Metabolisme
Metabolisme
Tubuh
Tubuh
--Basic Science in Nursing IIBasic Science in Nursing II-
-Irwan
Irwan AryAry DharmawanDharmawan11, ,
Hana
Hana RizmadewiRizmadewi AgustinaAgustina22 dandan Maria KomariahMaria Komariah22
1)
1) JurusanJurusan FisikaFisika, Universitas Padjadjaran, Universitas Padjadjaran
2)
SLIDE
SLIDE
http://
Rujukan
Rujukan
•• Principles of Science for Nurses,Principles of Science for Nurses, Joyce James Joyce James et.alet.al, Blackwell , Blackwell Science
Science
•
• Human Body Dynamics,Human Body Dynamics, AydinAydin TozerenTozeren, Springer, Springer
•
• Physics of the Human Body,Physics of the Human Body, Irving P. Herman, SpringerIrving P. Herman, Springer
•
• Physics in Biology and Medicine,Physics in Biology and Medicine, Paul Paul DavidovitsDavidovits, Academic , Academic Press
Press
•
• SemuaSemua bukubuku FisikaFisika DasarDasar ((GiancoliGiancoli, Finn, , Finn, SerwaySerway, , HallidayHalliday, , dll
dll))
•
Definisi
Definisi
Metabolisma
Metabolisma
•
• ProsesProses yang yang melibatkanmelibatkan terbentuknyaterbentuknya energienergi, , penyimpananpenyimpanan energi
energi dandan pemanfaatannyapemanfaatannya untukuntuk aktivitasaktivitas tubuhtubuh manusiamanusia disebut
disebut dengandengan MetabolismaMetabolisma
•
• SecaraSecara umumumum, metabolisma, metabolisma merupakanmerupakan energienergi yang yang digunakan
digunakan oleholeh tubuhtubuh dandan semuasemua reaksireaksi kimiakimia dalamdalam selsel untuk
untuk menjagamenjaga tubuhtubuh agar agar tetaptetap hiduphidup
•
• ProsesProses Metabolic dibagiMetabolic dibagi menjadimenjadi duadua yaituyaitu anabolicanabolic dandan catabolic
Aliran
Mengapa
Mengapa
tubuh
tubuh
kita
kita
memerlukan
memerlukan
makanan
makanan
?
?
•
•
Untuk
Untuk
mengoperasikan
mengoperasikan
organ
organ
tubuh
tubuh
•
•
Menjaga
Menjaga
agar
agar
temperatur
temperatur
tubuh
tubuh
tetap
tetap
konstan
konstan
dengan
dengan
menggunakan
menggunakan
kalor
kalor
yang
yang
dihasilkan
dihasilkan
dari
dari
fungsi
fungsi
organ
organ
•
•
Untuk
Untuk
melakukan
melakukan
kerja
kerja
•
•
Membangun
Membangun
suplai
suplai
energi
energi
untuk
untuk
kebutuhan
kebutuhan
5
Hukum
Hukum
Pertama
Pertama
Thermodinamika
Thermodinamika
•
• HukumHukum pertamapertama ThermodinamikaThermodinamika merupakanmerupakan hukumhukum kekekalan
kekekalan EnergiEnergi untukuntuk berbagaiberbagai prosesproses, , dandan dinyatakandinyatakan dengan
dengan persamaanpersamaan berikutberikut
W
Q
U
=
−
∆
U
∆
Q
W
PerubahanPerubahan energienergi yang yang tersimpantersimpandalamdalamtubuhtubuh Perpindahan
Perpindahan kalorkalor dalamdalamtubuhtubuhmanusiamanusia Kerja
Kerja yang yang dihasilkandihasilkanoleholeh tubuhtubuh
•
• KetikaKetika energienergi yang yang tersimpantersimpan berkurangberkurang , , kalorkalor akanakan berpindah
berpindah daridari tubuhtubuh dandan tubuhtubuh menghasilkanmenghasilkan kerjakerja
0 < ∆U
0
<
Q
0
>
W
Perpindahan
Perpindahan
kalor
kalor
dalam
dalam
tubuh
tubuh
manusia
manusia
•
• PerpindahanPerpindahan kalorkalor dalamdalam tubuhtubuh manusiamanusia terdiriterdiri daridari kalorkalor yang
yang diproduksidiproduksi daridari prosesproses metabolismametabolisma tubuhtubuh dandan kalorkalor yang
yang hilanghilang akibatakibat prosesproses konduksikonduksi, , konveksikonveksi, , radiasiradiasi dandan evaporasi
evaporasi
•
• SecaraSecara umumumum perpindahanperpindahan kalorkalor dalamdalam tubuhtubuh manusiamanusia dapat
dapat ditulisditulis dengandengan persamaanpersamaan
loss met
Q
Q
Q
=
+
met
Q
MerupakanMerupakankalorkaloryang yang diproduksidiproduksidaridarihasilhasilmetabolismametabolismatubuhtubuh ((Metabolic RateMetabolic Rate))
Merupakan
Merupakan kalorkaloryang yang dilepaskandilepaskanoleholehtubuhtubuh
loss
Q
W
Q
Q
U
=
met+
loss−
∆
Satuan
Aktivitas
Energi
Energi
yang
yang
dibutuhkan
dibutuhkan
Manusia
Manusia
•
• BergantungBergantung kepadakepada beratberat dandan tinggitinggi manusiamanusia tersebuttersebut •
• EnergiEnergi yang dikonsumsiyang dikonsumsi oleholeh manusiamanusia dalamdalam melakukanmelakukan aktivitas
aktivitas tertentutertentu dibagidibagi dengandengan luasluas permukaanpermukaan tubuhnya
tubuhnya hampirhampir samasama untukuntuk semuasemua orangorang •
• SecaraSecara empirikempirik luasluas tubuhtubuh manusiamanusia dapatdapat dihitungdihitung menggunakan
menggunakan
•
• WW dandan HH menyatakanmenyatakan beratberat (kg) (kg) dandan tinggitinggi manusiamanusia (m) (m)
berturut
berturut--turutturut
725 . 0 425 . 0
202
.
0
W
H
Luas
=
×
×
Energi
Energi
yang
yang
dibutuhkan
dibutuhkan
Manusia
Manusia
(
(
contoh
contoh
)
)
•
• LuasLuas tubuhtubuh seorangseorang manusiamanusia dengandengan beratberat 70 kg 70 kg dandan tinggi
tinggi 1.55 m 1.55 m adalahadalah 1.70 m1.70 m22. Metabolic. Metabolic--rate rate nyanya dalamdalam
keadaan
keadaan istirahatistirahat adalahadalah 40 cal/m40 cal/m22 --jam x 1.70 mjam x 1.70 m22 = 68 = 68
Cal/jam
Energi
Energi
dari
dari
Makanan
Makanan
•
• ProsesProses OksidasiOksidasi : C: C66HH1212OO66 + 6O+ 6O22 6CO6CO22 + 6H+ 6H22O + O + EnergiEnergi •
• UntukUntuk setiapsetiap gram glukosagram glukosa akanakan dihasilkandihasilkan EnergiEnergi sebesarsebesar 3.81 Cal
3.81 Cal •
• NilaiNilai kalorikalori per per satuansatuan beratberat yang dihasilkanyang dihasilkan berbedaberbeda untuk
untuk setiapsetiap makanan, makanan, sebagaisebagai contohcontoh : : karbohidratkarbohidrat (
(gulagula) ) dandan protein protein sebesarsebesar 4 cal/g , 4 cal/g , lemaklemak 9 cal/g 9 cal/g dandan alkolhol
alkolhol 7 cal/g7 cal/g •
• ProsesProses oksidasioksidasi makananmakanan memerlukanmemerlukan ‘‘katalis’katalis’ (enzym(enzym), ), untuk
untuk mempertahankanmempertahankan prosesproses metabolismametabolisma padapada temperatur
Aktivitas
Komposisi
Kapasitas
Kapasitas
Kalor
Kalor
(
(
C
C
)
)
dan
dan
Kalor
Kalor
Spesifik
Spesifik
(
(
c
c
)
)
•
• KapasitasKapasitas KalorKalor (C)(C) adalahadalah energienergi ((kalorkalor) yang ) yang diperlukandiperlukan untuk
untuk menaikkanmenaikkan temperaturtemperatur suatusuatu objekobjek sebesarsebesar satusatu derajat
derajat celciuscelcius
•
• KapasitasKapasitas kalorkalor per unit volume per unit volume atauatau massamassa disebutdisebut dengandengan Kalor
Kalor SpesifikSpesifik (c)(c)
•
• KapasitasKapasitas kalorkalor merupakanmerupakan sifatsifat intrisikintrisik daridari suatusuatu material/
material/objekobjek sedangsedang KalorKalor SpesifikSpesifik merupakanmerupakan faktorfaktor ekstrinsik
ekstrinsik
mc
C
=
Kapasitas
Kapasitas
Kalor
Kalor
(
(
C
C
)
)
dan
dan
Kalor
Kalor
Spesifik
Spesifik
(
(
c
c
)
)
•
• KenaikanKenaikan temperaturtemperatur sebesarsebesar daridari suatusuatu objekobjek dengandengan kalor
kalor yang yang masukmasuk keke dalamdalam tubuhtubuh dinyatakandinyatakan dengandengan
mc
Q
T
=
∆
T
∆
Q
•• UntukUntuk air c = 1.0 cal/g air c = 1.0 cal/g ooCC = 1.0 kcal/kg = 1.0 kcal/kg ooCC
•
• UntukUntuk tubuhtubuh manusiamanusia c = 0.83 cal/g c = 0.83 cal/g ooCC = 0.83 kcal/kg = 0.83 kcal/kg ooC, C,
artinya
artinya adalahadalah diperlukandiperlukan 83 kcal (kalori83 kcal (kalori makanan) makanan) untukuntuk menaikkan
menaikkan temperaturtemperatur tubuhtubuh manusiamanusia dengandengan beratberat 100 kg 100 kg sebesar
sebesar 1 1 derajatderajat celciuscelcius
•
• 0.83 kcal 0.83 kcal samasama dengandengan kalorikalori yang dihasilkanyang dihasilkan daridari sepotongsepotong roti
Kapasitas
Kapasitas
Kalor
Kalor
(
(
C
C
)
)
dan
dan
Kalor
Kalor
Spesifik
Spesifik
(
(
c
c
)
)
•
• MengapaMengapa temperaturtemperatur tubuhtubuh manusiamanusia tidaktidak menaikmenaik ketikaketika kita
kita makanmakan sepotongsepotong rotiroti terusterus menerusmenerus ?? Tidak mungkin Heat loss !
Perpindahan
Perpindahan
Kalor
Kalor
(
(
konduksi
konduksi
)
)
•
• RuasRuas kirikiri disebutdisebut jugajuga dengandengan FluksFluks KalorKalor (Heat (Heat FluksFluks), yang ), yang menyatakan
menyatakan jumlahjumlah KalorKalor yang yang mengalirmengalir per per satuansatuan luasluas AA
dan
dan waktuwaktu. . TandaTanda minus minus menyatakanmenyatakan bahwabahwa kalorkalor berpindah
berpindah daridari daerahdaerah yang yang lebihlebih panaspanas keke daerahdaerah yang yang lebih
lebih dingin.dingin. •
• KonduktivitasKonduktivitas Thermal (Thermal (KK), ), menyatakanmenyatakan bagaimanabagaimana
temperatur
temperatur bervariasibervariasi secarasecara spasialspasial yang yang disebabkandisebabkan adanya
adanya perpindahanperpindahan kalorkalor diantaradiantara duadua daerahdaerah yang yang dipisahkan
dipisahkan oleholeh jarakjarak delta delta xx..
x T K dt dQ A ∆ ∆ − = 1
Temperatur
Temperatur
pada
pada
tubuh
tubuh
manusia
manusia
•
• ManusiaManusia sebagaisebagai mahlukmahluk hiduphidup berdarahberdarah ‘‘panaspanas’’ harusharus selalu
selalu menjagamenjaga kesetimbangankesetimbangan temperaturtemperatur tubuhnyatubuhnya padapada suhu
suhu konstankonstan (37(37ooC)C)
•
• JikaJika suhusuhu tubuhtubuh kitakita lebihlebih tinggitinggi daridari suhusuhu normal akannormal akan menyebabkan
menyebabkan rusaknyarusaknya protein protein dalamdalam prosesproses metabolismametabolisma tubuh
tubuh •
• JikaJika suhusuhu tubuhtubuh lebihlebih rendahrendah, , makamaka jantungjantung kitakita akanakan berhenti
Temperatur
Temperatur
dan
dan
aktivitas
aktivitas
manusia
manusia
•
• 20% 20% energienergi digunakandigunakan oleholeh otototot untukuntuk bekerjabekerja •
• 80% dari80% dari energienergi yang dihasilkanyang dihasilkan untukuntuk bekerjabekerja akanakan dikonversikan
dikonversikan menjadimenjadi kalorkalor dalamdalam tubuhtubuh manusiamanusia •
• JikaJika daridari 80% 80% tidaktidak dikonversikandikonversikan keke dalamdalam kalorkalor makamaka temperatur
temperatur tubuhtubuh akanakan meningkatmeningkat •
• SebagaiSebagai contohcontoh seorangseorang manusiamanusia dengandengan beratberat 70 kg 70 kg mengkonsumsi
mengkonsumsi kalorikalori sebanyaksebanyak 260 cal/jam. Sekitar260 cal/jam. Sekitar 208 208 dikonversikan
dikonversikan menjadimenjadi kalorkalor. . JikaJika tidaktidak makamaka akanakan terjaditerjadi kenaikan
kenaikan temperaturtemperatur sebesarsebesar 33ooC / jam C / jam
collapsecollapse !!
Konduksi
Konduksi
dalam
dalam
tubuh
tubuh
manusia
manusia
•
• SumberSumber daridari kalorkalor padapada tubuhtubuh terdapatterdapat padapada bagianbagian tubuhtubuh yang
yang dalamdalam •
• UntukUntuk mengeleminasikannyamengeleminasikannya makamaka harusharus dikonduksikandikonduksikan melalui
melalui kulitkulit •
• Agar terjadiAgar terjadi konduksikonduksi makamaka harusharus terdapatterdapat perbedaanperbedaan temperatur
temperatur, , oleholeh karenakarena ituitu temperaturtemperatur kulitkulit harusharus lebihlebih rendah
rendah •
• DalamDalam keadaankeadaan normal temperaturnormal temperatur kulitkulit sekitarsekitar 3535ooC, dalamC, dalam
keadaan
Konduksi
Konduksi
dalam
dalam
tubuh
tubuh
manusia
manusia
(
(
contoh
contoh
)
)
•
• JikaJikatebaltebal jaringanjaringanantaraantaratubuhtubuh manusiamanusiabagianbagian luarluardandan bagianbagiandalamdalam adalah
adalah 3 cm, 3 cm, dengandengan luasluas permukaanpermukaan ratarata--rata rata untukuntuk terjaditerjadi konduksikonduksi adalah
adalah 1,5m1,5m22. . KemudianKemudianperbedaanperbedaan temperaturtemperatur antaraantaratubuhtubuh bagianbagian
dalam
dalam dandan kulitkulit sebesarsebesar 22ooC. C. MakaMaka kalorkalor yang yang mengalirmengalirper per jamnyajamnya
adalah
adalah ((KonduktivitasKonduktivitastermaltermal jaringanjaringan = 18 cal cm /m2 = 18 cal cm /m2 ––jamjam-- ooCC))
cal/jam 18 3 2 5 . 1 18 = × × = ∆ = L T KA dt dQ
Mekanisme
Mekanisme
lain
lain
untuk
untuk
konduksi
konduksi
dlm
dlm
tubuh
tubuh
•
• MayoritasMayoritas kalorkalor ditransportkanditransportkan daridari tubuhtubuh bagianbagian dalamdalam keke sistem
sistem aliranaliran darahdarah. . KalorKalor masukmasuk keke dalamdalam selsel interior interior dengan
dengan mekanismemekanisme konduksikonduksi. . DalamDalam kasuskasus iniini, , prosesproses konduksi
konduksi sangatsangat cepatcepat jarakjarak antaraantara kapilerkapiler dandan selsel sumbersumber kalor
kalor sangatsangat tipis. tipis. SistemSistem aliranaliran darahdarah akanakan membawamembawa kalorkalor yang
yang dibawadibawa oleholeh daradara menujumenuju permukaanpermukaan kulit. kulit. KalorKalor kemudian
kemudian dipindahkandipindahkan menujumenuju permukaanpermukaan melaluimelalui prosesproses konduksi
konduksi. . •
• JikaJika aliranaliran kalorkalor melaluimelalui darahdarah berlebihberlebih , maka, maka jaringanjaringan kapiler
kapiler deketdeket permukaanpermukaan akanakan menghambatmenghambat aliranaliran darah, darah, sehingga
Pengendalian
Pengendalian
temperatur
temperatur
pada
pada
kulit
kulit
(
(
konveksi
konveksi
)
)
•
• HHcc merupakanmerupakan kalorkalor yang yang dipindahkandipindahkan melalumelalu konveksikonveksi •
• KKcc adalahadalah koefisienkoefisien konveksikonveksi •
• TTss adalahadalah temperaturtemperatur kulitkulit •
Pengendalian
Pengendalian
Pengendalian
temperatur
temperatur
pada
pada
kulit
kulit
(
(
konveksi
konveksi
)
)
•
• ContohContoh: : seorangseorang manusiamanusia dalamdalam keadaankeadaan telanjangtelanjangdengandengan luasluas permukaan
permukaan 1.7m1.7m22, , berdiriberdiridandanluasluaspermukaanpermukaan yang yang tereksposterekspos adalahadalah
1.36m
1.36m22. . JikaJikatemperaturtemperaturudaraudara 2525ooC C dandan temperaturtemperatur ratarata--rata rata kulitkulit
adalah
adalah 3333ooC, C, makamaka jumlahjumlahkalorkalor yang yang dihilangkandihilangkanadalahadalah ((KcKc = 6cal/m2 = 6cal/m2 ––
jam
jam ––ooCC, , tiadatiada anginangin) )
•
• DalamDalam keadaankeadaan bekerjabekerja manusiamanusiamenghasilkanmenghasilkan 170 cal/jam, 170 cal/jam, oleholehkarenakarena itu
itu kecepatankecepatananginanginperluperlu ditambahditambah 1.5 1.5 m/detikm/detikuntukuntukmenghasilkanmenghasilkan proses
proses pendinginanpendinginansebesarsebesar 170 cal/jam170 cal/jam
Radiasi
Radiasi
•
• HH c
c merupakanmerupakan kalorkalor yang yang dipindahkandipindahkan melalumelalu radiasiradiasi
•
• KK r
r adalahadalah koefisienkoefisien radiasiradiasi (6.0 cal/m2 (6.0 cal/m2 –– jam –jam – C)C)
•
• TT s
s adalahadalah temperaturtemperatur kulitkulit
•
• TT r
r adalahadalah temperaturtemperatur permukaanpermukaan radiasiradiasi
•
• AA r
r adalahadalah luasluas permukaanpermukaan radiasiradiasi
•
Radiasi
Radiasi
(
(
contoh
contoh
)
)
•
• SeorangSeorang manusiamanusia dengandengan AA r
r = 1.5 m= 1.5 m22, , TTrr=25=25ooC C dandan TTss=32=32ooC. C.
Maka
Radiasi
Radiasi
(
(
contoh
contoh
)
)
•
• SeorangSeorang manusiamanusia dengandengan AA r
r = 1.5 m= 1.5 m22, , TTrr=25=25ooC C dandan TTss=32=32ooC. C.
Maka
