metabolism e tub uh

Metabolisme TubuhMetabolisme Tubuh

Irwan Ary Dharmawan Irwan Ary Dharmawan

Jurusan Fisika, Universitas PadjadjaranJurusan Fisika, Universitas Padjadjaran

SLIDESLIDE

http://phys.unpad.ac.id/jurusan/staff/dharmawan/kuliahhttp://phys.unpad.ac.id/jurusan/staff/dharmawan/kuliah

RujukanRujukan

• Principles of Science for Nurses,Principles of Science for Nurses, Joyce James et.al, Blackwell Joyce James et.al, Blackwell Science Science

• Human Body Dynamics,Human Body Dynamics, Aydin Tozeren, Springer Aydin Tozeren, Springer

• Physics of the Human Body,Physics of the Human Body, Irving P. Herman, Springer Irving P. Herman, Springer

• Physics in Biology and Medicine,Physics in Biology and Medicine, Paul Davidovits, Academic Paul Davidovits, Academic PressPress

• Semua buku Fisika Dasar (Giancoli, Finn, Serway, Halliday, Semua buku Fisika Dasar (Giancoli, Finn, Serway, Halliday, dll)dll)

• Googling !Googling !

Definisi MetabolismaDefinisi Metabolisma

• Proses yang melibatkan terbentuknya energi, penyimpanan Proses yang melibatkan terbentuknya energi, penyimpanan energi dan pemanfaatannya untuk aktivitas tubuh manusia energi dan pemanfaatannya untuk aktivitas tubuh manusia disebut dengan disebut dengan MetabolismaMetabolisma

• Secara umum, metabolisma merupakan energi yang Secara umum, metabolisma merupakan energi yang digunakan oleh tubuh dan semua reaksi kimia dalam sel digunakan oleh tubuh dan semua reaksi kimia dalam sel untuk menjaga tubuh agar tetap hidupuntuk menjaga tubuh agar tetap hidup

• Proses Metabolic dibagi menjadi dua yaitu Proses Metabolic dibagi menjadi dua yaitu anabolicanabolic dan dan catabolic catabolic

Aliran Energi dalam tubuhAliran Energi dalam tubuh

Mengapa tubuh kita memerlukan makanan ?Mengapa tubuh kita memerlukan makanan ?

• Untuk mengoperasikan organ tubuhUntuk mengoperasikan organ tubuh• Menjaga agar temperatur tubuh tetap Menjaga agar temperatur tubuh tetap

konstan dengan menggunakan kalor yang konstan dengan menggunakan kalor yang dihasilkan dari fungsi organdihasilkan dari fungsi organ

• Untuk melakukan kerjaUntuk melakukan kerja• Membangun suplai energi untuk kebutuhanMembangun suplai energi untuk kebutuhan

5-10% energi dari makanan dikeluarkan melalu feses dan urin5-10% energi dari makanan dikeluarkan melalu feses dan urin

Hukum Pertama ThermodinamikaHukum Pertama Thermodinamika

• Hukum pertama Thermodinamika merupakan hukum Hukum pertama Thermodinamika merupakan hukum kekekalan Energi untuk berbagai proses, dan dinyatakan kekekalan Energi untuk berbagai proses, dan dinyatakan dengan persamaan berikutdengan persamaan berikut

WQU UQW

Perubahan energi yang tersimpan dalam tubuhPerubahan energi yang tersimpan dalam tubuh

Perpindahan kalor dalam tubuh manusiaPerpindahan kalor dalam tubuh manusia

Kerja yang dihasilkan oleh tubuhKerja yang dihasilkan oleh tubuh

• Ketika energi yang tersimpan berkurang , kalor akan Ketika energi yang tersimpan berkurang , kalor akan berpindah dari tubuh dan tubuh menghasilkan kerjaberpindah dari tubuh dan tubuh menghasilkan kerja

0U0Q

0W

Perpindahan kalor dalam tubuh manusiaPerpindahan kalor dalam tubuh manusia

• Perpindahan kalor dalam tubuh manusia terdiri dari kalor Perpindahan kalor dalam tubuh manusia terdiri dari kalor yang diproduksi dari proses metabolisma tubuh dan kalor yang diproduksi dari proses metabolisma tubuh dan kalor yang hilang akibat proses konduksi, konveksi, radiasi dan yang hilang akibat proses konduksi, konveksi, radiasi dan evaporasievaporasi

• Secara umum perpindahan kalor dalam tubuh manusia Secara umum perpindahan kalor dalam tubuh manusia dapat ditulis dengan persamaandapat ditulis dengan persamaan

lossmet QQQ metQ Merupakan kalor yang diproduksi dari hasil metabolisma tubuh Merupakan kalor yang diproduksi dari hasil metabolisma tubuh

((Metabolic RateMetabolic Rate))

Merupakan kalor yang dilepaskan oleh tubuh Merupakan kalor yang dilepaskan oleh tubuh lossQ

WQQU lossmet

Satuan EnergiSatuan Energi

Aktivitas Manusia vs Metabolic RateAktivitas Manusia vs Metabolic Rate

Energi yang dibutuhkan ManusiaEnergi yang dibutuhkan Manusia

• Bergantung kepada Bergantung kepada beratberat dan dan tinggitinggi manusia tersebut manusia tersebut• Energi yang dikonsumsi oleh manusia dalam melakukan aktivitas tertentu dibagi dengan luas Energi yang dikonsumsi oleh manusia dalam melakukan aktivitas tertentu dibagi dengan luas

permukaan tubuhnya hampir sama untuk semua orangpermukaan tubuhnya hampir sama untuk semua orang• Secara empirik luas tubuh manusia dapat dihitung menggunakan Secara empirik luas tubuh manusia dapat dihitung menggunakan

• WW dan dan HH menyatakan berat (kg) dan tinggi manusia (m) berturut-turut menyatakan berat (kg) dan tinggi manusia (m) berturut-turut

725.0425.0202.0 HWLuas

Energi yang dibutuhkan Manusia (contoh)Energi yang dibutuhkan Manusia (contoh)

• Luas tubuh seorang manusia dengan berat 70 kg dan Luas tubuh seorang manusia dengan berat 70 kg dan tinggi 1.55 m adalah 1.70 mtinggi 1.55 m adalah 1.70 m22. Metabolic-rate nya dalam . Metabolic-rate nya dalam keadaan istirahat adalah 40 cal/mkeadaan istirahat adalah 40 cal/m22 -jam x 1.70 m -jam x 1.70 m22 = 68 = 68 Cal/jam Cal/jam Basal Metabolic RateBasal Metabolic Rate

Energi dari MakananEnergi dari Makanan

• Proses Oksidasi : CProses Oksidasi : C66HH1212OO66 + 6O + 6O22 6CO 6CO22 + 6H + 6H22O + EnergiO + Energi• Untuk setiap gram glukosa akan dihasilkan Energi sebesar 3.81 CalUntuk setiap gram glukosa akan dihasilkan Energi sebesar 3.81 Cal• Nilai kalori per satuan berat yang dihasilkan berbeda untuk setiap makanan, sebagai Nilai kalori per satuan berat yang dihasilkan berbeda untuk setiap makanan, sebagai

contoh : karbohidrat (gula) dan protein sebesar 4 cal/g , lemak 9 cal/g dan alkolhol 7 cal/gcontoh : karbohidrat (gula) dan protein sebesar 4 cal/g , lemak 9 cal/g dan alkolhol 7 cal/g• Proses oksidasi makanan memerlukan ‘katalis’ (enzym), untuk mempertahankan proses Proses oksidasi makanan memerlukan ‘katalis’ (enzym), untuk mempertahankan proses

metabolisma pada temperatur tetapmetabolisma pada temperatur tetap

Aktivitas vs Energi yang dihasilkanAktivitas vs Energi yang dihasilkan

Komposisi dan konten Energi dari makananKomposisi dan konten Energi dari makanan

Kapasitas Kalor (Kapasitas Kalor (CC) dan Kalor Spesifik () dan Kalor Spesifik (cc))

• Kapasitas Kalor (C)Kapasitas Kalor (C) adalah energi (kalor) yang diperlukan adalah energi (kalor) yang diperlukan untuk menaikkan temperatur suatu objek sebesar satu untuk menaikkan temperatur suatu objek sebesar satu derajat celciusderajat celcius

• Kapasitas kalor per unit volume atau massa disebut dengan Kapasitas kalor per unit volume atau massa disebut dengan Kalor Spesifik (c)Kalor Spesifik (c)

• Kapasitas kalorKapasitas kalor merupakan sifat merupakan sifat intrisikintrisik dari suatu dari suatu material/objek sedang material/objek sedang Kalor SpesifikKalor Spesifik merupakan faktor merupakan faktor ekstrinsikekstrinsik

mcC


• Kenaikan temperatur sebesar dari suatu objek dengan Kenaikan temperatur sebesar dari suatu objek dengan kalor yang masuk ke dalam tubuh dinyatakan dengankalor yang masuk ke dalam tubuh dinyatakan dengan

mcQT

TQ

• Untuk air c = 1.0 cal/g Untuk air c = 1.0 cal/g ooC = 1.0 kcal/kg C = 1.0 kcal/kg ooCC

• Untuk tubuh manusia c = 0.83 cal/g Untuk tubuh manusia c = 0.83 cal/g ooC = 0.83 kcal/kg C = 0.83 kcal/kg ooC, C, artinya adalah diperlukan 83 kcal (kalori makanan) untuk artinya adalah diperlukan 83 kcal (kalori makanan) untuk menaikkan temperatur tubuh manusia dengan berat 100 kg menaikkan temperatur tubuh manusia dengan berat 100 kg sebesar 1 derajat celciussebesar 1 derajat celcius

• 0.83 kcal sama dengan kalori yang dihasilkan dari sepotong 0.83 kcal sama dengan kalori yang dihasilkan dari sepotong roti roti


• Mengapa temperatur tubuh manusia tidak menaik ketika Mengapa temperatur tubuh manusia tidak menaik ketika kita makan sepotong roti terus menerus ?kita makan sepotong roti terus menerus ?

Tidak mungkin Heat loss !

Perpindahan Kalor (konduksi)Perpindahan Kalor (konduksi)

• Ruas kiri disebut juga dengan Fluks Kalor (Heat Fluks), yang Ruas kiri disebut juga dengan Fluks Kalor (Heat Fluks), yang menyatakan jumlah Kalor yang mengalir per satuan luas menyatakan jumlah Kalor yang mengalir per satuan luas AA dan waktu. Tanda minus menyatakan bahwa kalor dan waktu. Tanda minus menyatakan bahwa kalor berpindah dari daerah yang lebih panas ke daerah yang berpindah dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin.lebih dingin.

• Konduktivitas Thermal (Konduktivitas Thermal (KK), menyatakan bagaimana ), menyatakan bagaimana temperatur bervariasi secara spasial yang disebabkan temperatur bervariasi secara spasial yang disebabkan adanya perpindahan kalor diantara dua daerah yang adanya perpindahan kalor diantara dua daerah yang dipisahkan oleh jarak delta dipisahkan oleh jarak delta xx..

xTK

dtdQ

A

1

Temperatur pada tubuh manusiaTemperatur pada tubuh manusia

• Manusia sebagai mahluk hidup berdarah ‘panas’ harus Manusia sebagai mahluk hidup berdarah ‘panas’ harus selalu menjaga kesetimbangan temperatur tubuhnya pada selalu menjaga kesetimbangan temperatur tubuhnya pada suhu konstan (37suhu konstan (37ooC)C)

• Jika suhu tubuh kita lebih tinggi dari suhu normal akan Jika suhu tubuh kita lebih tinggi dari suhu normal akan menyebabkan rusaknya protein dalam proses metabolisma menyebabkan rusaknya protein dalam proses metabolisma tubuhtubuh

• Jika suhu tubuh lebih rendah, maka jantung kita akan Jika suhu tubuh lebih rendah, maka jantung kita akan berhenti berfungsiberhenti berfungsi

Temperatur dan aktivitas manusiaTemperatur dan aktivitas manusia

• 20% energi digunakan oleh otot untuk bekerja20% energi digunakan oleh otot untuk bekerja• 80% dari energi yang dihasilkan untuk bekerja akan 80% dari energi yang dihasilkan untuk bekerja akan

dikonversikan menjadi kalor dalam tubuh manusiadikonversikan menjadi kalor dalam tubuh manusia• Jika dari 80% tidak dikonversikan ke dalam kalor maka Jika dari 80% tidak dikonversikan ke dalam kalor maka

temperatur tubuh akan meningkattemperatur tubuh akan meningkat• Sebagai contoh seorang manusia dengan berat 70 kg Sebagai contoh seorang manusia dengan berat 70 kg

mengkonsumsi kalori sebanyak 260 cal/jam. Sekitar 208 mengkonsumsi kalori sebanyak 260 cal/jam. Sekitar 208 dikonversikan menjadi kalor. Jika tidak maka akan terjadi dikonversikan menjadi kalor. Jika tidak maka akan terjadi kenaikan temperatur sebesar 3kenaikan temperatur sebesar 3ooC / jam C / jam collapsecollapse !!

Konduksi dalam tubuh manusiaKonduksi dalam tubuh manusia

• Sumber dari kalor pada tubuh terdapat pada bagian tubuh Sumber dari kalor pada tubuh terdapat pada bagian tubuh yang dalamyang dalam

• Untuk mengeleminasikannya maka harus dikonduksikan Untuk mengeleminasikannya maka harus dikonduksikan melalui kulitmelalui kulit

• Agar terjadi konduksi maka harus terdapat perbedaan Agar terjadi konduksi maka harus terdapat perbedaan temperatur, oleh karena itu temperatur kulit harus lebih temperatur, oleh karena itu temperatur kulit harus lebih rendahrendah

• Dalam keadaan normal temperatur kulit sekitar 35Dalam keadaan normal temperatur kulit sekitar 35ooC, dalam C, dalam keadaan dingin sekitar 27keadaan dingin sekitar 27ooCC

Konduksi dalam tubuh manusia (contoh)Konduksi dalam tubuh manusia (contoh)

• Jika tebal jaringan antara tubuh manusia bagian luar dan bagian dalam Jika tebal jaringan antara tubuh manusia bagian luar dan bagian dalam adalah 3 cm, dengan luas permukaan rata-rata untuk terjadi konduksi adalah 3 cm, dengan luas permukaan rata-rata untuk terjadi konduksi adalah 1,5madalah 1,5m22. Kemudian perbedaan temperatur antara tubuh bagian . Kemudian perbedaan temperatur antara tubuh bagian dalam dan kulit sebesar 2dalam dan kulit sebesar 2ooC. Maka kalor yang mengalir per jamnya C. Maka kalor yang mengalir per jamnya adalah (Konduktivitas termal jaringan = 18 cal cm /m2 –jam- adalah (Konduktivitas termal jaringan = 18 cal cm /m2 –jam- ooC)C)

cal/jam183

25.118

LTKA

dtdQ

Mekanisme lain untuk konduksi dlm tubuhMekanisme lain untuk konduksi dlm tubuh

• Mayoritas kalor ditransportkan dari tubuh bagian dalam ke Mayoritas kalor ditransportkan dari tubuh bagian dalam ke sistem aliran darah. Kalor masuk ke dalam sel interior sistem aliran darah. Kalor masuk ke dalam sel interior dengan mekanisme konduksi. Dalam kasus ini, proses dengan mekanisme konduksi. Dalam kasus ini, proses konduksi sangat cepat jarak antara kapiler dan sel sumber konduksi sangat cepat jarak antara kapiler dan sel sumber kalor sangat tipis. Sistem aliran darah akan membawa kalor kalor sangat tipis. Sistem aliran darah akan membawa kalor yang dibawa oleh darah menuju permukaan kulit. Kalor yang dibawa oleh darah menuju permukaan kulit. Kalor kemudian dipindahkan menuju permukaan melalui proses kemudian dipindahkan menuju permukaan melalui proses konduksi. konduksi.

• Jika aliran kalor melalui darah berlebih , maka jaringan Jika aliran kalor melalui darah berlebih , maka jaringan kapiler dekat permukaan akan menghambat aliran darah, kapiler dekat permukaan akan menghambat aliran darah, sehingga aliran darah akan tereduksi.sehingga aliran darah akan tereduksi.

Pengendalian temperatur pada kulit (konveksi)Pengendalian temperatur pada kulit (konveksi)

• HHcc merupakan kalor yang dipindahkan melalu konveksi merupakan kalor yang dipindahkan melalu konveksi

• KKcc adalah koefisien konveksi adalah koefisien konveksi

• TTss adalah temperatur kulit adalah temperatur kulit

• TTaa adalah temperatur udara adalah temperatur udara


• Contoh : seorang manusia dalam keadaan telanjang dengan luas Contoh : seorang manusia dalam keadaan telanjang dengan luas permukaan 1.7mpermukaan 1.7m22, berdiri dan luas permukaan yang terekspos adalah , berdiri dan luas permukaan yang terekspos adalah 1.36m1.36m22. Jika temperatur udara 25. Jika temperatur udara 25ooC dan temperatur rata-rata kulit C dan temperatur rata-rata kulit adalah 33adalah 33ooC, maka jumlah kalor yang dihilangkan adalah (Kc = 6cal/m2 – C, maka jumlah kalor yang dihilangkan adalah (Kc = 6cal/m2 – jam – jam – ooC , tiada angin) C , tiada angin)

• Dalam keadaan bekerja manusia menghasilkan 170 cal/jam, oleh karena Dalam keadaan bekerja manusia menghasilkan 170 cal/jam, oleh karena itu kecepatan angin perlu ditambah 1.5 m/detik untuk menghasilkan itu kecepatan angin perlu ditambah 1.5 m/detik untuk menghasilkan proses pendinginan sebesar 170 cal/jamproses pendinginan sebesar 170 cal/jam

Hc = 65.4 cal/jam

Radiasi Radiasi

• HHcc merupakan kalor yang dipindahkan melalu radiasi merupakan kalor yang dipindahkan melalu radiasi

• KKrr adalah koefisien radiasi (6.0 cal/m2 – jam – C) adalah koefisien radiasi (6.0 cal/m2 – jam – C)

• TTss adalah temperatur kulit adalah temperatur kulit

• TTrr adalah temperatur permukaan radiasi adalah temperatur permukaan radiasi

• AArr adalah luas permukaan radiasi adalah luas permukaan radiasi• ee adalah emisivitas permukaan kulit (menuju 1) adalah emisivitas permukaan kulit (menuju 1)

Radiasi (contoh) Radiasi (contoh)

• Seorang manusia dengan Seorang manusia dengan AArr = 1.5 m = 1.5 m22, , TTrr=25=25ooC dan C dan TTss=32=32ooC. C. Maka radiasi loss nya sebesar 63 cal/jamMaka radiasi loss nya sebesar 63 cal/jam

metabolism e tub uh

Documents