metabolisme, keseimbangan energi, dan termoregulasi, 2012

METABOLISME, KESEIMBANGAN ENERGI, DAN TERMOREGULASI

Oleh Sri Wahyu B

METABOLISME

Metabolisme:keseluruhan reaksi yang terjadi di dalam sel, meliputi proses penguraian & sintesis molekul kimia yang menghasilkan & membutuhkan panas (energi) serta dikatalisis oleh enzim

Metabolisme meliputi:1) jalur sintesis (anabolisme/endorgenik) menggabungkan molekul-molekul kecil menjadi makromolekul yang lebih kompleks; memerlukan energi yang disuplai dari hidrolisis ATP 2) jalur degradatif (katabolisme/eksorgenik) memecah molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana; melepaskan energi yang dibutuhkan untuk mensintesis ATP.

2

Hubungan Katabolisme dan Anabolisme

• Struktur polimer untuk proses katabolisme anabolisme

• Tahap 1, 2, 3 dibedakan berdasarkan ukuran molekul

Metabolisme S +E SE P + E proses-melibatkan> 1 jenis rx yg saling berkait -subtrat -enzim -product subtrat product

JALUR METABOLISME

• ATP adalah sumber energi yang dapat dipakai berbagai fungsi sel

• SUMBER UTAMA ENERGI BERASAL DR GLUKOSAbila glukosa habis mk sumber alternatif -memecah glikogen -berikut lemak -berikut protein

Kadar Glukosa DarahKadar glukosa darah dipertahankan dengan cara:1. Glikogenolisis, yaitu hidrolisis simpanan glikogen di

hati dan otot rangka.2. Lipolisis, yaitu katabolisme triasilgliserol menjadi

gliserol dan asam lemak di jaringan adiposa. Gliserol yang mencapai hati akan diubah menjadi glukosa.

3. Protein dikatabolisme menjadi glukosa (gluconeogenesis)

7

Metabolisme post-absorptive state

faal_metabolisme/ikun/2006 8

Hubungan metabolisme karbohidrat, Lipid, Protein dan Asam Nukleat

• ATP sebagai alat tukar energi:dipakai dan dibentuk kembali berulang kali

Sumber ATP dan Transfor energi

Jalur aerob

Jalur anaerob

Jalur anaerob

KESEIMBANGAN ENERGI

12

EnergiMakanan Nutrien pool

Cadangan energi

Kerja internal

Kerja eksternal

Energi panas

AsupanEnergi

KeluaranEnergi

HKM TERMODINAMIKAENERGI TIDAK DAPAT DICIPTAKAN DAN DIMUSNAHKAN

Status keseimbangan energi

1. Netralenergi masuk = energi keluar2. Positif energi masuk > energi keluar3. Negatif energi masuk < energi keluar

Pemasukkan makanan terutama dikontrol oleh hipotalamus pusat lapar/nafsu makan dan pusat kenyang

Penggunaan energi

Diet-induced Thermogenesis (DIT)

• Diet-induced Thermogenesis (DIT) atau specific dynamic action (SDA) ialah energi yang digunakan untuk metabolisme makanan yang menghasilkan panas.

• Setelah seseorang makan makanan campuran, penggunaan energi meningkat selama 6 jam. Hal ini mungkin digunakan untuk melakukan pencernaan makanan, absorpsi, dan penyimpanan makronutien.

• DIT berkisar antara 8%-15% dari TEE pada individu yang aktivitasnya sedang.

• Dari makanan yang kita konsumsi DIT lemak 2%-4%,, karbohidrat 4%-7%, dan protein 18%-25%.

15

METABOLISME RATE KECEPATAN PEMAKAIAN ENERGIkecepatan pembebasan

panas selama reaksi kimiasatuan kilokalori per jamkalori : satuan jumlah energi yang dilepaskan bahan

makanan untuk proses fungsional tubuh1 kalori : panas untuk meningkatkan suhu 1 gram air

sebesar 1 0CDigunakan kilokalori = Kalori

Pengukuran metabolisme rate

Pengukuran :1. Kalorimeter langsung2. Kalorimeter tidak langsung

Makanan + O2 H2O + CO2 + energi ada hubungan pemakaian O2 dgn panas yg

dihasilkan

KALORIMETER LANGSUNG

* Mengukur jumlah panas total yang dibebaskan tubuh pada suatu waktu

Orang Coba/Hewan Coba

Ruang isolasi berisi udara

Tidak ada panas yang hilang

Panas yang keluar dari tubuh akan memanaskan udara dalam ruangan

Panas yang dihasilkan diukur

KALORIMETER TIDAK LANGSUNG

mengukur produk hasil oksidasi biologis yang memproduksi energi, yaitu karbondioksida, air, dan produk metabolisme lain; atau dengan mengukur konsumsi oksigen.

Oksigen yang digunakan dikonversikan sebagai energi yang digunakan

Jumlah energi yang dibebaskan per liter O2 dalam tubuh rata-rata 4,825 Kalori

1 liter O2 bila yang dimetabolisme :

Glukosa 5,01 Kalori Karbohidrat 5,06 Kalori Lemak 4,70 Kalori Protein 4,60 Kalori Ekuivalen Energi dari 1 liter O2 = 4,825 Kalori

Mengukur metabolisme rate

• Dalam satu jam seseorang mengkonsumsi 15 liter O2. Berapa perkiraan metabolisme rate orang tersebut?

• Konsumsi O2 =15 L/jam• Energi ekivalen O2 = 4,8 K/L• perkiraan laju metabolisme = 15 x 4,8• 72 kilokalori/jam

latihan

• Dalam satu jam seseorang mengkonsumsi 10 liter O2. Berapa perkiraan metabolisme rate orang tersebut?

Laju Metabolik Basal (Basal Metabolic Rate/BMR)

Laju Metabolik Basal (Basal Metabolic Rate/BMR) ialah energi yang dibutuhkan untuk mempertahankan fungsi fisiologis normal pada saat istirahat.

Laju metabolisme seseorang ditentukan pada kondisi basaluntuk mengontrol sebanyak mungkin variable yg dapat mengubah laju metabolik

22

BMR

Fungsi fisiologis normal tersebut meliputi:1) lingkungan kimia internal tubuh, yaitu gradient konsentrasi ion antara intrasel dan ekstrasel2) aktivitas elektrokimia sistem saraf3) aktivitas elektromekanik sistem sirkulasi4) pengaturan suhu

23

BASAL METABOLISME RATE (BMR)

Keadaan Basal :

1. Suhu ruangan nyaman68-80

2. Istirahat fisik, min 30 menit bebas olahraga

3. Istirahat mental (stres, cemas)

4. Tidak makan 12 jam terakhir

5. Tidur penuh

6. Tidak kerja berat min 1 jam sebelumnya

Faktor-faktor yg mempengaruhi BMR

• Hormon tiroid• Makanan• Aktifitas simpatis• Latihan• Umur• Faktor lain

Faktor-faktor yg mempengaruhi BMR

• MakananMakanan kaya protein akan lebih meningkatkan BMR daripada makanan kaya lipid atau kaya karbohidrat. Hal ini mungkin terjadi karena deaminasi asam amino terjadi relatif cepat.

26

Faktor-faktor yg mempengaruhi BMR

• Status hormon tiroid Hormon tiroid meningkatkan konsumsi oksigen, sintesis protein, dan degradasi yang merupakan aktivitas termogenesis. Peningkatan BMR merupakan hal yang klasik pada hipertiroid, dan menurun pada penurunan kadar tiroid

27

Faktor-faktor yg mempengaruhi BMR

• Aktivitas saraf simpatis.Pemberian agonis simpatis juga meningkatkan BMR. Sistem saraf simpatis secara langsung melalui nervus vagus ke hati mengaktivasi pembentukan glukosa dari glikogen. Sehingga aktivitas saraf simpatis meningkatkan BMR.

28

Faktor-faktor yg mempengaruhi BMR

• LatihanLatihan membutuhkan kalori ekstra dari makanan. Jika s/ makanan lebih banyak mengandung energi, maka berat badan akan meningkat. Jika penggunaan energi lebih banyak dari yg tersedia dlm makanan, maka tubuh akan memakai simpanan lemak yang ada dan mungkin akan menurunkan berat badan.

29

Faktor-faktor yg mempengaruhi BMR

• Umur & faktor lainBMR seorang anak umumnya lebih tinggi daripada orang dewasa, krn anak memerlukan lebih banyak energi selama masa pertumbuhan. Wanita hamil & menyusui juga memiliki BMR yang lebih tunggu.Demam meningkatkan BMR. Orang yg berotot memiliki BMR lebih tinggi daripada orang yg gemuk

30

TERMOREGULASI

• Suhu tubuh manusia cenderung berfluktuasi setiap saat. • Untuk mempertahankan suhu tubuh manusia dalam keadaan

konstan, diperlukan regulasi suhu tubuh. • Suhu tubuh manusia diatur dengan mekanisme umpan balik

(feed back) yang diperankan oleh pusat pengaturan suhu di hipotalamus.

Adalah sistem pengaturan suhu makluk hidup shg terjadi keseimbangan antara thermogenesis (produksi panas) dan themolisis (pembuagan panas)

Mengacu pada suhu inti (suhu jaringan tubuh dalam)-37,8 derajat C ,37

TERMOREGULASI

SUHU TUBUH Suhu optimal sesuai keadaan tubuh

Suhu tubuh :

1. Suhu inti konstan

2. Suhu permukaan berubah-ubah

SET POINT HIPOTALAMUS

Homeoterm (beradarah panas) : suhu tubuh tidak berubah sesuai

suhu lingkungan

Poikiloterm (berdarah dingin) : suhu tubuh berubah sesuai dengan suhu lingkungan

Pengaturan Suhu Tubuh

• Pusat : Hipothalamus (area preoptik)

Mekanisme Peningkatan dan Penurunan Suhu Tubuh

1. Penurunan Suhu Tubuh :

* Vasodilatasi

* Berkeringat

* Penurunan pembentukan panas

2. Peningkatan Suhu Tubuh

* Vasokontriksi di seluruh tubuh

* Piloereksi

* Peningkatan pembentukan panas : menggigil,

rangsangan simpatis dan sekresi tiroksin

Asal Panas Pada Tubuh Manusia

Tubuh manusia merupakan organ yang mampu menghasilkan panas secara mandiri dan tidak tergantung pada suhu lingkungan. mahluk berdarah panas

Suhu tubuh dihasilkan dari :1. Laju metabolisme basal (basal metabolisme rate, BMR)2. Laju cadangan metabolisme yang disebabkan aktivitas otot (termasuk

kontraksi otot akibat menggigil).3. Metabolisme tambahan akibat pengaruh hormon tiroksin dan sebagian

kecil hormon lain, misalnya hormon pertumbuhan (growth hormone dan testosteron).

4. Metabolisme tambahan akibat pengaruh epineprine, norepineprine, dan rangsangan simpatis pada sel.

5. Metabolisme tambahan akibat peningkatan aktivitas kimiawi di dalam sel itu sendiri terutama bila temperatur menurun.

Sistem Pengaturan Suhu Tubuh• Suhu tubuh manusia cenderung berfluktuasi setiap saat. Banyak

faktor yang dapat menyebabkan fluktuasi suhu tubuh• Titik tetap tubuh dipertahankan agar suhu tubuh inti konstan pada

37°C. • Apabila pusat temperatur hipotalamus mendeteksi suhu tubuh yang

terlalu panas, tubuh akan melakukan mekanisme umpan balik. Mekanisme umpan balik ini terjadi bila suhu inti tubuh telah melewati batas toleransi tubuh untuk mempertahankan suhu, yang disebut titik tetap (set point).

• Tubuh manusia memiliki seperangkat sistem yang memungkinkan tubuh menghasilkan, mendistribusikan, dan mempertahankan suhu tubuh dalam keadaan konstan.

Sistem Pengaturan Suhu Tubuh

• Berdasarkan distribusi suhu di dalam tubuh, dikenal suhu inti (core temperatur), yaitu suhu yang terdapat pada jaringan dalam, seperti kranial, toraks, rongga abdomen, dan rongga pelvis. Suhu ini biasanya dipertahankan relatif konstan (sekitar 37°C).

• Selain itu, ada suhu permukaan (surface temperatur), yaitu suhu yang terdapat pada kulit, jaringan sub kutan, dan lemak. Suhu ini biasanya dapat berfluktuasi sebesar 30°C sampai 40°C.

Tabel Perbedaan derajat suhu normal pada berbagai kelompok usia

Usia Suhu (oC)

3 bulan 37,5

6 bulan 37,7

1 tahun 37,7

3 tahun 37,2

5 tahun 37,0

7 tahun 36,8

9 tahun 36,7

11 tahun 36,7

13 tahun 36,6

Dewasa 36,4

> 70 tahun 36,0

• Hipotermi, bila suhu tubuh kurang dari 36°C

• Normal, bila suhu tubuh berkisar antara 36 - 37,5°C

• Febris / pireksia, bila suhu tubuh antara 37,5 - 40°C

• Hipertermi, bila suhu tubuh lebih dari 40°C

(Tamsuri Anas, 2007)

Faktor Yang Mempengaruhi Suhu Tubuh

1. Kecepatan metabolisme basal2. Rangsangan saraf simpatis3. Hormon pertumbuhan4. Hormon tiroid5. Hormon kelamin6. Demam ( peradangan )7. Status gizi8. Aktivitas9. Gangguan organ10. Lingkungan

Mekanisme Thermoregulasi.1.Reseptor pendekteksi suhu: kulit dan organ dalam tubuh spt medulla spinalis,organdalam abdomen,

vena besar reseptor >> peka (10 kali lebih banyak) terhadap dingin, sehingga lebih

berperan dalam mencegah terjadinya hipotermi.2.Pusat thermoregulasi di hypothalamus: A.Hypothalamus anterior-area preoptik. regulator suhu panas. stimulasi menimbulkan respon :

-thermogenesis << : anoreksia, apati, inerisia.-thermolisis >>: vasodilatasi perifer, berkeringat, peningkat respirasi.

B.Hypothalamus posterior regulator tehadap suhu dingin. Stimulasi pada daerah ini akan

menimbulkan respon berupa:- Thermogenesis >>- Thermolisis <<:Vasokonstriksi perifer, memakai baju tebal, curling

up, piloereksi/horipilasi.respon thermoregulasi mencakup perubahan otonom, somatic, endokrin, dan

perilaku.

MEKANISME TERMOREGULASI

• Rangsngan dinginreseptor (kulit / dalam) hipotalamus posterior SET PONITtermogenesis

• Rangsangan panasreseptor ( kulit/ dalam)hipotalamus anteriorSET POINTtermolisis

Mekanisme Tubuh Ketika Suhu Tubuh Berubah

1. Mekanisme tubuh ketika suhu tubuh meningkat :a. Vasodilatasi disebabkan oleh hambatan dari pusat simpatis

pada hipotalamus posterior (penyebab vasokontriksi) sehingga terjadi vasodilatasi yang kuat pada kulit, yang memungkinkan percepatan pemindahan panas dari tubuh ke kulit hingga delapan kali lipat lebih banyak.

b.Berkeringat pengeluaran keringat menyebabkan peningkatan pengeluaran panas melalui evaporasi.

c. Penurunan pembentukan panas Beberapa mekanisme pembentukan panas, seperti termogenesis kimia dan menggigil dihambat dengan kuat.

TERMOREGULASI MELIPUTI• Termolisis :

1.kulit– Radiasi :pemindahan berkas infra merah atau

gel elektromagnetik dr satu obyek ke obyek lain tanpa kontak fisik

– Konduksi :pemindahan panas scr langsung dr satu obyek ke obyek lain

– Konveksi :pemindahan panas mll gas /cairan yg bergerak

– Evaporasi =penguapan:mengkonversi air dr cairan mjd gas

2.respirasi3.urin & feses

• Termogenesis :produksi panas– BMR,intake maknan /lapar,aktifitas otot/volunter

(menggigil),TSH,epinephrin dan NE >>

Mekanisme Tubuh Ketika Suhu Tubuh Berubah

2. Mekanisme tubuh ketika suhu tubuh menurun :a. Vasokontriksi kulit di seluruh tubuh karena rangsangan

pada pusat simpatis hipotalamus posterior.b. Piloereksi Rangsangan simpatis menyebabkan otot

erektor pili yang melekat pada folikel rambut berdiri. c. Peningkatan pembentukan panas sistem metabolisme

meningkat melalui mekanisme menggigil, pembentukan panas akibat rangsangan simpatis, serta peningkatan sekresi tiroksin.

Efek Panas

Efek panas terbagi dalam 3 bagian :1. Fisik, Panas menyebabkan zat cair, padat dan gas mengalami

pemuaian ke segala arah2. Kimia, kecepatan reaksi kimia akan meningkat dengan

peningkatan temperatur reaksi oksidasi Permeabilitas membran sel akan meningkat sesuai dengan peningkatan suhu pada jaringan akan terjadi peningkatan metabolisme peningkatan pertukaran zat kimia tubuh dalam cairan tubuh

3. Biologis, sumasi dari efek panas terhadap fisik dan kimia peningkatan sel darah putih, peradangan & dilatasi pembuluh darah peningkatan sirkulasi darah dan peningkatan tekanan kapiler & pH darah menurun