KATA PENGANTAR

Alhamdulillah segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan kita kesehatan, limpahan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis

sehingga dapat menyelesaikan seminar koloqium yang berjudul “Penerapam Ilmu

Fisika Pada Sistem Kardiovaskular”, sebagai salah satu mata kuliah wajib pada

program studi Pendidikan Fisika FKIP Unsyiah. Shalawat beriring salam kepada

junjungan alam nabi besar Muhammad SAW yang telah membawa umat manusia dari

alam jahiliyah ke alam islamiah, dari alam kebodohan ke alam yang penuh dengan

ilmu pengetahuan seperti yang kita rasakan saat ini.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang tidak

terhingga yang pertama kepada orang tua penulis yang telah melahirkan dan

membesarkan penulis sehingga menjadi anak yang penuh cita-cita ingin

membahagiakan mereka, selanjutnya penulis juga mengucapkan terima kasih dan

penghargaan yang setinggi-tingginya kepada Drs. Agus Wahyuni, M.Pd selaku ketua

Prodi Pendidikan Fisika FKIP Unsyiah dan kepada bapak Drs. Marwan, AR selaku

pembimbing saya yang telah banyak meluangkan waktu dan pikiran guna

mengarahkan dan membimbing penulis menyesaikan seminar fisika koloqium ini.

Penulis menyadari karya tulis ini memiliki banyak kekurangan dan jauh dari

kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat

membangun dari semua pihak. Akhir kata penulis ucapkan terimakasih, semoga karya

tulis ini bermanfaat bagi semua pihak. Aamiin.

Darussalam, Mei 2015

penulis

i

PENERAPAN ILMU FISIKA PADA SISTEMKARDIOVASKULAR

Maulidin1, Marwan2

1Maulidin2Drs. Marwan, AR

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan - Universitas Syiah KualaKorespondensi: maulidin010@yahoo.co.id

Abstrak

Sistem kardiovaskular merupakan suatu kejadian yang tanpa disadari sangat dekat dalam kehidupan sehari-hari. Bahkan sistem kardiovaskular mencakup adalah proses vital yang merupakan sistem sirkulasi darah yang terdiri dari jantung komponen darah dan pembuluh darah. Pusat peredaran darah atau sirkulasi darah ini berawal di jantung dan di pompa keseluruh tubuh. Ilmu fisika mengkaji semua bidang ilmu termasuk ilmu kesehatan kali ini penulis menfokuskan pada sistem kardiovaskular yang menjadi kejadian penting dalam tubuh umumnya, tubuh manusia khususnya. Terdapat beberapa kejadian fisika pada sistem kardiovaskular yang dapat di aplikasikan dari salah satu persamaan dalam dunia fisika. sangat erat kaitannya dengan Prinsip Bernoulli, Hukum Poiseuille, fliuda tekanan dan lain sebagainya. Pembahasan terkait dengan komponen Utama Sistem Kardiovaskular, Pertukaran O2 dan CO2 di Sistem Kapiler, Kerja Jantung, Tekanan Darah dan Pengukurannya, Penerapan Prinsip Bernoulli pada Sistem Kardiovaskular

Kata kunci : fluida, ilmu fisika, sistem kardiovaskular

1Mahasiswa program studi Fisika2Dosen program studi Fisika

ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR....................................................................................................i

ABSTRAK....................................................................................................................ii

DAFTAR ISI................................................................................................................iii

BAB 1 PENDAHULUAN.............................................................................................1

1.1 latar belakang...........................................................................................................1

1.2 Rumusan Masalah....................................................................................................2

1.3 Tujuan......................................................................................................................2

1.4 Manfaat Penelitian...................................................................................................3

1.5 Pembatasan Masalah................................................................................................3

BAB II LANDASAN TEORI........................................................................................4

2.1 Hukum Poiseuille....................................................................................................4

2.2 Prinsip Bernoulli......................................................................................................4

2.3 Defenisi Jantung.....................................................................................................5

2.4 Pengertian Tekanan.................................................................................................5

2.5 Pengertian Fluida.....................................................................................................6

2.6 Pengertian Tekanan Darah.......................................................................................6

2.7 Sistem Kardiovaskular.............................................................................................7

BAB III PEMBAHASAN.............................................................................................8

3.1 Komponen Utama Sistem Kardiovaskular..............................................................8

3.2 Pertukaran O2 dan CO2 di Sistem Kapiler.............................................................13

3.3 Kerja Jantung.........................................................................................................15

3.4 Tekanan Darah dan Pengukurannya......................................................................17

3.5 Penerapan Prinsip Bernoulli pada Sistem Kardiovaskular....................................21

3.6 Seberapa Cepat Darah Anda Mengalir ?...............................................................23

BAB IV PENUTUP.....................................................................................................30

4.1 Kesimpulan............................................................................................................30

4.2 Saran......................................................................................................................30

DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................31

iii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Hal

Gambar 3.1 : Jantung …............................................................................................9

Gambar 3.2 : Coulder counter.................................................................................12

Gambar 3.3 : Potongan kecil jaringan kapiler…………………………………….14

Gambar 3.4 : Sistem sirkulasi……………………………………………………..16

Gambar 3.5 : Pengukuran tekanan darah secara langsung…………......................18

Gambar 3.6 : Pengukuran tekanan darah menggunakan sfigmomanometer ……..19

Gambar 3.7 : Kecepatan cairan……………………………………………………23

Gambar 3.8 : Kurva ………………………………………………………………24

Gambar 3.9 : Presentasi sel darah…………………………………………………26

Gambar 3.10 : Penyakit katup buatan …………….………………………………..30

iv

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 latar belakang

Ilmu Fisika berasal dari bahasa Yunani yang berarti “alam”. Fisika adalah

ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat dan gejala pada benda-benda di alam.

Fisika biasanya menjadi mata pelajaran yang paling ditakuti, padahal ilmu fisika

merupakan ilmu pengetahuan yang sangat luas, tanpa kita sadari kejadian-kejadian

fisika sangat berhubungan dengan kehidupan sehari-hari manusia sampai mencakup

hal yang paling kecil dan paling besar di jagad raya ini.

Sampai pada saat ini fisika terus berkembang, banyak bidang-bidang baru

dalam fisika misalnya Geofisika, Astronomi, fisika nuklir dan masih banyak lagi, tapi

ada satu bidang baru yang sangat berpengaruh dalam kehidupan yaitu fisika medik

atau biasa disebut fisika kesehatan. Ilmu fisika kesehatan atau disebut dengan medical

physics adalah ilmu yang menggabungkan dua bidang kajian yang sangat luas, yaitu :

ilmu fisika dan ilmu kesehatan serta keterkaitannya.

Kardiovaskular terdiri dari dua suku kata yaitu cardiac dan vaskuler.

Cardiac yang berarti jantung dan vaskuler yang berarti pembuluh darah. Dalam hal

ini mencakup sistem sirkulasi darah yang terdiri dari jantung komponen darah dan

pembuluh darah. Pusat peredaran darah atau sirkulasi darah ini berawal dijantung,

yaitu sebuah pompa berotot yang berdenyut secara ritmis dan berulang

60-100x/menit. Setiap denyut menyebabkan darah mengalir dari jantung, ke seluruh

1

tubuh dalam suatu jaringan tertutup yang terdiri atas arteri, arteriol, dan kapiler

kemudian kembali ke jantung melalui venula dan vena.

Dalam mekanisme pemeliharaan lingkungan internal sirkulasi darah

digunakan sebagai sistem transport oksigen, karbon dioksida, makanan, dan hormon

serta obat-obatan ke seluruh jaringan sesuai dengan kebutuhan metabolisme tiap-tiap

sel dalam tubuh. Dalam hal ini, faktor perubahan volume cairan tubuh dan hormon

dapat berpengaruh pada sistem kardiovaskular baik secara langsung maupun tidak

langsung.

Ilmu fisika sangat erat kaitannya dengan ilmu kesehatan , apalagi pada zaman

modern seperti sekarang ini. Oleh karena itu penulis tertarik untuk melakukan sebuah

penelitian yang berjudul “penerapan ilmu fisika pada sistem kardiovaskular”.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, maka masalah yang

dapat kita ambil adalah :

1. Bagaimana penerapan ilmu fisika pada sistem kardiovaskular.

2. Seberapa penting jantung bagi tubuh manusia.

1.3 Tujuan

Tujuan yang diharapkan oleh penulis adalah:

1. Untuk mengetahui penerapan ilmu fisika pada sistem kardiovaskular.

2. Pembaca dapat lebih bisa menjaga kesehatan organ penting tubuh.

2

1.4 Manfaat Penelitian

Setelah melakukan penelitian adapun manfaat yang penulis dapat, yaitu:

1. Agar penulis dapat memahami penerapan ilmu fisika pada sistem

kardiovaskular.

2. Agar penulis dapat menguasai penerapan ilmu fisika pada sistem

kardiovaskular dalam keperluan mengajar di sekolah sebagai guru.

1.5 Pembatasan Masalah

Tema dari kajian ini dibatasi pada analisis penerapan ilmu fisika pada sistem

kardiovaskuler. Pembahasan dilakukan dengan metode studi perpustakaan. Tulisan

ini dianalisis melalui studi ke perpustakaan; yaitu dengan membandingkan dengan

beberapa literatur. Literatur yang digunakan adalah ber ISSn dan terbitan tahun

1980an keatas. Sistematik penulisan adalah pendahuluan, pembahasan, kesimpulan,

dan tinjauan pustaka.

3

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Hukum Poiseuille

Hukum Poiseuille menyatakan bahwa cairan yang mengalir melalui saluran

pipa akan berbanding langsung dengan penurunan tekanan sepanjang pipa dan

pangkat empat jari-jari pipa. Jadi rumus diatas dapat dinyatakan : volume/detik =

tekanan/tahanan.

2.2 Prinsip Bernoulli

Asas Bernoulli dikemukakan pertama kali oleh Daniel Bernoulli tahun

(1700±1782). Daniel Bernoulli lahir di Groningen, Belanda pada tanggal 18 Februari

1700 dalam sebuah keluarga yang hebat dalam bidang matematika. Dalam kertas

kerjanya yang berjudul Hydrodynamica, Bernouli menunjukkan bahwa begitu

kecepatan aliran fluida meningkat maka tekanannya justru menurun.

Menurut Daniel Bernoulli,“Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam

mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada

kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip

ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang

menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama

besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama.”

4

2.3 Defenisi Jantung

Jantung merupakan suatu organ otot berongga yang terletak di pusat dada.

Bagian kanan dan kiri jantung masing masing memiliki ruang sebelah atas (atrium

yang mengumpulkan darah dan ruang sebelah bawah (ventrikel) yang mengeluarkan

darah. Agar darah hanya mengalir dalam satu arah, maka ventrikel memiliki satu

katup pada jalan masuk dan satu katup pada jalan keluar.

Fungsi utama jantung adalah menyediakan oksigen ke seluruh tubuh dan

membersihkan tubuh dari hasil metabolisme (karbondioksida). Jantung melaksanakan

fungsi tersebut dengan mengumpulkan darah yang kekurangan oksigen dari seluruh

tubuh dan memompanya ke dalam paru-paru, dimana darah akan mengambil oksigen

dan membuang karbondioksida; jantung kemudian mengumpulkan darah yang kaya

oksigen dari paru-paru dan memompanya ke jaringan di seluruh tubuh.

2.4 Pengertian Tekanan

Tekanan adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya (F) per satuan luas (A).

Satuan tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan dari suatu cairan atau

gas.

P = ( F)/A

P : Tekanan dengan satuan pascal ( Pressure )

F : Gaya dengan satuan newton ( Force )

5

A : Luas permukaan dengan satuan m2 ( Area )

Satuan tekanan dapat dihubungkan dengan satuan volume (isi) dan suhu.

Semakin tinggi tekanan di dalam suatu tempat dengan isi yang sama, maka suhu akan

semakin tinggi. Hal ini dapat digunakan untuk menjelaskan mengapa suhu di

pegunungan lebih rendah dari pada di dataran rendah, karena di dataran rendah

tekanan lebih tinggi.

2.5 Pengertian Fluida

Menurut benyamin (1996:3),”fluida adalah zat yang berubah bentuk secara

kontinu (terus menerus) bila nterkena tegangan geser, betapa pun kecilnya tegangan

geser tersebut.”

Fluida ada 2 macam: cairan dan gas. Watak dari fluida adalah mengalir,

mengisi ruangan yang mewadahinya.

2.6 Pengertian Tekanan Darah

Tekanan darah adalah tekanan dari darah terhadap dinding pembuluh darah

yang merujuk kepada tekanan darah pada arteri secara sistemik. Dimana, tekanan

darah di vena lebih rendah daripada tekanan di arteri. Nilai tekanan darah secara

umum dinyatakan dalam mmHg (milimeter air raksa). Tekanan sistolik didefinisikan

sebagai tekanan puncak pada arteri selama siklus jantung; tekanan diastolik

merupakan tekanan terendah (pada fase istirahat siklus jantung) (Wikibooks, 2007:

149).

6

2.7 Sistem Kardiovaskular

Sistem kardiovaskuler terdiri dari jantung dan pembuluh darah, mengandung

5,5 L darah laki-laki dengan berat 70 kg. Fungsi utama sistem kardiovaskuler adalah

mendistribusi O2 dan nutrisi ke jaringan, mentransfer metabolit dan CO2 ke organ

ekskresi dan paru, serta mentransport hormone dan komponen sistem imun. Sistem

kardiovaskuler juga berperan penting pada termoregulasi. Sebagian besar sistem

kardiovaskuler tersusun peralel, yaitu setiap jaringan mendapat darah langsung dari

aorta. Keadaan ini memungkinkan semua jaringan mendapat darah yang teroksigenasi

penuh dan aliran bisa dikontrol secara independen pada setiap jaringan melawan

tekanan konstan yang diatur dengan mengubah resistensi arteri kecil (yaitu kontriksi

atau dilatasi arteriol). Jantung kanan, paru , dan jantung kiri tersusun seri.

BAB III

PEMBAHASAN

Jantung merupakan organ penting bagi tubuh manusia, oleh karena itu jantung

adalah organ pertama yang terbentuk pada masa mudigah. Delapan minggu setelah

7

konsepsi jantung mulai bekerja untuk mengedarkan darah ke jaringan janin, karena

janin belum memiliki paru-paru yang berfungsi, maka janin harus memperoleh darah

beroksigen dari ibunya melalui tali pusat.

Tubuh manusia memiliki kira-kira satu juta triliun sel, maka diperlukan suatu

sistem transportasi yang luas untuk menyalurkan bahan bakar O2 ke sel dan membuat

produk sisa. Fungsi tubuh yang sangat penting ini dilaksanakan oleh oleh darah.

Darah membentuk sekitar 7% dari massa tubuh atau sekitar 4,5 kg pada seseorang

dengan berat badan 64 kg. darah, pembuluh darah, dan jantung membentuk system

kardiovaskular (SKV). Bab ini menguraikan aspek-aspek fisika SKV.

3.1 Komponen Utama Sistem Kardiovaskular

Dua potongan melintang sebuah jantung diperlihatkan pada Gambar 3.1.

jantung yang pada dasarnya adalah suatu alat pompa ganda, menghasilkan gaya yang

diperlukan untuk mengedarkan darah melalui dua system sirkulasi utama, yaitu:

1. sirkulasi pulmonal di paru-paru

2. sirkulasi sistemik dibagian tubuh lainnya.

8

Gambar 3. 1. Jantung.

Perhatikan dinding otot sisi kiri lebih tebal dan kuat di sisi kiri tempat

sebagian besar kerja dilakukan.

Marilah kita mulai dengan darah disisi kiri jantung yang mengikuti

peredarannya satu siklus keseluruhan. Darah dipompa oleh kontraksi otot-otot

jantung diventrikel kiri dengan tekanan sekitar 17 kpa (125 mmhg) kedalam suatu

system arteri tang bercabang-cabang menjadi arteri yang semakin kecil (arteriol) dan

akhirnya menjadi jaringan pembuluh yang sngat halus yang disebut jaringan kapiler.

Selama beberapa detik di jaringan kapiler, darah menyalurkan O2 ke sel dan

menyerap CO2 dari sel. Setelah melewati jaringan kapiler, darah berkumpul di vena-

vena kecil (venula) secara bertahap bergabung menjadi vena yang semakin besar

sebelum masuk ke sisi kanan jantung melalui dua vena utama. Darah yang kembali

disimpan sementara dipenampungan, dan sngat terjadi kontraksi lemah dengan

tekanan sekitar 0,8 kpa (5 sampai 6 mmhg), darah mengalir dalam vertical kanan.

9

Pada kontraksi ventrikel berikutnya, darah dipompa dengan tekanan sekitar 3,3 kpa

(25 mmhg) melalui arteri pulmonaris ke sistem kapiler paru. Diparu, darah menerima

banyak oksigen dan sebagian CO2 berdifusi kedalam udara di paru untuk

dihembuskan keluar. Darah yang baru mendapatkan oksigen kemudian mengalir

melalui vena-vena utama dari paru kedalam penampungan kiri jantung (antrium

kiri);selama kontraksi atrium yang lemah dengan tekanan sekitar 1kpa (7 sampai 8

mmhg), darah mengalir kedalam ventrikel kiri. Pada kontraksi ventrikel berikutnya,

darah ini kembali dipompa dari sisi ke dalam sirkulasi umum. Karena seorang dewasa

biasanya memiliki sekitar 4,5 liter darah dan setiap bagian jantung memompa sekitar

80 ml setiap kali berkontraksi, diperlukan waktu sekitar 1 menit bagi sel darah merah

untuk menjalanisatu siklus sirkulasi lengkap di dalam tubuh.

Walaupun biasanya kita membayangkan darah berwarna merah terang, namun

sebagian besar darah berdasarkan merah tua. Darah vena kekurangan O2 yang

menyebabkan darah berwarna merah terang. Rona biru di vena-vena tangan anda

disebabkan oleh pigmentasi di kulit. Saat anda mengalami luka sayatan, biasanya

yang keluar pertama kali adalah darah vena karena vena terletak lebih dekat ke

permukaan, tetapi dalam sepersekian detik darah tersebut mangalami oksigensi dan

tampak merah terang.

Oleh mata telanjang, darah tampak sebagai suatu cairan merah yang sedikit

lebih kental dari pada air. Apabila di teliti dengan berbagai teknik fisik, darah

ternyata terediri dari beberapa komponen yang berbeda. Warna merah disebabkan

oleh sel darah merah (eritrosit) yang berbentuk piringan gepeng denga diameter

10

sekitar 7 mikro meter (7x10-6 m); eritrosit membentuk sekitar 45% dari volume darah.

Usia lazim sel-sel ini adalah 3 bulan; setiap hari sekitar 10 milyar eritrosit mati.

Cairan yang hamper jernih yang disebut plasma darah membentuk 55 % sisanya.

Kombinasi eritrosit dan plasma menyebabkan darah memilik sifat-sifat aliran yang

berbeda dari cairan seperti air.

Selain eritrosit dan plasma, terdapat terdapat beberapa komponen darah yang

penting, misalnya sel darah putih (leukosit), yang terdapat dalam jumlah yang

sedikit.sel-sel ini merupakan bagian dari system kekebalan tubuh yang berperan

untuk melawan penyakit.

Darah juga mengandung trombosit (platelet). Trombosit (diameter sampai 4

µm) berperan dalam fungsi pembekuan darah. Terdapat sekitar 3 x 105 trombosit/mm3

darah. Trombosit bertahan hidup hanya 3 hari. Hal ini berarti bahwa 5 juta trombosit

mati dan dibentuk sejumlah yang sama setiap detik.

Darah berfungsi sebagai mekanisme transportasi untuk sejumlah kecil hormon

yang mengatur berbagai proses kimiawi di dalam tubuh. Elektrolit tertentu (ion

logam) di darah sangat penting bagi fungsi tubuh. Sebagai contoh, 100 ml darah

biasanya mengandung sekitar 10 mg kalsium. Apabila jumlah kalsium dalam darah

turun di sampai 8 mg/ 100 ml, sistem saraf tidak dapat berfungsi dengan normal dan

dapat terjadi kematian akibat tetani (spasme otot).

11

Gambar 3.2. Coulder counter

Secara otomatis menghitung sel darah yang telah di encerkan dalam suatu

larutan penghantar. Kolom Hg yang di tinggikan menghasilkan tekanan negative dan

menarik larutan melewati kapiler. Sewaktu melewati lubang kecil, sel darah

menyebabkan resistensi sesaat antara elektrode. Pulsa (yang tealh diperkuat) dari sel

darah dihitung sejak Hg menyentuh elektrode mulai menghitung sampai elektrode

berhenti menghitung. Inset adalah gambaran kapiler yang di perbesar; jalur arus

listrik digambarkan sebagai garis terputus-putus.

Dahulu, hitung sel darah putih biasanya dilakukan dengan mengencerkan

darah dengan jumlah tertentu, meneteskannya di kaca objek, dan menghitung jumlah

sel. Karena metode ini sangat rumit dan tingkat keakuratannya hanya 15%, dicarilah

metode yang lebih mudah dan akurat. Instrumen yang sekarang umum digunakan di

laboratorium klinik besar untuk menghitung sel darah merah adalah Coulter counter.

12

Alat ini diciptakan oleh Wallace H. Coulter pada tahun 1950-an. Prinsip operasinya

diperlihatkan di Gambar 1.3. Darah yang diencerkan dilewatkan melalui sebuah

kapiler halus; sel-sel pada dasarnya melewati kapiler satu per satu; dan saat berjalan

di kapiler tersebut, sel-sel tersebut melewati dua elektrode yang mengukur resistensi

listrik di kapiler. Setiap sel darah merah menyebabkan perubahan resistensi sesaat

sewaktu sel tersebut lewat. Perubahan resistensi tampak sebagai pulsa listrik yang

dihitung di suatu sirkuit elektronik. Coulter counter telah berhasil menyingkirkan

rasa jemu saat penghitungan sel darah merah (yang dilakukan oleh petugas

laboratorium medis) dan pada saat yang sama memperbaiki tingkat keakuratan

penghitungan. Sayangnya, Coulter counter tidak dapat membedakan berbagai jenis

sel darah putih sehingga untuk melakukan hitung jenis tetap diperlukan mikroskop.

3.2 Pertukaran O2 dan CO2 di Sistem Kapiler

Oksigen dan karbon dioksida berdifusi keluar dan masuk jaringan. Jarak yang

paling mungkin ditempuh , D, oleh sebuah molekul setelah tumbukan N dengan

molekul Iain dengan jarak rata-rata antara tumbukan λ adalah D=λ√N. Di jaringan,

kerapatan molekul adalah sekitar 1000 kali lebih besar daripada di udara; oleh karena

itu, jauh lebih panjang di udara dari pada di jaringan. Nilai lazim untuk di air, yang

dapat berfungsi sebagai model untuk jaringan, adalah sekitar 10-11 m, dan sebuah

molekul melakukan sekitar 1012 tumbukan/dtk. Oleh karena itu, setelah satu detik di

air, jarak difusi yang paling mungkin ditempuh adalah sekitar 10 -5 m diameter sel

yang lazim atau sekitar 103 kali lebih kecil dibandingkan di udara. Jarak difusi yang

sangat pendek ini merupakan penyebab utama mengapa kapiler-kapiler di jaringan

13

harus sangat berdekatan satu sama lain. Pada otot yang aktif, sekitar seper dua belas

volumenya terisi oleh kapiler; di otot jantung, hampir setiap sel berkontak dengan

sebuah kapiler.

Gambar 3.3. Potongan kecil jaringan kapiler. Otot sfingter (S) mengalirkan aliran

darah ke kapiler.

Apabila anda memotong sekerat otot aktif dan menghitung kapilernya, anda

akan menemukan sekitar 190 kapiler/mm2. Diameter rerata kapiler adalah sekitar 20

µm, walaupun beberapa mungkin hanya berdiameter 5 µm dan sel darah merah harus

berubah bentuk agar dapat melewatinya.

14

3.3 Kerja Jantung

Pada orang dewasa normal, setiap kontraksi otot jantung memompa sekitar 80 ml

darah melalui paru dari ventrikel kanan dan volume setara ke sirkulasi sistemik dari

ventrikel kiri.

Pada proses ini, jantung melakukan kerja. Volume-volume tersebut tidak

persis sama untuk setiap kontraksi, tetapi dalam suatu periode kedua ventrikel

memompa darah sama banyak.

Tekanan di kedua pompa jantung tidaklah sama (Gambar 3.4). Di sistem

pulmonal, tekanannya cukup rendah karena rendahnya resistensi pembuluh darah di

paru. Tekanan maksimum (sistol), biasanya sekitar 3 kPa (25 mmHg), adalah sekitar

seperlima dari tekanan sirkulasi sistemik. Agar darah dapat mengalir melalui sirkulasi

sistemik yang jauh lebih besar, sisi kiri jantung hanıs menghasilkan tekanan yang

biasanya sekitar 16 kPa (120 mmHg) pada puncak (sistol) dari setiap siklus jantung.

Selama fase istirahat (diastol) dari siklus jantung tekanan biasanya adalah sekitar 10,5

kPa (80 mmHg). Otot sisi kiri jantung yang lebih tebal. Otot yang menggerakkan

ventrikel kiri memiliki ketebalan sekitar tiga kali lipat dibandingkan dengan yang di

ventrikel kanan.

Tekanan tidak banyak berkurang sampai darah mencapai arteriol dan kapiler.

Hampir seluruh penurunan tekanan terjadi di sepanjang arteriol dan jaringan kapiler

sistem sirkulasi (Gambar 3.4).

15

Daya, atau laju pemakaian energi, ∆E/∆t, oleh sebuah pompa yang bekerja

pada tekanan konstan P sama dengan hasil kali tekanan dan volume yang dipompa

per satuan waktu, ∆E/∆t.

Daya = ∆ E/∆ t = ∆ E/∆ t (1.1)

Kita dapat memperkirakan kerja fisik yang dilakukan oleh jantung dengan

mengalikan tekanan rata-ratanya dengan volume darah yang dipompa. Misalnya kita

menganggap bahwa tekanan rata-rata adalah sekitar 13 kPa (100 mmHg). Apabila

volume darah sebanyak 8 x 10-5 m3 (80 ml) dipompa setiap detik (denyut nadi

60/menit) maka dayanya adalah :

(1,3 x 104 Pa)(8 x 10-5 m3/dtk) = 1,1 J/dtk atau daya 1,1 W.

Gambar 3.4. Sistem Sirkulasi

Sistem irkulasi tekanan bervariasi. Perhatikan rendah di vena dan tekanan

yang relatif rendah di sistem pulmonaris.

16

3.4 Tekanan Darah dan Pengukurannya

Salah yang paling sering dilakukan pengukuran tekanan darah. Pengukuran

eksperimental pertama terhadap tekanan darah dilakukan pada tahun 1733 oleh Pdt.

Stephen Hales di Inggris. la secara berani menghubungkan sebuah tabung kaca 3 m

(10 kaki) ke arteri seekor kuda dengan menggunakan trakea bebek sebagai

penghubung fleksibel dan tangkai bulu bebek yang telah diperuncing untuk

melubangi arteri. Ia mendapatkan bahwa darah naik sampai ketinggian rerata 2,4 m

(8 kaki) di atas jantung.

Selama pembedahan dan di bangsal perawatan intensif, sering dilakukan

pengukuran tekanan darah secara langsung. Gambar 3.5 memperlihatkan sebuah

kateter yang dipasang di lengan; saat kateterisasi jantung, kateter didorong ke dalam

rongga-rongga jantung. Setiap beberapa menit, stopcock diputar sehingga beberapa

mililiter larutan pembilas mengalir melalui kateter untuk mencegah terbentuknya

bekuan di ujung kateter. Cairan masuk ke kubah transduser tekanan, tempat cairan

tersebut mendorong diafragma logam ke bawah. Diafragma menjadi tertekuk dan

menggerakkan suatu angker dinamo yang dililit Oleh kawat halus pengukur

ketegangan (strain).

17

Gambar 3.5. Pengukuran tekanan darah.

Pengukuran tekanan darah secara langsung. Ke dalam pembuluh darah

disusupkan melalui jarum tersebut. Kateter menyalurkan tekanan darah ke transduser

tekanan. Tekanan darah menyebabkan defleksi diafragma, sehingga terjadi perubahan

resistensi di empat kawat pengukur tegangan. Kawat T mengalami peningkatan

tegangan dan kawat C mengalami penurunan tegangan.

Metode pengukuran tekanan darah secara langsung ini tidak pernah dilakukan

rutin karena tekanan darah dapat diukur cukup dengan cara-cara tidak langsung.

Instrumen yang sering digunakan dişebut sfigmomanometer. Alat ini terdiri dari

manset tekanan dan pengukur di lengan atas serta stetoskop yang diletakkan di atas

arteri brakialis di lipat siku. Manset tekanan dikembungkan dengan cepat hingga

tekanannya dapat menghentikan aliran darah dan kemudian udara dikeluarkan secara

perlahan. Seiring dengan menurunnya tekanan manset hingga lebih rendah dari

tekanan sistolik, terjadi aliran turbulen yang menyemprot melalui arteri dan

menimbulkan getaran suara yang dapat didengar dengan stetoskop. Bunyi-bunyi ini

disebut bunyi Korotkoff Atau K. Tekanan saat bunyi K pertama kali terdengar

menunjukkan ketinggian tekanan sistolik. Seiring dengan semakin menurunnya

tekanan bunyi K semakin keras dan kemudian mereda. Saat bunyi K menghilang atau

berubah menunjukkan tekanan diastolik.

18

Gambar 3.6. Pengukuran tekanan darah

Pengukuran tekanan darah menggunakan sfigmomanometer. Aliran darah

arteri ke lengan disumbat oleh manset yang menggembung. Saat udara dikeluarkan

secara bertahap, stetoskop yang diletakkan di atas arteri brakialis digunakan untuk

mendengar bunyi Korotkoff.

Satuan pada pengukur tekanan biasanya adalah mmHg, tetapi mudah diubah

menjadi kPa [1 mmHg = 0,133 kPa]. Untuk orang yang berpengalaman menggunakan

teknik ini, ±0,3kPa (±2mmHg). Reproduksibilitas pengukuran tekanan diastolik tidak

sebaik itu ±0,7 kPa (±5 mmHg), Selain itu, keakuratan bergantung pada tingkat

kegemukan pasien dan faktor-faktor lainnya.

Tekanan di sistem sirkulasi bervariasi di seluruh tubuh. Bahkan di arteri-arteri

besar,tekanan bervariasi dari satu titik ke titik lain karena adanya gaya

gravitasi,memperlihatkan secara skematis pengukuran tekanan darah secara langsung

yang dilakukan pada orang yang sedang berdiri; manometer tabung kaca terbuka

diperlihatkan terhubung ke arteri di kaki, lengan ataş, dan kepala. Pada keadaan ini

19

darah naik ke ketinggian yang pada dasamya sama di ketiga manometer. Tekanan P

yang lebih besar di kaki disebabkan oleh gaya gravitasi (Pgh) yang dihasilkan oleh

kolom darah (dengan ketinggian h) arıtara jantung dan kaki yang ditambahkan ke

tekanan di jantung (p adalah densitas darah). Demikian juga, berkurangnya tekanan di

kepala diSebabkan letak kepala yang lebih tinggi daripada jantung. Karena air raksa

memiliki densitas kira-kira 13 kali dibandingkan dengan darah (ρ=13,6x 103 kg/m3,

ρdarah 1,04 x 103 kg/m3), suatu kolom air raksa akan memiliki fungsi sepertigabelas

dari pada tinggi kolom darah. Yaitu, apabila tekanan darah anda adalah 120/80

mmHg (yaitu 120 mmHg sistolik dan 80 mmHg diastolik), dalam milimeter darah

angkanya menjadi 1560/1040. Apabila tekanan rerata di jantung anda adalah 100

mmHg, darah di selang seperti yang tampak di Gambar 1.8a akan naik ke ketinggian

rata-rata 1300 mm atau 1,3 m di atas jantung anda.

Apabila gravitasi tiba-tiba naik menjadi tiga kali lipat (misalnya g = 30

m/dtk2), darah hanya akan naik sekitar 43 cm di atas jantung dan tidak akan mencapai

otak apabila kita berdiri. Situasi ini dapat dibuat secara artifisial dengan mempercepat

tubuh dengan percepatan a = 3 g ke arah kepala (Gambar 3.6). Hal ini juga dapat

terjadi pada sebuah pesawat terbang yang menanjak setelah menukik sehingga pilot

dapat mengalami blackout. Untuk mengurangi penimbunan darah ini dirancang baju

ketat khusus yang menekan tungkai.

20

3.5 Penerapan Prinsip Bernoulli pada Sistem Kardiovaskular

Anda Bernoulli walaupun anda tidak menganggap Bernoulli berjasa untuk ini.

Apabila suatu cairannya udara atau air, mengalir dengan cepat maka tekanan

berkurang di tepi cairan yang mengalir cepat tersebut. Sebagai contoh, aliran air yang

cepat di pancuran menyebabkan penurunan tekanan di sekitar gorden kamar mandi

sehingga gorden tersebut tertarik ke arah air. Demikİan juga, saat jendela di sebuah

mobil yang sedang berjalan diturunkan, berkurangnya tekanan menyebabkan udara

bergerak cepat keluar jen dela sehingga benda-benda terbang keluar jendela.

Prinsip Bernoulli didasarkan pada hukum konservasi (kekekalan) energi.

Tekanan dalam suatu cairan adalah bentuk suatu energi potensial, EP), karena

tekanan tersebut memiliki kemampuan untuk melakukan kerja. Dalam cairan yang

bergerak terdapat energi kinetik, EK, akibat adanya gerakan tersebut. Energi kinetik

ini dapat dinyatakan dalam besaran energi per satuan volume, misalnya joule per

meter kubik. Karena 1 jouİe (J) 1 Nm, maka 1 J/m3 1 (Nm)/m3 atau 1 N/m2 = 1 Pa,

satuan untuk tekanan pada sistem Sl. Apabila cairan mengalir melalui tabung tanpa

gesekan, seperti diperlihatkan di Gambar 1.10, kecepatan meningkat di bagian yang

menyempit dan peningkatan energi kinetik cairan diperoleh melalui penurunan energi

potensial dari tekanan di tabung. Sewaktu kecepatan kembali melambat di sisi kanan

penyempitan, energi kinetik diubah kembali menjadi energi potensial dan tekanan

kembali meningkat, seperti ditunjukkan oleh manometer.

21

Kita dapat menghitung energi kinetik rata-rata per satuan volume 10-3 kg (104

m3 = 1 ml) darah sewaktu darah meninggalkan jantung. Karena kecepatan rata-rata

adalah sekitar 0,3 m/dtk, energi kinetik dari massa darah ini adalah:

EK (1/2)mv2 (1/2) x (10-3) x (0,3)2 = 4,5 x 10-5 J. (8.3)

Karena volume yang terlibat adalah 10-6 m3, hal ini dapat dianggap sebagai

suatu energi per satuan volume 45 J/m3 dari darah yang meninggalkan jantung.

Berdasarkan alasan di paragraf sebelumnya, densitas energi ini ekivalen dengan

tekanan 45 Pa atau sekitar 0,4 mmHg. Namun, saat olahraga berat, kecepatan darah

yang dipompa oleh jantung dapat mencapai lima kali lipat dibandingkan

kecepatannya saat istirahat, dan saat puncak denyut jantung faktor energi kinetik

dapat memiliki ekivalen tekanan sebesar 10 kPa (75 mmHg) dan mungkin

mencerminkan 30% dari total kerja jantung.

Gambar 3.7. Kecepatan cairan

22

Sewaktu kecepatan cairan meningkat di bagian sempit tabung, sebagian dari

energi potensial (tekanan) diubah menjadi energi kinetic sehingga di bagian ini

tekanan menurun, P2. P2 lebih kecil dari pada P1. P3.

3.6 Seberapa Cepat Darah Anda Mengalir ?

Sewaktu darah menjauh dari jantung, arteri-arteri membentuk cabang

berulang kali untük menyalurkan darah ke berbagai jaringan. Pembuluh paling kecil

adalah kapiler. Jumlahnya jutaan, saking banyaknya pembuluh yang mengangkut

darah ini maka luas potongan melintang totalnya sebanding dengan luas tabung yang

diameternya 0,3 m. Luas potongan melintang total pembuluh darah pada sistem

sirkulasi diperlihatkan secara skematis di Gambar 3.

Sewaktu darah mengalir dari aorta ke dalam arteri-arteri yang lebih kecil dan

arteriol dengan luas potongan melintang yang lebih besar kecepatan aliran darah

berkurang seperti kecepatan aliran sungai yang melambat di bagan yang melebar.

Gambar 3.7 juga secara skematis memperlihatkan kecepatan aliran darah di berbagai

bagian sistem sirkulasi. Perhatikan bahwa kecepatan aliran darah berbanding terbalik

dengan luas potongan melintang pembuluh yang mengangkut darah, Kecepatan rata-

rata di aorta adalah sekitar 0,3 m/dtk; di kapiler, kecepatannya hanya sekitar 10 -3

m/dtk (1 mm/dtk). Di kapilerlah terjadi pertukaran O2 dan CO2, dan kecepatan yang

rendah ini memungkinkan gas-gas tersebut berdifusi.

23

Gambar 3.8. Kurva luas penampang sistem sirkulasi

Kurva terputus-putus memperlihatkan perubahan luas penampang sistem

sirkulasi secara skematis. Kecepatan aliran darah (garis tebal) berkurang seiring

dengan peningkatan luas penampang. Luas penampang total diperoleh dengan

menambahkan luas seluruh pembuluh darah yang terdapat di jarak tertentu dari

jantung. perhatikan bahwa vena kava yang mengembalikan darah ke jantung memiliki

luas penampang yang jauh lebih besar daripada aorta.

Anda jelas mengetahui adanya suatu sifat cairan yang disebut viskositas

("kekentalan”,ŋ). Sirup yang anda tuangkan ke kue mengalir dengan kecepatan yang

berbeda dibandingkan dengan krim yang anda berikan ke kopi atau air yang anda

tuangkan ke gelas. Kelicinan atau kemudahan suatu cairan dituangkan merupakan

petunjuk dari viskositasnya. Satuan SI unfuk viskositas adalah pascal-detik (Pa∙dtk).

Viskositas air adalah sekitar 10-3 Pa∙dtk pada 20oC. Viskositas sirup yang kental

mungkin mencapai 100 Pa∙dtk. Viskositas darah biasanya adalah 3 sampai 4 x 10-3

Pa∙dtk, tetapi bergantung pada persentase eritrosit di dalam darah (dikenal sebagai

24

hematokrit). dengan meningkatnya hematokrit, viskositas juga meningkat (Gambar.

3.9. Orang yang mengidap polisitemia vera, yaitu pembentukan eritrosit secara

berlebihan memiliki nilai hematokrit yang tinggi dan sering mengalami masalah

sirkulasi. Viskositas darah juga bergantung pada suhu. Sewaktu darah mendingin,

viskositas meningkat dan hal ini semakin menurunkan pasokan darah ke tangan dan

kaki yang dingin. Perubahan dari 37oC menjadi 0oC meningkatkan viskositas darah

sebanyak 2,5 kali lipat. Perokok umumnya memiliki hematokrit yang lebih tinggi

daripada bukan perokok. Hal ini mungkin disebabkan oleh kenyataan bahwa perokok

menghirup 250 ml karbon monoksida (CO) dari setiap bungkus rokok. CO

mcngurangi kemampuan eritrosit mengangkut 02 dan tubuh mengompensasikannya

dengan menghasilkan lebih banyak eritrosit. Semakin besar hematokrit, semakin

tinggi viskositas, yang meningkatkan insidensi penyakit kardiovaskular misalnya

stroke dan serangan jantung.

Gambar 3.9. resentasi sel darah

25

Seiring dengan meningkatnya presentasi sel darah, viskositas juga meningkat

sehingga aliran darah melambat.

Selain faktor lain mempengaruhi aliran darah di pembuluh darah: perbedaan

tekanan dari ujung ke ujung yang lain, panjang pembuluh, dan jari-jarinya. Untuk

memahami hukum-hukum yang mengendalikan aliran darah di sistem sirkulasi,

Porseuille pada abad ke-19 mempelajari aliran darah di dalam tabung-tabung dengan

berbagai ukuran. Hasil dari eksperimennya diringkaskan di Gambar 3.10. Hukum

Poiseuille menyatakan bahwa aliran melalui suatu tabung bergantung pada perbedaan

tekanan antara satu ujung ke ujungyang lain (PA-PB), panjang L tabung, dan jari-jari R

tabung, serta viskositas cairan. Apabila perbedaan tekanan dilipat-duakan, maka

kecepatan aliran juga meningkat dua kali. Aliran berbanding terbalik dengan panjang

dan viskositas; apabila salah satunya dinaikkan dua kali, kecepatan aliran akan

berkurang menjadi separuhnya. Penemuan Poiseuille yang paling mengejutkan

adalah bagaimana kecepatan aliran bergantung pada jari-jari tabung. Seperti yang

diperkirakannya, kecepatan aliran meningkat seiring dengan meningkatnya jari-jari

tabung; apa yang mengejutkan adalah bahwa betapa besarnya peningkatan kecepatan

aliran hanya dengan sedikit penambahan jari-jari. Sebagai contoh' apabila jari-jari

dilipat-duakan, kecepatan aliran meningkat 24 atau 16 kali lipat. Apabila semua

variabel ini digabungkan dengan Suatu konstanta agar satuan-satuan tersebut dapat

digunakan secara benari kita akan memperoleh hukum Poiseuille:

Kecepatan aliran = (PA - PB) (π/8) (1/ŋ) (R4/L) (8.4)

26

Dalam satuan SI, kecepatan aliran akan diperoleh dalam m3/dtk apa bila PA-PB

dalam satuan N/m3, ŋ dalam Pa∙dtk, serta R dan L dalam m.

Kecepatan aliran melalui sebuah tabung ergantung pada perbedaan tekanan

antara satu ujung ke ujung lain, panjang tabung, viskositas cairan, dan Jari-jari. Jari-

jari memberikan pengàruh paling besar pada kecepatan aliran.

Hukum Poiseuille berlaku untuk tabung kaku dengan jari-jari tetap. Karena

arteri-arteri besar memiliki dinding elastis dan sedikit mengembang pada setiap

denyut jantung, aliran darah di sistem sirkulasi tidak mengikuti hukum tersebut secara

persis. Selain itu, viskositas darah sedikit berubah dengan kecepatan aliran; namun,

efek ini dapat diabaikan.

3.8 Fisika Beberapa Penyakit Kardiovaskular

Penyakit jantung adalah penyebab nomor satu kematian di Amerika Serikat.

Karena sistem kardiovaskular memiliki banyak aspek fisik, penyakit jantung sering

memiliki komponen fisik. Banyak dari penyakit ini, misalnya, yang meningkatkan

beban kerja jantung atau mengurangi kemampuannya bekerja pada kecepatan normal.

Penyakit jantung yang sering menyebabkan kematian adalah serangan

jantung. Serangan jantung disebabkan oleh sumbatan satu atau le bih arteri koroner ke

ototjantung. Bagian otot jantung yang tidak menda pat pasokan darah akan mati

(infark). Penyumbatan ini tidak selalu segera memengaruhi sinyal listrik yang

27

mengendalikan denyut jantung sehingga orang yang baru mengalami serangan

jantung masih mungkin memperlihatkan hasil pemeriksaan elektrokardiogram (EKG)

yang normal.

Penyakit jantung yang umum lainnya adalah gagal jantung kongestif. Penyebab

penyakit ini belum sepenuhnya dipahami dibandingkan dengan penyebab serangan

jantung. Penyakit ini ditandai oleh pemdan berkurangnya kemampuan jantung

menghasilkan sirkulasi yang memadai.

Terapi medis untuk gagal jantung kongestif adalah menurunkan beban kerja

jantung. Pendekatan yang drastis adalah mengganti jantung secara bedah.

Transplantasi jantung sudah banyak yang berhasil. Jumlah transplantasijantungpada

tahun 1998 adalah sekitar 2300. Pada akhir tahun tersebut, hampir 90% masih hidup.

Biasanya, setiap detiknya sekitar 3700 pasien sedang menunggu untuk mendapatkan

jan tung yang cocok dari kadaver.

Pasien dengan penyakit yang sinyal listrik jantungnya kurang mampu memicu

kerja jantung sangat terbantu oleh teknologi modern. Mereka mendapat alat pacu

jantung (pacemaker) buatan untuk mengendalikan denyut jantung mereka.

28

Gambar 3.10. (a) Dua dari penyakit katup buatan yang digunakn secara rutin. Katup

ini dijahit ke jantung agar darah hanya biar bisa mengalir keatas. (b) foto sinar-X

seorang pasien yang memperlihatkan 3 katup jantung buatan.

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari pembahasan diatas dapat disimpulkan bahwa ilmu fisika merupakan

dasar dari berbagai kejadian-kejadian dalam kehidupan sehari-hari. Sekarang zaman

semakin modern banyak bidang ilmu baru yang semakin berkembang, ilmu kesehatan

adalah salah satu bidang ilmu yang sedang berkembang pesat, penemuan-penemuan

baru yang menjadi proyek besar bagi ilmuan yang bergerak di bidang tersebut,

sehingga semakin maju. Bidang ilmu kesehatan memiliki hubungan yang sangat erat

dengan ilmu fisika disebut fisika kesehatan. Misalkan saja sistem kardiovaskular

29

sangat erat kaitannya dengan Prinsip Bernoulli, Hukum Poiseuille, fluida, tekanan

dan lain sebagainya.

4.2 Saran

Diharapkan kepada pembaca agar dapat meneliti lebih lanjut mengenai

aplikasi yang menggunakan ilmu fisika dalam kehidupan sehari-hari.

DAFTAR PUSTAKA

Dietzel, fritz.1980.turbin, pompa dan kompresor.erlangga.jakarta

Giancoli, douglas c. 1996.FISIKA edisi keempat. Erlangga. Jakarta

Halliday, Resnick, dkk. 2002.Dasar-Dasar Fisika Versi Diperluas jilid 1. Binarupa

Aksara. Tangerang

Ishaq, Muhammad. 2006. Fisika Dasar edisi 2.Graha Ilmu. Yogyakarta

Jewet, Serway. 2009. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Salemba Teknika. Jakarta

Wylie, E. Benjamin.1996.mekanika fluida. Erlangga. Jakarta

https://alifis.wordpress.com/2009/10/02/seri-fisika-kesehatan_jantung-pembuluh/

https://books.google.co.id/books?id=GjFTyrk_61wC&dq=fisika+tubuh+manusia

30

https://books.google.co.id/books?

id=x9OOphMNmxwC&pg=PR16&dq=fisika+kardiovaskuler

31