Semua benda yang suhunya tidak berada pada nol absolut memancarkan sinar semacam ini. Tubuh manusia memancarkan sinar panas ke segala arah. Sinar panas juga dipancarkan dari dinding ruangan dan benda-benda lain menuju tubuh. Jika suhu tubuh lebih tinggi daripada suhu lingkungan, jumlah panas yang dipancarkan dari tubuh akan lebih besar dibandingkan panas yang dipancarkan menuju tubuh.

Kehilangan Panas melalui Konduksi Terjadi akibat Kontak Langsung dengan Suatu Objek. Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 74-4, hanya sejumlah kecil panas, sekitar 3%, yang biasanya hilang dari tubuh melalui konduksi langsung dari permukaan tubuh ke benda padat, seperti kursi atau tempat tidur. Akan tetapi, kehilangan panas melalui konduksi ke udara merupakan proporsi yang cukup besar dari kehilangan panas tubuh, yaitu sekitar 15%, bahkan dalam kondisi normal.

Panas sebenarnya merupakan energi kinetik dari gerakan molekul, dan molekul kulit terus-menerus mengalami gerakan vibrasi. Sebagian besar energi gerakan ini dapat dipindahkan ke udara jika udara lebih dingin daripada kulit, sehingga meningkatkan kecepatan gerakan molekul udara.

Setelah suhu udara yang berdekatan dengan kulit menjadi sama dengan suhu kulit, tidak terjadi lagi kehilangan panas lebih lanjut melalui mekanisme ini karena jumlah panas yang dihantarkan dari udara ke tubuh kini sama besar. Oleh karena itu, konduksi panas dari tubuh ke udara bersifat membatasi diri sendiri kecuali bila udara yang telah dipanaskan bergerak menjauhi kulit sehingga udara baru yang belum dipanaskan terus-menerus bersentuhan dengan kulit, suatu fenomena yang disebut konveksi udara.

Kehilangan Panas melalui Konveksi Disebabkan oleh Pergerakan Udara. Panas dari kulit pertama-tama dihantarkan ke udara, kemudian dibawa menjauh oleh arus konveksi udara.

Sejumlah kecil konveksi hampir selalu terjadi di sekitar tubuh karena udara yang berdekatan dengan kulit cenderung naik ketika menjadi panas. Oleh karena itu, pada seseorang tanpa pakaian yang duduk di ruangan nyaman tanpa pergerakan udara yang nyata, sekitar 15% total kehilangan panas terjadi melalui konduksi ke udara yang kemudian diikuti konveksi udara menjauhi tubuh.

Efek Pendinginan oleh Angin. Ketika tubuh terpapar angin, lapisan udara yang berada tepat di dekat kulit digantikan oleh udara baru jauh lebih cepat dibandingkan keadaan normal, sehingga kehilangan panas melalui konveksi meningkat secara bermakna. Efek pendinginan angin pada kecepatan rendah kira-kira sebanding dengan akar kuadrat dari kecepatan angin. Sebagai contoh, angin dengan kecepatan 4 mil per jam sekitar dua kali lebih efektif dalam mendinginkan tubuh dibandingkan angin dengan kecepatan 1 mil per jam.

Konduksi dan Konveksi Panas dari Seseorang yang Terendam dalam Air. Air memiliki kalor jenis beberapa ribu kali lebih besar dibandingkan udara, sehingga setiap unit air yang berdekatan dengan kulit dapat menyerap panas dalam jumlah jauh lebih besar dibandingkan udara. Selain itu, konduktivitas panas air sangat tinggi dibandingkan udara. Akibatnya, tubuh tidak mampu memanaskan lapisan tipis air di dekat tubuh untuk membentuk “zona isolator” sebagaimana yang terjadi pada udara. Oleh karena itu, jika suhu air berada di bawah suhu tubuh, laju kehilangan panas ke air biasanya berkali-kali lebih besar dibandingkan laju kehilangan panas ke udara.

Evaporasi

Ketika air menguap dari permukaan tubuh, sebanyak 0,58 Kalori (kilokalori) panas hilang untuk setiap gram air yang menguap. Bahkan ketika seseorang tidak berkeringat, air tetap menguap secara tidak disadari dari kulit dan paru-paru dengan laju sekitar 600 hingga 700 ml/hari. Evaporasi tidak disadari ini menyebabkan kehilangan panas terus-menerus dengan laju 16 hingga 19 Kalori per jam. Evaporasi tidak disadari melalui kulit dan paru-paru tidak dapat dikendalikan untuk tujuan pengaturan suhu karena proses tersebut terjadi akibat difusi molekul air secara terus-menerus melalui kulit dan permukaan respirasi. Namun, kehilangan panas melalui evaporasi keringat dapat dikendalikan dengan mengatur laju berkeringat, yang akan dibahas kemudian pada bab ini.

Evaporasi Merupakan Mekanisme Pendinginan yang Diperlukan pada Suhu Udara Sangat Tinggi. Selama suhu kulit lebih tinggi daripada suhu lingkungan, panas dapat hilang melalui radiasi dan konduksi. Akan tetapi, ketika suhu lingkungan menjadi lebih tinggi daripada suhu kulit, tubuh justru memperoleh panas melalui radiasi dan konduksi. Dalam kondisi tersebut, satu-satunya cara tubuh membuang panas adalah melalui evaporasi.

Oleh karena itu, segala sesuatu yang menghambat evaporasi yang adekuat ketika suhu lingkungan lebih tinggi daripada suhu kulit akan menyebabkan peningkatan suhu internal tubuh. Fenomena ini kadang terjadi pada individu yang lahir dengan tidak adanya kelenjar keringat secara kongenital. Orang-orang ini dapat mentoleransi suhu dingin sama baiknya dengan orang normal, tetapi mereka dapat mengalami stres berat dan meninggal akibat heatstroke di daerah tropis karena, tanpa sistem pendinginan evaporatif, mereka tidak dapat mencegah peningkatan suhu tubuh ketika suhu udara lebih tinggi daripada suhu tubuh.

Pakaian Mengurangi Kehilangan Panas melalui Konduksi dan Konveksi. Pakaian memerangkap udara di dekat kulit di antara serat kain, sehingga meningkatkan ketebalan apa yang disebut sebagai zona udara privat yang berdekatan dengan kulit dan mengurangi aliran arus konveksi udara. Akibatnya, laju kehilangan panas tubuh melalui konduksi dan konveksi sangat menurun. Satu set pakaian biasa menurunkan laju kehilangan panas hingga sekitar setengah dibandingkan tubuh tanpa pakaian, sedangkan pakaian tipe Arktik dapat menurunkan kehilangan panas hingga hanya seperenamnya.

Sekitar setengah panas yang dipindahkan dari kulit ke pakaian dipancarkan ke pakaian melalui radiasi, bukan dihantarkan melintasi ruang kecil di antaranya. Oleh karena itu, pelapisan bagian dalam pakaian dengan lapisan tipis logam, seperti perak atau emas, yang memantulkan panas radiasi kembali ke tubuh, membuat sifat isolasi pakaian menjadi jauh lebih efektif. Dengan teknik ini, berat pakaian untuk penggunaan di daerah Arktik dapat dikurangi hingga sekitar setengahnya.

Efektivitas pakaian dalam mempertahankan suhu tubuh hampir sepenuhnya hilang ketika pakaian menjadi basah karena konduktivitas tinggi air meningkatkan laju transmisi panas melalui kain hingga 20 kali lipat atau lebih. Oleh karena itu, salah satu faktor terpenting dalam melindungi tubuh terhadap dingin di daerah Arktik adalah sangat berhati-hati agar pakaian tidak menjadi basah. Bahkan, seseorang harus berhati-hati agar tidak mengalami kepanasan meskipun hanya sementara karena keringat pada pakaian akan membuat pakaian tersebut jauh kurang efektif sebagai isolator.

Berkeringat dan Pengaturannya oleh Sistem Saraf Otonom

Stimulasi area preoptik hipotalamus anterior di otak, baik secara elektrik maupun akibat panas berlebihan, menyebabkan berkeringat. Impuls saraf dari area ini yang menyebabkan berkeringat dihantarkan melalui jalur otonom menuju medula spinalis dan kemudian melalui aliran simpatis ke kulit.

Perlu diingat dari pembahasan sistem saraf otonom pada Bab 61 bahwa kelenjar keringat dipersarafi oleh serabut saraf kolinergik, yaitu serabut yang mensekresikan asetilkolin tetapi berjalan dalam saraf simpatis bersama serabut adrenergik. Kelenjar ini juga dapat dirangsang sampai tingkat tertentu oleh epinefrin atau norepinefrin yang bersirkulasi dalam darah, meskipun kelenjar itu sendiri tidak memiliki persarafan adrenergik. Mekanisme ini penting selama olahraga, ketika hormon-hormon tersebut disekresikan oleh medula adrenal dan tubuh perlu membuang panas berlebih yang dihasilkan oleh otot yang aktif.

Gambar 74-5. Kelenjar keringat yang dipersarafi oleh saraf simpatis penghasil asetilkolin. Sekresi primer bebas protein dibentuk oleh bagian kelenjar, tetapi sebagian besar elektrolit direabsorpsi di dalam duktus, sehingga menghasilkan sekresi encer dan berair.

Mekanisme Sekresi Keringat. Pada Gambar 74-5, kelenjar keringat diperlihatkan sebagai struktur tubular yang terdiri atas dua bagian: (1) bagian berpilin subdermal dalam yang mensekresikan keringat, dan (2) bagian duktus yang berjalan keluar melalui dermis dan epidermis kulit. Sebagaimana pada banyak kelenjar lain, bagian sekretori kelenjar keringat menghasilkan cairan yang disebut sekresi primer atau sekresi prekursor; konsentrasi kandungan dalam cairan tersebut kemudian dimodifikasi saat cairan mengalir melalui duktus.

Sekresi prekursor merupakan produk sekretori aktif dari sel epitel yang melapisi bagian berpilin kelenjar keringat. Serabut saraf simpatis kolinergik yang berakhir pada atau dekat sel kelenjar memicu sekresi tersebut.

Komposisi sekresi prekursor mirip dengan plasma, kecuali tidak mengandung protein plasma. Konsentrasi natrium sekitar 142 mEq/L dan klorida sekitar 104 mEq/L, dengan konsentrasi zat terlarut plasma lainnya yang jauh lebih kecil. Saat larutan prekursor ini mengalir melalui bagian duktus kelenjar, larutan dimodifikasi melalui reabsorpsi sebagian besar ion natrium dan klorida. Derajat reabsorpsi ini bergantung pada laju berkeringat.

Ketika kelenjar keringat hanya dirangsang sedikit, cairan prekursor melewati duktus secara lambat. Dalam keadaan ini, hampir seluruh ion natrium dan klorida direabsorpsi, dan konsentrasi masing-masing turun hingga serendah 5 mEq/L. Proses ini menurunkan tekanan osmotik cairan keringat hingga tingkat yang sangat rendah sehingga sebagian besar air juga direabsorpsi, yang menyebabkan sebagian besar kandungan lainnya menjadi lebih terkonsentrasi. Oleh karena itu, pada laju berkeringat rendah, zat seperti urea, asam laktat, dan ion kalium biasanya berada dalam konsentrasi sangat tinggi.

Sebaliknya, ketika kelenjar keringat dirangsang kuat oleh sistem saraf simpatis, sejumlah besar sekresi prekursor terbentuk dan duktus mungkin hanya mereabsorpsi sedikit lebih dari setengah natrium klorida; konsentrasi ion natrium dan klorida kemudian, pada individu yang belum beraklimatisasi, mencapai maksimum sekitar 50 hingga 60 mEq/L, sedikit kurang dari setengah konsentrasi dalam plasma. Selain itu, keringat mengalir melalui tubulus kelenjar dengan sangat cepat sehingga hanya sedikit air yang direabsorpsi. Oleh karena itu, zat terlarut lain dalam keringat hanya mengalami peningkatan konsentrasi sedang; urea sekitar dua kali konsentrasi plasma, asam laktat sekitar empat kali, dan kalium sekitar 1,2 kali.

Kehilangan natrium klorida dalam jumlah bermakna terjadi melalui keringat pada seseorang yang belum beraklimatisasi terhadap panas. Kehilangan elektrolit jauh lebih sedikit terjadi, meskipun kapasitas berkeringat meningkat, setelah seseorang mengalami aklimatisasi.