Thermoregulasi berasal dari kata thermos ( panas) dan regulasi (pengaturan) jadi definisi dari thermoregulasi adalah mekanisme pengaturan temperature panas tubuh manusia untuk menjaga kondisi tubuh tetap konstan dalam melakukan kegiatan ataupun pengaruh temperature lingkungan

Mekanisme pertukaran panas tubuh thd lingkungan

konduksi perpindahan panas ketika terjadi kontak langsung, dipengaruhi beda temperature, konduktivitas thermal dan wilayah terjadi pergerakan panas. Dari gambar ditunjukkan konduksi tubuh dengan obyek (kursi) sebesar 3% dan konduksi panas tubuh ke udara mencapai 15%

konveksi perpindahan panas ketika terdapat aliran zat cair atau gas, dipengaruhi kecepatan aliran zat dan koef konveksinya serta beda temperature zat dengan tubuh

radiation perpindahan panas tanpa kontak langsung antara sumber panas dengan penerima. Tiap benda yg memiliki temperature mutlak tidak 0 akan memancarkan panas ke segala arah melalui mekanisme radiasi. Dr gambar dtunjukkan orang dlam kmar sbg sumber panas akan memancarkan panas ke sekitarnya, dmn terdapat tembok kamar sbg penerima panas. Karena beda temperature

evaporasi mekanisme penguapan yg terjadi ketika tubuh menerima panas dr lingkungannya. Penguapan terjadi di kulit oleh keringat untuk mengurangi panas tubuh

mekanisme thermoregulasi neurologis dan kardiovaskuler

temperature tubuh normal yang hemeostatis berkisar 35,6-37,8. Untk mncapai kseimbangan tsb trdpt control tubuh dari sistem neurologis yakni hipotalamus dan kardiovaskuler yakni pembuluh darah dan kecepatan aliran darah.

Ktika trdpt perubhan dmn trdapat stimulus yg menyebabkan temperature tubuh menurun, dmna hipotalamus akan mendeteksi darah berpengaruh menjadi lbh dingin dr batas normal temperature homeostatis, slanjutnya mengaktifkan mekanisme untuk menaikkan temperature tubuh melalui penyempitan pembuluh darah di kulit dan darah dialihkan dari pembuluh kapiler kulit ke jaringan yg lbih dalam untuk meminimalkan kehilangan panas dari permukaan kulit, bersamaan juga menstrimuli otot untuk menghasilkan panas dgn membuat reaksi menggigil. Dr proses trsebut kehilangan temperature dapat diminimalkan dan panas tubuh dapat dihasilkan dgn pningkatan temperature dipantau oleh hipotalamus hingga mencapai temperature normal, mekanisme tersebut dihentikan

Ktika terdapat stimulus akibat pningkatan temperature lebih tinggi dari suhu tubuh normal, hipotalamus akan mendeteksinya dan mengaktihkan mekanisme untuk mengurangi panas melalui melebarkan pembuluh darah kulit sehingga kapiler kulit menjadi mudah dialiri darah yg panas untuk memudahkan memancarkan panas dari permukaan kulit, scr bersamaan hipotalamus juga mnstimuli klenjar keringat untuk mengeluarkan keringat yg akan menguap krn panas tubuh, hal itu akan membantu dalam proses pendinginan temperature tubuh. Penurunan temperature tubuh akan terus menerus dipantau oleh hipotalamus hingga mencapai temperature homeostatis maka proses pengurangan panas dhentikan.

Sistem Kardiovaskular sistem untuk mengalirkan drah guna mempertahankan kualitas dan kuantitas cairan tubuh agar tetap homeostatis shg organ2 tubuh mendapat asupan oksigen dan nutrisi yg cukup untuk bekerja membangun dan memelihara kondisi normal tubuh.

Kardio sbg pompa utama dr proses sirkulasi darah memiliki mekanisme sistol dan diastole. Dimana sistol adalah kondisi ketika darah terpompa meninggalkan jantung ke slruh tubuh ( ventrikel kontraksi, atrium relaksasi), selanjutnya kondisi diastole ktika darah dari seluruh tubuh masuk ke jantung melalui atrium ke ventrikel (atrium kontraksi, ventrikel relaksasi). Mekanisme tersbut bekerja bergantian antara ventrikel dan atrium, dan bersamaan antara jantung kiri dan kanan.

Dari jantung, darah akan diedarkan keseluruh tubuh melalui sistem predaran darah, dimana aliran dimulai dari darah yg mengandung karbondioksida sbg hasil pertukaran dari sel-sel jaringan akan kembali ke atrium kanan jantung, menuju ventrikel kanan untuk kemudian dipompa menuju paru2 shg terjadi pertukaran antara krbondioksida dgn oksigen mendapatkan darah mengandung oksigen yg slanjutnya di kembalikan ke jantung msuk mlalui atrium kiri mnuju ventrikel kiri untuk dipompa keseluruh tubuh menyuplai kebtuhan sel jaringan tubuh, proses tersebut terjadi bersamaan.

Bila terjadi gangguan suplai nutrisi dan oksigen, terdapat organ yg rentan akan kekurangan suplai tsb takni otak, hal tsb dpt menyebabkan terjadinya stroke. Stroke termasuk pnyakit serebrovaskuler dmn terjadi kekurangan suplai nutrisi dan oksigen oleh darah ke jaringan otak. Hal tsb menyebabkan lama2 terjadi kematian jaringan otak (infark cerebral) menyebabkan kehilangan fungsi saraf untuk mengontrol tubuh, jika infark yg terjadi smakin banyak maka akan mnyebabkan trjadi kmatian organ otak dan berpengaruh terhadap organ yg mngontrol metabolism tubuh.

Stroke trbagi jdi 2, yakni stroke iskemi dan stroke hemorragik.

Stroke iskemik adalah stroke yg terjdi hampir 80% dr ksluruhan kasus yg ada. Disebabkan sumbatan baik sebagian atau keseluruhan yg menyebabkan sirkulasi terhenti, umunya karena thrombosis yakni proses oklusi pd slah satu atau lebih pembuluh darah lokal dapat terjadi karena terbentk arherioklerosis. Dapat pula diakibatkan terjdi penyumbatan akibat darah yg membeku pd sistem serebrovaskular dan daya pompa jantung yg tidak mencukupi untuk menyuplai sirkulasi darah ke otak.

Stroke hemorragik adalah stroke yg terjdi 70% pd penderita hipertensi akibat pecahnya pembuluh darah pada otak dan terjadi pendarahan yg menekan otak. Stroke hemorragik dapat disebabkan arteri di dalam otak pecah sehingga darah bocor keluar menuju jaringan otak serta karena pecahnya pembuluh darah yg dekat denga permukaan otak shg bocor dan masuk ke ruang subaraknoid(ruang antara otak dengan tengkorak). Kebanyakan kasus stroke hemorragik terjadi pd orang dengan penyakit hipertensi karena melemahkan arteri dan membuatnya mudah robek.

Otak manusia sebagai sistem saraf pusat yg trsusun dari sel saraf ( neuron) dan sel pendukung( neuroglia). Neuron membawa informasi berbntuk pulse listrik yg disebut potensial aksi dan dikomunikasikan antar neuron ke seluruh tubuh dengan mengirimkan neurotransmitter. Neuroglia berfungsi menyokong sel neuron dengan menjaga homeostatis dgn membentuk blood brain barrier untuk memisahkan cerebrospinal fluid dgn pembuluh darah, neuroglia jg berperan dlm proses fagositosis yg aktif saat proses inflamasi.

Otak memerlukan glukosa dan oksigen untuk melakukan metabolism menghasilkan energi yg digunakan untuk meregenerasi jaringan saraf, biosintesis neurotransmitter dan mengatur transport aktif yakni mngatur pompa Na dan K untuk menjaga

Iskemia dpt mnyebabkan terjadi infark otak. Dengan kurangnya darah yg menyuplai otak, dpt menyebabkan kkerusakn. Daerah otak yg mengalami infark tdk dpt berfungsi lgi dengan ditandai gangguan saraf (deficit neurologis) antara lain:

Gangguan kesadaran

o Compos mentis, yaitu ketika seseorang masih tersadar penuho Apatis, yaitu kurangnya respons terhadap keadaan sekeliling, biasanya

ditandai dengan tidak adanya kontak mata atau mata terlihat menerewang dan tidak fokus

o Somnolen, yaitu keadaan dimana seseorang sangat mudah mengantuk dan tidur terus-menerus, tetapi masih mudah untuk dibangunkan

o Sopor, yaitu kondisi tidak sadar atau tidur berkepanjangan, tetapi masih memberikan reaksi terhadap rangsangan (rasa sakit).

o Koma, yaitu kondisi tidak sadar dan tidak ada reaksi terhadap rangsangan apapun.

Gangguan fungsi luhuro Afasia kehilangan kemampuan menggunakan bahasao Akalkulia kehilangan kemampuan berhitungo Agrafia kehilangan kemampuan menuliso Alexia kehilangan kemampuan membacao Anomia kehilangan kemampuan mengenal (barang, nama)o Amnesia kehilangan kemampuan mengingato Gangguan visuospatial gangguan mengenal tata ruang

Gangguan sensorik

o Hemihipestesia (baal atau kurangnya sensitifitas pada 1 sisi)o Hemiparestesia (kesemutan 1 sisi)o Kesemutan sekitar muluto Gangguan pengecapan atau lidaho Nyeri pada satu sisi tubuh

Kejang

o Kejang fokal, yaitu kejang pada salah satu bagian tubuh (kanan atau kiri saja)o Kejang umum, yaitu kejang pada seluruh tubuho kejang absans, yaitu kejang disertai waktu jeda dan kemudian kejang lagi

secara berulang-ulang Gangguan lapang pandang penglihatan

o Buta mendadak 1 mata atau 2 matao Gelap 1 sisi lapang pandang atau terdapat spot hitam di sekitar pandangan

Gangguan motorik o Hemiparesis (lemah sebelah badan, tangan kaki kanan atau kiri saja)o Quadriparesis (lemah keempat anggota badan, tangan kaki kanan dan kiri)

o Paraparesis (lemah kedua kaki)o Gangguan gerak otot wajah, biasanya ditandai dengan bentuk bibir yang tiba-

tiba miringo Gangguan gerak bola mata (oftalmoplegia)o Gangguan menelan (disfagia)

Terdapat 2 patofisiologi dari infark otak, yakni dari kondisi kekurangan glukosa dan oksigen, serta dilanjutkan pada perubahan metabolism sel dan mempengaruhi tidak memadainya penyediaan energy.

Iskemia yg menyebabkan infark dpt dibagi jd iskemia fokal dan iskemia global

Iskemia fokal adalah kondisi aliran darah tidak dapat menyuplai jaringan otak secara maksimal sbgmn sirkulasi normal, terdapat bbrpa critical level dari gangguan iskemik fokal, antara lain:

Hanya 70-80% (<50-60ml/100gr jar. otak /menit) proses sintesis terhambat Hanya 50% (35ml/100gr jar. Otak/ menit) aktivasi glikolisis anaerob menyebabkan

asam piruvat tidak mengalami oksidasi (tidak ada siklus krebs) menjadi asam laktat, karena suplai oksigen tidak membaik maka proses tsb tertahan sehingga terjadi peningkatan konsentrasi laktat menyebabkan terjadi asidosis laktat yg akan merangsang pembentukan radikal bebas dan merusak neuron,

Hanya 30% (20/100gr jar otak/ menit) akibat produksi ATP yg kurang tp metabolism tetap berjalan menyebabkan deficit energi sehingga terjadi gangguan transport aktif ion, instabilitas membrane sel menyebabkan peningkatan kadar Ca ++ yg masuk membentuk fosfolipase dan protease yang merusak membran sel, dan protein yang diperlukan untuk integritas membran sel.

Hanya 20% (10-15ml/100gr jar otak/menit) neuron kehilangan gradient ion shg kkterjadi depolarisasi anoksik dari membrane menyebabkan pelepasan glutamate dan aspartate dan memperburuk kebocoran Na+, K+ dan Ca++ menyebabkan kerusakan irreversible otak

Hanya 10% (<10ml/100gr jar otak/menit) kerusakan irreversible terjadi 6-8 menit membentuk daerah ischemic core (inti infark) dmn sel mengalami kerusakan akibat kegagalan energi menyebabkan lisis. Disekeliling daerah inti infark terdapat penumbra dmn sel nya belum mati tp proses metabolism oksidatif, dan pompa ion msh terjadi sangat minim dan masih bs dslamatkan beberapa jam sampai infark core tidak meluas

Pada iskemia global akan terbentuk ion-ion radikal bebas yang berbahaya dengan merusak membrane dan DNA

Seiring dengan berkembangnya pengetahuan tentang material semikonduktor, maka material pembuat modul termoelektrik sekarang merupakan bahan semikonduktor yang terdiri dari tipe p dan n, gambar. Kedua tipe ini merupakan satu pasang yang dinamakan pelet. Modul termoelektrik terdiri dari sejumlah pelet untuk meningkatkan daya listrik yang dihasilkan atau penyerapan/pembuangan kalor yang lebih baik.

Skema Modul Termoelektrik

Pada Termoelektrik, jika terdapat perbedaan temperatur antar dua sambungan, maka akan dihasilkan tegangan listrik atau efek Seebeck, secara matametis dapat ditulis:

 

Dimana V adalah tegangan, α adalah koefisien Seebeck (V/m), dan ΔT adalah perbedaan temperatur antara dua sambungan (K).

Peristiwa sebaliknya, perbedaan temperatur akan dihasilkan jika ada arus yang mengalir, yaitu efek Peltier, dapat ditulis:  

 

Dimana q adalah besarnya kalor yang diserap atau dibuang tergantung sambungan (dalam satuan W), I adalah arus yang mengalir dalam sambungan termoelekktrik (dalam satuan A) dan T adalah temperatur pada sambungan baik panas maupun dingin (Dalam satuan K).  Sambungan yang temperaturnya menajdi dingin artinya menyerap kalor, sedangkan sambungan yang menjadi panas berarti membuang kalor.

Pada saat termoelektrik terlaliri arus listrik, maka terdapat pebedaan temperatur. JIka terdapat perbedan temperatur maka terjadi efek Seebeck, oleh karena itu tegangan pada termoelektrik saat ada arus listrik yang mengalir menjadi

Dimana I adalah arus yang mengalir, R adalah hambatan listrik dari modul termoelektrik.Kemudian, karena adanya perbedaan temperatur, maka terjadi perpindahan kalor. Karena perpindahan kalor secara konduksi sangat dominan, maka pada modul termoelektrik diasumsikan bahwa konveksi dan radiasi antara kedua sisi modul diabaikan. Oleh karenanya dapat dituliskan :

Dimana qcond adalah besarnya perpindahan kalor konduksi, θ adalah hambatan termal, dan ∆T adalah perbedaan temperatur antara kedua sisi modul termoelektrk.Selain itu ketika arus listrik melaui suatu bahan, maka selalu ada kalor yang di hasilkan yang dinamakan joule heating yang besarnya:

Untuk menghitung besarnya kalor yang diserap (di sisi dingin) dan kalor yang diemisikan (di sisi panas) maka semua energi (termal) yang di sebutkan di atas harus diperhitungkan. Oleh Karena itu persamaan kesetimbangan energi pada penyerapan kalor mejadi:

Dapat dilihat pada persaamaan di atas efek peltier bernilai yang positif karena inilah menyerap kalor. Kemudian konduksi bernilai negatif karena kalor berpindah dari sisi panas ke sisi dingin. Joule heating juga mengurangi efek peltier ini karena joule heating selalu menghaslkan panas. Pada bagian joule heating besarnya dibagi dua karena dianggap total hambatan pada modul termoelektrik adalah R, sedangkan pada termoelektrik terdapat dua sisi sehingan ½ R berada di sisi dingin dan ½ R lainnya berada di sisi panas.Untuk persamaan energi di sisi yang panas, energi yang diemisikan dapat dituliskan sebagai berikut:

Dapat kita lihat pada persamaan ini bahwa efek peltier bernilai positif karena menghasilkan kalor, konduksi bernilai negatif karena kalo berpindah dari sisi panas ke sisi dingin, dan joule heating bernilai positif karena selalu menghasilkan kalor.

Fenomena penyerapan dan pembuangan kalor pada termoelektrik merupkan salah satu sistem pompa kalor, dimana kalor dapat dipaksa mengalir dari temperatur yang rendah ke temperatur yang lebih tinggi dengan memberikan kerja (energi) ke dalam sistem, yaitu daya listrik. Oleh karenanya berlaku persamaan:

   

Modul termoelektrik biasanya terdiri dari banyak  pasangan material yang berbeda yang disebut dengan pelet. Sjejumlah N pelet ini disusun secara seri dalam hal rangkaian listrik dan paralel dalam perpindahan kalor. Oleh karena itu total dari koefisien Seebeck, hambatan listrk dan hambatan panasnya adalah:

  

Figure of merit   merupakan parameter yang menunjukkan seberapa bagus sebuah termolektrik modul.Figure of merit ini berbanding lurus denga kuadrat koefisien Seebeckn dan hambatan pansnya, tetapi berbanding terbalik dengan hambatan listriknya. Oleh karena itu figure of merit suatu termoelektrik dapat dihtung dengan:

Dari rumus energi panas yang sederhana yaitu Q=mc(t2-t1),besar nya Q dalam joule yang berrati berapa watt.detik. Jika menghasilkan kerja 1 watt dalam 1 detik berarti energi yang diberikan modul ini adalah sebesar 1 joule. Nah misal anda punya 1 liter air mau didinginkan dari 30 derajat celcius menjadi 10 derajat celcius maka perbedaan suhu yang akan dibuat adalah 30-10 = 20 derajat celcius, meodul ini mampu sampai 66 derajat celcius (suhu pada permukaan elemen pendingin, bukan langsung di benda yang mau didinginkannya…!). massa 1 liter air, kita anggap 1 kg pada saat itu, dan kalor jenis air sebesar 4200 J/kg maka energi yang dibutuhkan adalah Q=mc(t2-t1) = 1x2400x20 =48000 joule. dengan kemampuan maksimal TEC ini yang 50 watt pada tegangan input maksimal, maka watu yang dibutuhkan adalah t=Q/P=4800/50=960 detik=16 menit.