F. Pompa Jantung dan Tekanan Darah
2. Aplikasi Konsep Fisika dalam Pernafasan a Hukum Dalton
Hukum ini menyatakan bahwa:
Tekanan parsial suatu komponen dalam campuran gas adalah tekanan dari komponen itu seandainya sendirian mengisi seluruh volume gas yang tersedia.
Maka dari itu, jumlah tekanan suatu campuran gas yang tidak reaktif dan bersifat ideal, adalah sama dengan jumlah tekanan parsial semua komponen gas. Misalnya dalam suatu ruangan terdapat udara dengan tekanan 1 atmosfir (760 mm-Hg). Jika dipindahkan seluruh molekul kecuali O2, maka O2 dalam udara tersebut 20%, berarti O2 memiliki tekanan 20% x 760 mm Hg = 152 mm-Hg. Demikian pula N2 = 610 mm Hg (80% dari 760 mm-Hg).
Tekanan parsial uap air dipengaruhi oleh kelembaman. Suatu contoh udara ruangan mempunyai tekanan parsial 15-20 mm-Hg. Sedangkan di dalam paru-paru mempunayi tekanan 47 mm-Hg pada temperature 37oC dengan 100% kelembaman. Dengan
mempergunakan tekanan parsial dari hukum Dalton dapat dibuat daftar sebagai berikut:
Tabel 4.1 Tekanan Parsial uap air pada pernafasan
% O2 P O2 (mm-Hg) % CO2 P CO2 (mm-Hg) Udara Inspirasi Alveoli Paru-paru Udara ekspirasi 20,9 14,0 16,3 150 100 116 0,04 5,6 4,5 0,3 40 32
Pada waktu ekspirasi terahir di dalam paru-paru selalu terdapat 30% volume udara yang disebut Fungsional Residual Capasity. b. Hukum Boyle
Hukum ini menyatakan bahwa :
Untuk suatu massa gas pada temperature konstan maka tekanan berbanding terbalik terhadap volumenya.
Sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan: tetap
pV = (4.11)
(T konstan, dan jumlah massa gas m tetap)
Apabila terjadi peningkatan volume maka akan diikuti dengan penurunan tekanan, demikian juga sebaliknya. Untuk mengetahui hubungan tekanan (P) terhadap volume (V) dapat dilihat pada grafik 4.1.
Grafik 4.1 Hubungan Tekanan (P) terhadap volume (V)
Pada saat inspirasi volume paru-paru meningkat, sedangkan
tekanan intrapleura mengalami penurunan.
Pada waktu inspirasi jumlah volume udara dalam paru-paru meningkat sedang pada waktu ekspirasi jumlah volume udara paru- paru menurun.
Grafik 4.2 Volume paru-paru VS waktu pada saat inspirasi dan ekspirasi
c. Hukum Laplace
Hukum ini menyatakan bahwa tekanan pada gelembung al- veoli berbanding terbalik terhadap radius dan berbanding lurus terhadap tegangan permukaan
γ . R γ 4 = Ρ (4.12) P = tekanan (mm-Hg) R = jari-jari (cm)
γ = tegangan permukaan (dyne/cm)
H. Spirometer
Spirometer adalah alat untuk mengukur aliran udara yang masuk dan keluar paru-paru dan dicatat dalam grafik volume per waktu. Subjek yang diuji (dalam hal ini penderita/probandus)menarik nafas dari lingkungan dan menghembuskan nafas ke dalam spirometer dengan keadaan hidung ditutup sehingga tidak ada udara yang dikeluarkan melalui hidung. Dengan alat spirometer maka dapat ditampilkan volume udara dalam paru-paru pada setiap saat sebagaimana digambarkan berikut ini:
Gambar 4.10 Proses inspirasi dan ekspirasi oleh paru-paru
Pada waktu istirahat menunjukkan volume udara paru-paru 500 ml. Keadaan ini disebut tidal volume. Pada permulaan dan akhir pernafasan terdapat keadaan reserve; akhir dari suatu inspirasi dengan suatu usaha agar mengisi paru-paru dengan udara. Udara tambahan ini disebut in- spiratory reserve volume, jumlahnya sebanyak 3000ml. Demikian pula akhir dari ekspirasi, usaha dengan tenaga untuk mengeluarkan udara dari paru-paru. Udara ini disebut expiratory reserve volume yang jumlahnya kira-kira 1.100 ml. Udara yang tertinggal setelah ekspirasi secara normal disebut fungtional residual capacity (FRC). Seorang yang bernafas dalam keadaan baik inspirasi maupun ekspirasi, keadaan yang ekstrim ini disebut Vital Capacity.
Dalam keadaan normal, vital capacity sebanyak 4.500 ml. Dalam keadaan apapun paru-paru tetap mengandung udara, maka udara ini disebut residual volume atau udara sisa (kira-kira 1.000ml untuk orang dewasa).
Untuk membuktikan adanya residual paru-paru, penderita (subjek) disuruh bernafas dengan mencampuri udara dengan helium, kemudian dilakukan pengukuran fraksi helium pada waktu ekspirasi. Di klinik biasanya mempergunakan spirometer. Penderita disuruh bernafas dalam satu menit yang disebut respiratory minute volume. Maksimum udara yang dapat dihirup selama 15 menit disebut Maximum Voluntary Venti- lation. Maksimum ekspirasi setelah maksimum inspirasi sangat berguna untuk mengetest penderita emphysema dan penyakit obstruksi jalan pernafasan. Penderita normal dapat mengeluarkan udara kira-kira 70%
dari vital capacity dalam 0,5 detik; 85% dalam satu detik; 94% dalam 2 detik; 97% dalam 3 detik. Normal peak flow rate 350-500 liter/menit.
Aliran diplot terhadap volume untuk mengetahui tingkat kontinuitas loop dari inspiratori ke ekspiratori. Bentuk loop penting untuk memberikan interpretasi watak spirometriknya. Kurva volume terhadap waktu merupakan alternatif lain untuk menampilkan hasil spirometrik. Untuk penderita asma terjadi penyempitan batang tenggorokan sehingga ujung kurva ekspiratori cenderung lebih kekiri dari awal inspiratori. Namun untuk penderita batuk sebaliknya.
(a) (b)
Gambar 4.11. (a) Plot laju aliran udara terhadap volume (b) Plot volume udara terhadap waktu
Pada gambar (4.11.a) ditampilkan grafik aliran terhadap volume untuk mengetahui tingkat kontinuitas loop dari inspiratori ke ekspiratori. Bentuk loop penting untuk memberikan interpretasi watak spirometriknya. Berdasarkan posisi ujung kanan kurva bagian bawah maka dapat diketahui kontinuitas nafas dari inspiratori ke ekspiratori, sedangkan dari posisi ujung kiri bagian bawah kurva maka dapat diketahui apakah terjadi penyempitan batang tenggorokan atau pembengkakan. Gambar (4.11.b) yaitu kurva volume terhadap waktu merupakan alternatif lain untuk menampilkan hasil spirometrik.
A. Pendahuluan
T
ermodinamika berasal dari dua kata, yaitu thermal (yang berkenaan dengan panas) dan dinamika (yang berkenaan dengan pergerakan). Jadi thermodinamika adalah ilmu mengenai fenomena tentang energi yang berubah-ubah karena pengaliran panas dan usaha yang dilakukan. Misalnya suatu benda dinaikkan suhunya maka timbul pemuaian. Pada proses ini terdapat suatu pemindahan panas dan juga bekerja suatu gaya yang mengalami perpindahan sehingga mengakibatkan terlaksananya suatu usaha.Dengan demikian termodinamika merupakan akar dari beberapa cabang ilmu fisika. Dalam mempelajari termodinamika bukan hanya fenomena suhu tetapi juga tuntutan logika, sifat-sifat gas, larutan zat padat dan reaksi kimia.
B. Temperatur
Konsep temperatur dapat mudah dikenal dengan adanya perasaan panas atau dingin. Panas atau dinginnya suatu benda dapat dirasakan dengan menyentuhnya, meskipun demikian kita tidak dapat menyatakan dengan tepat berapa kuantitas suhu benda tersebut. John Locke pada tahun 1969 melakukan percobaan dengan mencelupkan tangan kiri pada ember yang berisi air dingin dan tangan kanan pada ember yang berisi air hangat selama kira-kia 30 sekon. Kemudian dengan cepat memindahkan kedua tangannya ke dalam ember berisi air yang suhunya di antara air dingin dan hangat. Air terasa lebih sejuk untuk tangan kanan dan lebih hangat untuk tangan kiri.