Satuan SI untuk energi adalah Newton-meter (Nm) uatau joule (J); daya dinyatakan dalam joule per detik (J/dtk) atau watt (W)

BAB I

PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang

Energi makanan digunakan untuk aktivitas di dalam tubuh dan aktivitas luar. Aktivitas di dalam tubuh misalnya kerja jantung memompa darah ke seluruh tubuh, kerja paru-paru untuk bernapas, kerja ginjal, pencernaan makanan dan proses metabolisme dalam sel. Yang dimaksud dengan aktivitas luar ialah berjalan, berlari, menulis, berolah raga dan lain-lain. Energi ini dihasilkan dari makanan sumber energi melalui proses metabolisme dalam sel. Besar kecilnya energi yang dihasilkan, disesuaikan dengan kebutuhan energi pada waktu itu. Apabila seseorang pada suatu waktu bekerja berat, misalnya berlari cepat, mencangkul, menebang pohon dengan kapak, maka proses metabolismenya akan menghasilkan energi yang dibutuhkan. Paru-paru dan jantung akan bekerja lebih keras pula. Sebaliknya, seseorang yang sedang dalam keadaan berbaring istirahat, tidak tidur, alam suasana atau lingkungan yang nyaman, pada waktu 12 jam setelah makan, maka energi yang dihasilkan hanya digunakan untuk keperluan berlangsungnya aktivitas di dalam tubuh saja, misalnya untuk kerja jantung, paru-paru dan untuk menjaga keseimbangan fisiologis di dalam tubuh (Poedjiadi,2007:376).1.2 Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah:

Untuk mengetahui satuan-satuan energi

Untuk mengetahui proses perubahan energi dalam tubuh

Untuk mengetahui contoh kasus perubahan energi dalam tubuh.1.3 Rumusan Masalah

Apasajakah satuan-satuan energi?

Bagaimana proses perubahan energi di tubuh?

Bagaimanakah contoh kasus perubahan energi dalam tubuh?

1.4 Batasan Masalah

Makalah ini membahas tentang satuan-satuan energi, proses perubahan energi dalam tubuh, dan contoh kasusnya dalam kehidupan sehari-hari.

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Satuan Energi

Unit fisika yang paling banyak diterima untuk energi adalah joule (N/m); daya diberikan dalam joule per detik atau watt. Unit energi dalam sistem cgs adalah erg, dan bahwa dalam bahasa Inggris sistem adalah pound kaki(Cameron, 2006:89).Satuan SI untuk energi adalah Newton-meter (Nm) atau joule (J); daya dinyatakan dalam joule per detik (J/dtk) atau watt (W). karena ahli fisiologi dan ahli gizi menggunakan kilokalori (kkal) untuk energi makanan dan kkal/mnt untuk kecepatan produksi panas. Kalori adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu satu gram air 1 derajat Celcius. Jadi, satu kilokalori adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg air 1 derajat Celcius (Spallholz,1999:202).. Perlu dicatat bahwa kkal sama dengan Kalori makanan yang Anda baca di kemasan produk makanan dan artikel tentang gizi. Oleh karena itu asupan makanan sebesar 2400 Kalori/hari sama dengan 2400 kkal/hari. Karena 1 kal= 4184 J, maka 2400 kkal/hari ~ 1 x 10J/hari. Terdapat 86.400 dtk/hari sehingga daya rerata P~115W. Satuan kebutuhan energi utk tubuh adalah met. 1 met adalah 50 Kkal/m2 luas permukaan tubuh per jam (Anonim,2011). Hubungan antara beberapa satuan di atas diringkas sebagai berikut:

1 kkal = 4184 J (= 1 Kalori)

1 J = 10erg = 0,737 Ft-lb

1 kkal/mnt = 69.7 W = 0,094 hp100 W = 1.43 kkal/mnt

1 hp = 642 kkal/jam = 746 W = 550 ft-lb/sec

1 met = 50 kkal/mjam=58 W/ m

1 kkal/jam = 1.162 W (Cameron, 2006:89).International Organization for Standadization (IOS) menyarankan penggunaan Joule (J) sebagai unit yang dikehendaki untuk perhitungan energi dalam seluruh cabang ilmu. Dengan demikian 1 kalori = 4,184 Joule (Poedjadi,2007:370).2.2 Perubahan Energi di Tubuh.Lavoisier adalah orang pertama yang menyatakan (pada tahun 1784) bahwa makanan mengalami oksidasi setelah dikonsumsi. Ia mendasarkan argumentasinya pada pengukuran terhadap hewan percobaan yang memperlihatkan bahwa konsumsi oksigen meningkat selama proses pencernaan. Ia menjelaskan efek ini sebagai kerja pencernaan. Sekarang kita mengetahui bahwa penjelasan ini kurang tepat; penjelasan yang tepat adalah bahwa oksidasi terjadi di sel-sel tubuh.

Pada proses oksidasi melalui pembakaran (kombustio), terjadi pempebasan panas. Pada proses oksidasi didalam tubuh, sebagai energy metabolism. Kecepatan pembentukan energi disebut laju metabolisme (metabolic rate).

Marilah kita melihat oksidasi glukosa-- suatu bentuk umum dari gula yang digunakan untuk pemberian makan intervena, dan sumber utama bagi otak. Persamaan oksidasi glukosa dalam 1 mol adalah

..2.21Yaitu 1 mol glukosa (0,18 kg) berikatan dengan 6 mol O(0,192 kg) menghasilkan 6 mol HO (0,108 kg) dan CO(0,264 kg), serta membebaskan energi panas 2,87 x 10 J dalam reaksi ini. Dengan menggunakan informasi ini, kita dapat menghitung sejumlah kuantitas yang bermanfaat untuk metabolisme glukosa (satu mol adalah jumlah zat yang mengandung atom atau molekul ion, atau unit elementer lain yang sama banyaknya dengan atom pada 0.012 kilogram karbon 12. ingatlah bahwa 1 mol gas pada suhu dan tekanan normal memiliki volume V=22,4 x 10m=22,4 liter). Energi yang dibebaskan untuk setiap kg glukosa =

2.87 x 10/(0,180) ~16 MJ/kg (dengan M=mega=10 atau satu juta) Energi yang dibebaskan untuk setiap mOyang digunakan =2,87 x 10/(6 x 22,4 x 10) = 21 MJ/m

Volume Oyang digunakan per kg glukosa =

6 x 22,4 x 10/(0,180)=0,75 m/kg

Volume COyang dihasilkan per kg glukosa=

6 x 22,4 x 10/(0,180)=0,75 m/kg

Perhitungan serupa dapat dilakukan untuk lemak, protein, dan karbohidrat lain. Nilai-nilai kalori standar untuk berbagai jenis makanan ini dan bahan bakar umum lainnya tercantum dalam tabel 2.21. Tabel 2.21 juga mencantumkan energi yang dibebaskan per liter oksigen yang dikonsumsi untuk berbagai jenis makanan. Dengan mengukur oksigen yang dikonsumsi oleh tubuh, kita dapat memperoleh perkiraan energi yang dihasilkan.Perhatikan bahwa massa total di kedua sisi persamaan 2.21 adalah sama (0,372kg). namun, karena terjadi pembebasan panas 2,87 MJ, maka massa total di sisi kanan sedikit lebih kecil dibandingkan jumlah sesuai dengan persamaan Einstein untuk hubungan massa dan energi,

..2.22(Bandingkan dengan 0,372)

Pada table 2.21, nilai-nilai yang dituliskan untuk makanan adalah nilai maksimum yang dapat diharapkan. Tidak semua energi ini tersedia bagi tubuh karena sebagian hilang melalui pembakaran yang tidak sempurna. Produk-produk yang tidak terbakar dikeluarkan dalam bentuk fases, urin, dan flatus (gas usus). Apa yang tersisa adalah energi yang dapat dimetabolisasi. Tubuh biasanya cukup efesien dalam mengekstrasi energi dari makanan. Sebagai contoh, energi yang tersisa di feses normal hanyalah 5% dari energi total yang terkandung dalam makanan yang masuk. Karena tubuh memiliki suhu konstan, maka energi dalam makanan plus lemak tubuh membentuk energi yang dapat digunakan oleh tubuh.Makanan atau bahan bakarEnergi yang dibebaskan persatuan volume O yang dikonsumsi (J/m)Energi yang dibebaskan perkilogram yang dikonsumsi (J/kg)Energi yang dibebaskan per gram (kkal/g)

Glukosa21,0 x 10

1,6 x 10

3.8

Karbohidrat22,2 x 10

1,72 x 10

4.1

Protein18,0 x 10

1,72 x 10

4.1

Lemak19,7 x 10

3,89 x 10

9,3

Makanan sehari-hari20,1-20,9 x 10

--

Bensin-4,77 x 10

11,4

Batubara-3,35 x 10

8,0

Kayu/pinus-1,88 x 10

4,5

Tabel 2.21: Hubungan energi standar pada beberapa makanan dan bahan bakar.

( Cameron, 1991:19)

Saat dalam keadaan istirahat total, orang normal akan mengkonsumsi energi dengan kecepatan sekitar 92 kkal/jam, atau sekitar 100W. tingkat konsumsi energi ini, yang disebut laju metabolisme basal (basal metabolic rate, BMR), adalah jumlah energi yang diperlukan untuk melakukan fungsi tubuh minimal (misalnya bernafas dan memompa darah ke arteri) dalam keadaan istirahat. Secara klinis, BMR seseorang dibandingkan dengan nilai normal untuk orang dengan jenis kelamin, usia, tinggi, dan berat yang sama. BMR bergantung pada fungsi tiroid. Seseorang yang aktivitas tiroidnya berlebihan (hipertiroid) memiliki BMR yang lebih tinggi dari pada orang dengan fungsi tiroid yang normal.

Grafik 2.21: Hubungan antara laju metabolisme basal (BMR) dan massa tubuh untuk beberapa hewan (Cameron,1991:20)

Karena energi yang digunakan untuk metabolisme basal berubah menjadi panas terutama dikeluarkan melalui kulit, maka dapat diperkirakan bahwa laju metabolisme basal berkaitan dengan luas permukaan atau massa tubuh. Gambar 2.21 adalah plot BMR (yang dinyatakan dalam kkal/hari) untuk berbagai hewan yang beratnya berbeda-beda. Kecuraman garis menunjukkan bahwa BMR proporsional dengan (massa). Oleh karena itu, ketika hewan semakin membesar, BMR mereka meningkat lebih cepat daripada peningkatan luas permukaan, yang proporsional dengan (massa), tetapi tidak secepat volumenya (massa). Laju metabolisme terutama bergantung pada suhu tubuh. Proses-proses kimiawi sangat bergantung pada suhu-perubahan kecil pada suhu dapat menimbulkan perubahan besar dalam kecepatan reaksi kimia. Apabila suhu tubuh berubah 1C, terjadi perubahan laju metabolisme sekitar 10%. Sebagai contoh, apabila pasien memiliki suhu 40C, atau 3C di atas normal, laju metabolismenya adalah sekitar 30% lebih besar daripada normal. Demikian juga, apabila suhu tubuh turun 3C dibawah normal, laju metabolisme (dan konsumsi oksigen) akan menurun sekitar 30%. Kita dapat melihat mengapa hibernasi pada suhu tubuh yang rendah menguntungkan bagi hewan dan mengapa suhu pasien kadang-kadang diturunkan selama pembedahan jantung untuk mengurangi konsumsi oksigen.Jelaslah, agar beratnya konstan, seseorang harus mengkonsumsi makanan yang hanya cukup untuk untuk menghasilkan metabolisme basal plus aktivitas fisik. Makan makanan terlalu sedikit menyebabkan penurunan berat; apabila berlanjut dalam jangka panjang, makan terlalu sedikit menyebabkan kelaparan. Makan makanan yang melebihi kebutuhan energi tubuh akan menyebabkan peningkatan lemak tubuh (berat).

Dahulu, BMR ditentukan berdasarkan konsumsi oksigen saat istirahat. Kita juga dapat memperkirakan energi makanan yang digunakan dalam berbagai aktifitas fisik dengan mengukur konsumsi oksigen. Table 2.23 menyajikan nilai standar untuk berbagai aktivitas. Disini, laju konsumsi energi diberikan dalam J/(mdtk) sehingga dapat diperkirakan nilai untuk orang dengan berbagai ukuran tubuh. Untuk mengetahui luas permukaan tubuh kita dalam m, gunakan hubungan empiris A=0,202 MH, 2.23dengan H adalah tinggi badan dalam meter dan M adalah massa dalam kilogram (ref Ruch dan Patton).AktivitasKonsumsi O x 10(m/dtk)Produksi panas ekivalenKonsumsi Energi

J/ mdtk

Kkal/mntJ/dtk

Tidur4,01,28347,7

Istirahar duduk5,71,712066,8

Berdiri santai6,01,812572,6

Naik mobil6,72,014078,5

Duduk saat kuliah (terjaga)10,03,0210119,1

Berjalan lambat (5km/jam)12,73,8265151,1

Bersepeda 15 km/jam19,05,7400226,6

Main tennis21,06,3440250

Berenang gaya dada (1,6 km/jam)22.76.8475265,0

Main seluncur es 15 km/jam26,07,8545310,0

Naik tangga 116 langkah/menit32,79,8685390,0

Naik sepeda 21 km/jam33.310,0700395,0

Main basket38,011,4800450,0

Harvard step test53,716,11120640,0

Tabel 2.23: Konsumsi oksigen dan daya yang dibutuhkan untuk aktivitas sehari-hari (Cameron, 1991:21).Konsumsi oksigen untuk berbagai organ telah di ukur, dan nilainya disajikan dalam tabel 2.24. perhatikan bahwa sebagian organ menggunakan daya yang cukup besar dan bahwa ginjal menggunakan lebih banyak menggunakan daya per kilogram daripada jantung (Cameron, 1991:17-21)OrganMassa (kg)Laju konsumsi rerata Ooleh eksperimen (ml/mnt)Daya yang digunakan (kkal/mnt)Daya per kg (kkal/mnt/kg)Kontribusi sebagai % BMR

Hati dan Limpa-670,33-27

Otak1,4470,230,1619

Otot Rangka28450,227,7 x 10

18

Ginjal0,3260,130,4210

Jantung0,32170,080,267

Sisanya-480,23-19

2501,22100

Tabel 2.24: Penggunaan oksigen dan kontribusi laju metabolik oleh organ-organ utama pada seoarang pria sehat 65 kg saat istirahat (Cameron, 1991:21).Energi makanan hanya sebagian ditranformasikan menjadi energi lagi, seperti energi kimia, energi mekanik. Sebagian lagi diubah menjadi energi panas. Dengan demikian dapat dipahami bahwa selama melakukan kerja otot suhu tubuh akan naik. Besarnya energi yang dihasilkan oleh sejumlah makanan tertentu dapat diukur dengan kalorimeter bom (bomb calorimeter )yang dalam perhitungannya menggunakan satuan kalori (1 Kalori adalah energi panas yang digunakan untuk menaikkan suhu 1 kilogram air sebesar satu derajat celcius). Bagian-bagian kalorimeter dapat dilihat dalam gambar.

Gambar 2.21: Kalorimeter bom (Lehninger:1982:86)

Jumlah energi yang dihasilkan oleh sejumlah tertentu sample makanan yang dibakar dalam suasana oksigen, dapat diukur. Pembakaran dilakukan dengan bunga api listrik.

Tiap jenis makanan mempunyai tingkata kalori tertentu, artinya apabila sejumlah makanan tertentu mengalami metabolisme, akan menghasilkan sejumlah kalori tertentu, yang terkandung dari kandungan protein, lemak dan karbohidratnya.

Jumlah panas yang dihasilkan oleh 1 gram protein, lemak dan karbohidrat murni dalam kalorimeter bom adalah seperti di bawah ini.

1 gram protein5,65 kalori1 gram lemak9,45 kalori

1 gram karbohidrat4,10 kalori

Didalam tubuh, beberapa makanan tidak dapat diabsorbsi secara sempurna. Biasanya karbohidrat, lemak dan protein di absorbsi 98%, 95%, dan 92%. Jumlah kalori yang dihasilkan oleh karbohidrat dan lemak dalam tubuh kurang lebih sama dengan jumlah yang dihasilkan melalui kalorimeter, karena karbohidrat dan lemak dioksidasi sempurna hingga CO dan HO. dalam hal protein dan gugus amino dari asam amino tidak dioksidasi seperti dalam kalorimeter, tetapi diekresi dalam urine terutama sebagai urea, keratin, asam urat dan lain-lain.Nilai kalori atau energi 5,9 dan 4 per gram protein lemak dan karbohidrat seperti dinyatakan di muka, merupakan angka pembulatan yang digunakan untuk kebutuhan praktis guna menentukan nilai kalori makanan, seperti tertera dalam tabel.Perhitungan nilai makanan dilakukan sebagai berikut: misalnya satu sendok makan minyak mempunyai nilai kalori (14 x 9) kalori= 126 kalori. Untuk makanan yang terdiri atas lebih dari satu macam energi seperti telur yang beratnya 50 gram mengandung 13% protein (26 kalori), 12% lemak (54 kalori) dan 10% karbohidrat (20 kalori). Sehingga jumlahnya 100 kalori.Jumlah panas yang dihasilkan oleh tubuh dapat ditentukan melalui cara langsung ataupun tidak langsung.

Kalorimetri langsung.Cara ini menggunakan prinsip pengukuran dengan calorimeter bom. Cara ini sanagat mahal karena arus menggunakan calorimeter yang khusus dan cukup besar.

Kalorimeter tidak langsung. Disini kecepatan metabolisme diukur dengan menggunakan konsumsi oksigen atau produksi CO menggunakan spirometer untuk waktu tertentu. Hasil pengukuran jumlah oksigen yang diperlukan atau jumlah COyang dikeluarkan, kemudian diubah dalam jumlah panas yang dihasilkan untuk tiap mluas permukaan tubuh per jam. Jumlah ini sama dengan kebutuhan kalori yang diperlukan untuk kegiatan tersebut.

Gambar 2.22: seorang wanita menyetrika dengan memakai spirometer untuk mengukur kebutuhan kalori yang diperlukan (Poedjiadi,2007:372).

Para ahli FAO mengemukakan rumus yang sederhana untuk menghitung jumlah kalori yang diperlukan seseorang untuk menghitung jumlah kalori yang diperlukan seseorang pada keadaan basal, yaitu:E = a x B.2.24E = Energi yang diperlukan (kalori)

A = Tetapan yang besarnya dari umur dan jenis kelamin. Untuk orang dewasa muda umur 25 tahun pria,harga a adalah 152, untuk wanita 123,4.

B = Berat badan (kg) (Poedjiadi,2007:368-373). SimakBaca secara fonetikTabel 2.25: Jumlah energi harian yang disarankan (Lehninger,1982:84).2.3 Contoh Kasus1. Misalkan Anda ingin menurunkan berat badan sebesar 4,5 kg (10 lb) baik melalui aktivitas fisik atau diet. (a) berapa jam Anda harus melakukan suatu aktivitas sebesar 10J/dtk (1kW). (b) Apabila diet normal Anda 2400 kkal/hari, berapa lama Anda harus makan jumlah separuhnya (1200 kkal/hari) untuk menghilangkan 4,5 kg lemak? Solusi:

(a) ; 9,3 kkal/g =38911,2 J/g

T=

T= 175100,4 dtk= 48,64 jam(b) T===34,9 hari.2. Untuk suatu hewan hipotesis yang BMR nya 10kkal/hari, apabila makanan hewan tersebut bernilai 5kkal/g, perkirakan massa makanan yang diperlukan hewan tersebut setiap hari.

Solusi:

BMR= massa makanan x 5 kkal/g Massa makanan =

3. (a) Berapa energi yang diperlukan untuk berjalan sejauh 50 km dengan kecepatan 5km/jam (b) Apabila energi eekivalen dengan makanan Anda adalah 2,1 x10J/kg, hitunglah jumlah makanan yang diperlukan untuk berjalan kaki tersebut.

Solusi:

(a)Konsumsi energi untuk berjalan dengan kecepatan 5 km/jam adalah 265 J/detik, jarak yang ditempuh adalah 50 km. berarti membutuhkan waktu 10 jam. Jadi konsumsi energi dalam waktu 10 jam adalah 265 J/detik x 3600 x 10 =9,54 x 10J.(b) massa makanan minimal=

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari uraian sebelumnya maka dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut: Satuan yang sering digunakan untuk energi adalah Joule (SI) atau kalori, dengan 1 kalori =4,184 Joule. Reaksi pembakaran yang terjadi di tubuh adalah

Saat dalam keadaan istirahat total, orang normal akan mengkonsumsi energi dengan kecepatan sekitar 92 kkal/jam, atau sekitar 100W. tingkat konsumsi energi ini, yang disebut laju metabolisme basal (basal metabolic rate, BMR), adalah jumlah energi yang diperlukan untuk melakukan fungsi tubuh minimal3.2 SaranDiharapkan kepada pembaca pada umumnya untuk dapat mengetahui proses perubahan energi yang terjadi di dalam tubuh,

PAGE 12

_1361722703.unknown

_1361796847.unknown

_1361797637.unknown

_1361798001.unknown

_1361798701.unknown

_1361799307.unknown

_1361799493.unknown

_1361798885.unknown

_1361798074.unknown

_1361797830.unknown

_1361797381.unknown

_1361797494.unknown

_1361797413.unknown

_1361797437.unknown

_1361722871.unknown

_1361791038.unknown

_1361791714.unknown

_1361792587.unknown

_1361724826.unknown

_1361725788.unknown

_1361726113.unknown

_1361725776.unknown

_1361724893.unknown

_1361724865.unknown

_1361724792.unknown

_1361722849.unknown

_1361722806.unknown

_1361556225.unknown

_1361591293.unknown

_1361592076.unknown

_1361705952.unknown

_1361707666.unknown

_1361708025.unknown

_1361707471.unknown

_1361705928.unknown

_1361591411.unknown

_1361592054.unknown

_1361591931.unknown

_1361592005.unknown

_1361591317.unknown

_1361591053.unknown

_1361591215.unknown

_1361590913.unknown

_1361553510.unknown

_1361553603.unknown

_1361556204.unknown

_1361553550.unknown

_1361552839.unknown

_1361553409.unknown

_1361552838.unknown