakrataan ( 0 C) Kisaran suhu ( 0 C) Sapi38,637,6- 39,2 Kerbau38,0 37,6- 39,0 Kuda38,3 37,0- 39,5 Domba39,3 38,0- 40,0 Kambing38,7 38,0- 39,9 Babi38,2 37,4- 38,4 Ayam41,8 40,3 - 43,0 Itik 41,1 40,0- 42,4 * Peningkatan suhu tubuh sampai >4 0 C suhu normal = bahaya

Ternak mengatur suhu tubuh dengan proses kimia dan fisika yang disebut pembuangan panas sensibel (konduksi, konveksi, dan radiasi) serta pembuangan panas laten (evaporasi) Jika suhu lingkungan lebih dingin daripada suhu tubuh maka panas tubuh akan mengalir ke udara. Jika peristiwa ini berlanjut maka suhu tubuh akan terus turun sehingga ternak harus memproduksi panas utk mengganti panas yang hilang agar suhu tubuh tetap stabil Dinamika panas tubuh

Radiasi –perpindahan panas melalui pancaran mis radiasi matahari---ternak kepanasan Konduksi = perpindahan panas dari materi suhu tinggi ke materi suhu rendah, dengan interaksi molekul dari materi yg berhubungan, tanpa suatu aliran masa---  mengalirnya panas tubuh ke tanah yg lebih dingin apabila ternak berbaring Konveksi= perpindahan panas dari materi yg berbeda suhunya melalui aliran masa, mis cairan atau gas---  perpindahan panas tubuh kerbau ke udara karena aliran angin atau air sungai’ Evaporasi = perpindahan panas melalui penguapan air mis menguapnya keringat ke udara.

Metabolic heat production SUN SKY Radiation from sky Radiation from animal Convection Radiation from bush Radiation from ground Conduction Convection Raflected radiation from sun Direct radiation from sun Respiratoty evaporation Cutaneous evaporation Wind

Pengendalian panas tubuh Diatur oleh sistem homeostasi-  suhu tubuh pada kondisi internal dipertahankan pada suatu titik atau kisaran tertentu Peran homeostasi: 1.Mempertahankan keseimbangan termal 2.Mempertahankan keseimbangan kimiawi cairan tubuh 3.Mempertahankan keseimbangan ikatan karbon dan elektrolit 4.Mempertahankan keseimbangan sirkulasi sistem kardiovaskuler

Pengendalian Panas Tubuh

Faktor yang berperan dalam pengendalian panas tubuh internal (termoregulasi): 1.Sistem saraf  memonitor dilanggarnya batas toleransi suatu status internal dengan memberi rangsangan terhadap umpan balik negatif  suhu menjadi normal kembali 2.Hipotalamus ---memacu hipofise anterior sebagai reseptor hangat. Stimulus rasa hangat pada kulit akan menyebabkan pembuluh darah perifer melebar -  keluar keringat; nafas terengah-engah.

3. Hipotalamus---memacu hipofise posterior sebagai reseptor dingin -  rangsangan dingin pada kulit akan direspon dengan memproduksi panas (menggigil) dan meningkatkan metabolisme tubuh) -Epinefrine diinjeksikan secara intravena--- meningkatkan produksi panas tubuh 4. Hormon -  katekolamin, prostaglandin  dengan susunan saraf pusat hormon dari kelenjar tiroid meningkatkan proses metabolisme sehingga produksi panas (nonshivering)

Monitoring Kulit Dari reseptor hangat kulit Reseptor hangat hipotalamus Dari reseptor dingin kulit Reseptor dingin hipotalamus Anterior (heat loss) Anterior (heat loss) Posterior (heat production) Posterior (heat production) Reciprocal inhibition Negatif feedback 1. Peripheral vasodilatation 2. Sweating 3. Panting Shivering Non shivering

Poikiloterms or ectotherms Nonthermoregulating poikilotherm or ectotherm Thermoregulating poikilotherms or ectotherms Behavioral thermoregulators Endotherm Nonthermoregulating endotherm Thermoregulating endotherms Homeotherms ENDOTHERMY NOYES T H E R M O R E G U L A TI O N NO YES

Rangkuman Hewan homeoterm mampu mempertahankan suhu tubuh relatif stabil. Pengontrolan dilakukan dengan mekanisme termoregulasi  meporduksi panas tubuh melalui pembuangan sensibel (konduksi, konveksi dan radiasi) dan proses pembuangan laten (evaporasi) Produksi panas tubuh dipengaruhi oleh : kualitas pakan, cadangan energi dalam tubuh, radiasi matahari. Kehilangan panas tubuh dipengaruhi oleh: luas perm tubuh, efektifitas penutup tubuh, pertukaran air dari dan ke dalam tubuh, daya hantar panas pada jaringan dan organ perifer.

Pengaruh Global Warming

Mengapa suhu tubuh ternak harus stabil? Karena perubahan suhu akan: 1.mempengaruhi konformasi protein dan aktivitas enzim, jika suhu berubah reaksi dalam sel terganggu -  kecepatan reaksi metabolisme dalam sel terganggu 2.Mempengaruhi energi kinetik yg dimiliki oleh setiap molekul zat---  berpeluang besar terhadap terjadinya pertumbukan antara berbagai partikel zat. uhu tubuh meningkat---  laju reaksi meningkat.

Suhu tubuh meningkat----  laju reaksi dalam sel meningkat Bagaimana jika laju reaksi dalam tubuh (Q) meningkat tak terkendali? Pengukuran laju reaksi secara kualtitatif; Q 0 = K (X + 10) 0 C K(X) 0 C Q 0 = peningkatan laju reaksi (proses fisiologis) yg terjadi utk tiap kenaikan suhu 10 0 C; K = laju reaksi

Produksi panas pada hewan endoterm 1.Meningkatkan produksi panas metabolik dalam otot rangka (menggerakkan tangan, kaki, menggigil) 2.Meningkatkan produksi panas dengan cara lain a. Memetabolisasi jaringan lemak coklat ( jar lemak yg dibungkus oleh selaput dilengkapi dg sistem saraf simpatis. Jar lemak coklat dirangsang-  lemak akan dimetabolisasi dalam mitokondria sel lemak---  dihasilkan panas. Kelemahan: membutuhkan banyak oksigen

b. Meningkatkan sekresi hormon tiroid (T3 dan T4)--  aktivitas metabolisme meningkat c. Menyerap radiasi panas matahari d. Menegakkan rambut/bulu sehingga pelepasan panas secara konveksi diperkecil e. Mengurangi aliran darah ke perifer dengan vasokonstriksi f. Berbagai perilaku --  berjemur, menggosok- gosokkan badan ke ternak lain

Adaptasi ternak endoterm terhadap suhu ekstrim  ekstrim panas dan ekstrim dingin Terhadap suhu yang sangat dingin 1. masuk ke dalam kondisi heterotermi --  mempertahankan adanya perbedaan suhu di berbagai bagian tubuh. Misal burung dan mamalia kutub suhu tubuh di pusat tubuh 38 0 C, sedangkan di kaki 3 0 C, tetapi secara fisiologis kaki tetap berfungsi dengan baik  hewan tersebut telah beradaptasi pada tingkat sel dan tingkat molekul 2. Hibernasi atau torpor

Adaptasi hewan endoterm terhadap suhu ekstrim panas: 1.Meningkatkan pelepasan panas tubuh 2.Melakukan gullar fluttering ----  menggerakkan daerha kerongkongan secara cepat dan terus menerus --  penguapan melalui saluran pernafasan dan mulut dapat meningkat. Misal pada ayam yg sedang mengeram 3.Menggunakan strategi hipertemik --  mempertahankan atau menyimpan kelebihan panas metabolik di dlm tubuh -  suhu tubuh meningkat sangat tinggi. Mis. Unta dan rusa di padang gurun. Kejelekannya: otak kurang mampu mentolerir kenaikan suhu ekstrim. Bagaimana caranya?

Komponen pengendali suhu tubuh endoterm 1.Termoreseptor (reseptor panas dan dingin) 2.Komparator (koordinator) 3.Efektor Saat ada rangsangan berupa peningkatan suhu tubuh ---  reseptor panas terdepolarisasi - Reseptor dingin menghasilkan potensial aksi jika terjadi penurunan suhu Lokasi reseptor: Hipotalamus dan kulit