BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar BelakangSetiap hari kita berinteraksi dengan berbagai bentuk dan jenis benda. Secara

umum benda-benda dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis yaitu padat cair dan gas. Pada zaman dahulu ilmuwan membagi jenis benda menjadi empat yaiti tanah, udara, air, dan api. Berdasarkan sifatnya bahan pembentuk benda dibagi menjadi dua yaitu zat padat dan fluida ( zat alir ). Zat padat cenderung tetap bentuknya dan tetap ditempatnya, sedangkan fluida cenderung berubah-ubah bentuknya sesuai sesuai wadahnya serta fluida mengalir.

Fluida atau zat alir meliputi zat cair dan gas. Zat cair meliputi air, darah, asam sulfat,air laut dan sebagainya.zat gas meliputi udara, oksigen, nitrogen karbon dioksida, dan sebagainya.

Hukum-hukum yang berlaku pada air berlaku pula pada zat cair lainnya . walaupun zat cair dan gas tergilong fluida namun terdapat perbedaan pada kedua zat alir tersebut.

Perbedaan Zat Cair dan Gas

ZAT CAIR ZAT GAS- Molekul-molekul terikat secara

longgar namun tetap berdekatan- Tekanan yang terjadi oleh karena

ada gaya gravitasi bumi yang bekerja terhadapnya

- Tekanan terjadi secara tegak lurus pada bidang

- Molekul bergerak bebas dan saling bertumbukkan

- Tekanan gas bersumber pada perubahan momentum yang disebabkan tumbukkan molekul gas pada dimding

- Tekanan terjadi tidak tegak lurus pada bidang

B. Rumusan Masalah1. Apa yang dimaksud Fluida?2. Apa saja cabang-cabang dalam Fluida?3. Bagaimana penerapan fluida dalam tubuh manusia?

C. Tujuan1. Agar pembaca mengetahui pengertian fluida2. Agar pembaca mengetahui cabang-cabang dalam fluida3. Agar pembaca mengetahui penerapan fluida dalam tubuh manusia

1

BAB II

PEMBAHASAN

A. HIDRODINAMIKA

Hidrodinamika pertama dikenalkan oleh Daniel Bernoulli pada tahun 1700-1783 untuk mengenalkan dua macam ilmu hidrostatik dan hidrolik. Kata “hidrodinamika” mempunyai pengertian bahwa suatu ilmu yang mempelajari tentang fenomena yang terjadi pada fluida dimana fluida diasumsikan incompressible dan inviscid (zero viscosity).

Hidrodinamika adalah ilmu yang mempelajari fluida yang mengalir. Fluida adalah zat yang dapat mengalir, yang terdiri dari zat cair dan gas. Zat cair yang mengalir meliputi tekanan, kecepatan aliran dan lapisan-lapisan zat cair yang melakukan gesekan. Zat cair misalnya air, darah, Asam sulfat (H2SO4), dsb. Alat utnuk mengukur kecepatan aliran zat cair disebut Venturimeter. Zat gas misalnya O2, CO2, Nitrogen dsb Bernoulli telah berhasil merumuskan  rumus dengan persyaratan-persyaratan atau pendekatan khusus yaitu:

1. Zat cair tanpa adanya geseran dalam  (cairan tidak viskos).2. Zat cair mengalir secara stasioner (tidak berubah) dalam hal kecepatan, arah maupun

besarnya (selalu Konstan).3. Zat cair mengalir secara steady yaitu mengalir melalui lintasan tertentu.4. Zat cair tidak termampatkan (incompresible) melalui sebuah pembuluh dan mengalir

sejumlah cairan yang sama besarnya (continuitas)

Satuan yang sering digunakan didalam analisa hidrodinamika adalah panjang, massa, waktu, temperature, kecepatan, percepatan, gaya, tekanan dan energi. Dalam perhitungan matematisnya satuan tersebut dalam besaran dan arah, sebagai contoh dalam sistem dinamika maka suatu penurunan dapat diartikan mempunyai panjang, massa dan waktu, dan berubah unit satuannya dari foot, pound, detik ke mile, ton dan jam.

Ket:A1, A2 = penampangP1, P2 = tekananh1, h2 = tinggix1, x2 = panjang

2

v1, v2 = kecepatan

1. Aliran zat cair melalui pembuluh darah

Hukum Kontinuitas menyatakan bahwa kapasitas pengaliran zat cair melalui setiap penampang adalah konstan. Apabila sebuah lempeng kaca digerakkan diatas permukaan zat cair, kemudian digerakkan dengan kecepatan v, maka molekul dibawahnya akan mengikuti dengan kecepatan yang sama, karena asasnya adhesi lapisan dibawahnya akan berusaha mengerem kecepatan tersebut.

FV Ket: v

F = η A −d

η = koefisien gesekan dalam (viskousitas) N.s/m2= Pa.s (1 Pa.s = 10 poise)

A = luas permukaan kacad d = jarak dari permukaan ke dasar

v = kecepatan mengalir

Aliran zat cair dalam pembuluh darah dapat digambarkan sebagai berikut:

Makin ke tengah kecepatan mengalir semakin besar, dengan adanya gaya (F) yang bekerja pada penampang A (P=F/A) maka kecepatan aliran berbentuk parabola.

Apabila volume zat cair yang mengalir melalui penampang tiap detiknya disebut debit (V)=V/t maka menurut Hukum Poiseuille:

Π r4 (P1-P2)V= −−−−−−−−−−

8 η L

Ket: V = jumlah zat cair yang mengalir per detikη = viskositas (kekentalan)

air= 10-3 pas pada 20 ͦCdarah=3-4 x 10-3 tergantung presentase sel darah merah

r = jari-jari pembuluh (m)L = panjang (m)

3

P1, P2 = tekanan

Hukum Poiseuille menyatakan bahwa cairan yang mengalir melalui suatu pipa akan berbanding lansung dengan penurunan tekanan sepanjang pipa dan pangkat 4 jari-jari pipa

Hukum Poiseuille : “Lingkaran konsentris dari darah yang mengalir pada berbagai kecepatan, semakin jauh dari dinding pembuluh, semakin cepat alirannya”.Hukum ini sangat berguna untuk menjelaskan mengapa pada penderita usia lanjut mengalami pingsan (akibat hipertensi) dan mengapa daerah akral/ujung suhunya dingin. Namun demikian hukum Poiseille ini hanya bisa berlaku apabila aliran zat cair itu laminer dan harga Re (Reynold) = 2000

2. Tahanan terhadap debit zat cair

Debit adalah volume zat cair yang mengalir melaui penampang tiap detik. Tahanan terhadap debit zat cair adalah kemampuan zat cair untuk mengalir dalam pembuluh melalui penampang tiap detik yang bergantung pada:1. Panjang pembuluh2. Diameter pembuluh3. Viskous/kekentalan zat cair4. Tekanan

a. Efek Panjang Pembuluh Terhadap DebitSemakin panjang pembuluh (diameter pembuluh sama) maka, zat cair yang mengalir lewat pembuluh tersebut akan memperoleh tahanan yang semakin besar dan kensekwensi terhadap besar tahanan tersebut, debit zat cair akan lebih besar pada pembuluh yang lebih pendek. Adapun gambaran mengenai efek panjang pembuluh terhadap debit adalah sebagai berikut dalam tekanan yang sama (P = 100 mmHg).

panjang = 31 ml/min

panjang = 22 ml/min

panjang = 13 ml/min

b. Efek Diameter Pembuluh Terhadap DebitZat cair yang melewati pembuluh akan dihambat oleh dinding pembuluh. Dengan alasan ini kecepatan aliran zat cair makin cepat pada pembuluh dengan diameter semakin besar, dan aliran tengah semakin tidak dipengaruhi oleh zat cair yang berada di tepi dekat dinding pembuluh. Adapun gambaran mengenai efek diameter pembuluh terhadap debit adalah sebagai berikut dalam tekanan yang sama (P = 100 mmHg).

d = 11 ml/min

d = 216 ml/min

d = 4256 /min

4

c. Efek Kekentalan Terhadap DebitSemakin kentalnya zat cair yang melewati pembuluh, maka semakin besar gesekan terhadap dinding pembuluh dan sebagai konsekwensinya diperoleh tahanan semakin besar. Peningkatan zat cair pada pipa kapiler sedangkat debit adalah sama.

Kekentalan ini penting untuk mengetahui konsentrasi sel darah merah. Pada darah normal, kekentalan sebesar 3,5 kali air. Apabila konsentrasi darah 1½  dari darah nor-mal, kekentalan menjadi dua kali air dan apabila konsentrasi darah meningkat menca-pai 70 kali di atas normal maka kekentalan darah mencapai 20 kali air. Dengan alasan demikian, aliran darah pada penderita anemia adalah cepat oleh karena konsentrasi sel darah merah sangat rendah. Sebaliknya pada penderita polycythemia (kadar sel darah merah meningkat) aliran darah sangat lamban.

d. Efek Tekanan Terhadap Debit

Apabila tekanan zat cair/darah pada salah satu ujung pembuluh lebih tinggi dari ujung lainnya, maka zat cair/darah akan mengalir dari tekanan yang tinggi ke tekanan yang rendah. Dengan demikian aliran zat cair/darah berbanding langsung terhadap per-bedaan tekanan.

3. Satuan kekentalan

5

Satuan kekentalan menurut SI adalah Poiseuille disingkat dengan Pl. Hubungan P1 dengan satuan lain adalah sebagai berikut :

1 poise = 100 sentipoise

N.sec 1 P1 = 10 poise = = Pa.s

m2

dyne detik Massa (Kg)1 poise (P) = =

cm2 Panjang (m) x Waktu2 (s2)

4. Laju endap dan gaya buoyansi/apung

Laju endap biasanya dikaitkan dengan darah yaitu LED (Laju Endap Darah) adalah kecepatan sel - sel darah merah mengendap di dalam tabung uji dengan satuan mm/jam. Gaya apung adalah gaya ke atas yang dikerjakan oleh fluida yang melawan berat dari benda yang direndam.

Apabila dua buah kerikil dengan massa yang sama dimasukkan ke dalam dua buah tabung yang masing-masing berisi air dan minyak, maka akan terlihat kedua kerikil itu mencapai dasar tabung dalam waktu yang berbeda. Hal ini disebabkan perbedaan massa jenis air dengan massa jenis minyak. Gerak jatuh inipun dipengaruhi oleh gaya gravitasi maka diperoleh:

4Gaya jatuh = G =  − π r3 ρ g

3ρ = massa jenis bendag = gravitasir  = jari-jari

Benda yang jatuh dalam zat cair mendapat gaya ke atas (Buoyant force) sebesar :4

Gke atas =   − π r3 ρo g3

ρo = massa jenis zat cair.

Dari hasil penelitian Stokes (1845) sebuah objek dengan jari-jari r mendapat gaya hambatan (retarding force) sebesar :

Ghambat = 6 π r η v

v = kecepatan  r = jari-jariη = viskous dalam poise.

Gaya hambatan (retarding force) sama dengan selisih antara gaya gravitasi dengan gaya ke atas. Dengan demikian :

6

4 4 6 π r η v =   − π r3 ρ g - − π r3 ρo g

3 3 r  = jari-jari sel darah merahv = kecepatan endap/sedimentasi

= massa jenis sel darah = massa jenis plasm

g   = gravitasiη   = viskousitas (koefisien gesekan dalam)

Menentukan kecepatan sedimentasi ini di klinik atau di rumah-rumah sakit dikenal dengan nama BBS (= Bloed Bezinking Snellheid), BSR (= Basal sedimentasi Rate), laju endapan darah (LED) atau KPD (= Kecepatan Pengendapan Darah).

Untuk menghitung/mengetahui BBS di rumah sakit/klinik biasa dikerjakan dengan cara, mengambil darah yang sudah dicampurkan dengan Na-Citrat, kemudian dimasukkan ke dalam tabung Westergen. Pipet dibiarkan tegak lurus selama 1½ jam berikutnya. Kecepatan pengendapan erythrocit/eritrosit kemudian dilihat. Keadaan normal untuk laki-laki 2-7 mm/½ jam, dan wanita 3-10 mm/½ jam.

5. Aliran laminer dan turbulensi

a. Aliran LaminerAliran Laminer adalah aliran yang jarang terjadi pada air dan tidak begitu

penting dalam aliran udara, tapi ini terjadi dalam viscosity fluida yang tinggi seperti campuran sediment dalam air, es, dan lava. Alirannya relatief mempunyai kecepatan rendah dan fluidanya bergerak sejajar (laminae) & mempunyai batasan-batasan yang berisi aliran fluida.

b. Aliran TurbulenAliran Turbulen adalah aliran acak dan mempunyai kecepatan beraneka

ragam. Aliran ini terjadi di air dan udara. Aliran ini lebih efisien dalam mengangkut dan menjalankan sedimen karena beranekaragamnya gradien kecepatannya. Pada arus turbulen, massa air bergerak keatas, kebawah, dan secara lateral berhubungan dengan arah arus yang umum, memindahkan massa dan momentum. Dengan gerakan tidak beraturan seperti itu, massa atau gumpalan fluida akan mempunyai percepatan menyimpang yang hanya sedikit persentasinya dari kecepatan rata-rata, meskipun begitu arus turbulen bersifat menentukan arus, sebab turbulen menjaga patikel-partikel dalam suspensi, secara konstan, seperti clay dan silt pada sungai dan pasir pada arus turbidit, atau secara berangsur, seperti pada kebanyakan butir pasir di sungai, pantai dan bukit pasir.

Turbulen mentransport partikel-partikel dengan dua cara yaitu dengan penambahan gaya fluida dan penurunuan tekanan lokal ketika pusaran turbulen bekerja padanya. Keduanya adalah penyebab terjadinya transportasi pasir sepanjang bawah permukaan. Di alam hampir semua mekanisme transport pasir terjadi secara turbulen. Turbulen terutama terjadi di sungai akibat penggerusan sepanjang batas arus air, dan meningkat akibat kekasaran bawah permukaan, sepanjang garis pantai dan laut penyebabnya adalah ombak, tekanan angin permukaan, dan penggerusan arus. Di udara turbulen yang membawa bekas ledakan volkanis ditransport angin.

7

Besarnya gerakan turbulen bervariasi dari mikro hingga makro, yang terakhir tadi sangat mudah dilihat di sungai dengan penampakkan pusaran yang kompleks atau dengan boil yang berbenturan dengan permukaan sungai, secara terus menerus.

Secara teoritis, aliran laminer bisa diubah menjadi aliran turbulensi apabila tabung/pembuluh secara berangsur-angsur diciutkan jari-jarinya dan kecepatan aliran secara bertahap ditingkatkan sehingga mencapai kecepatan yang kritis (Vc).

B. BUNYI JANTUNG

Bunyi jantung adalah bunyi yang disebabkan oleh proses membuka dan menutupnya katup jantung akibat adanya getaran pada jantung dan pembuluh darah besar. Bunyi jantung dikenal juga sebagai suara jantung.

Suara jantung dapat didengar melalui stetoskop oleh karena adanya vibrasi jantung dan pembuluh darah besar akan terdengar buka tutupnya valvula dan aliran turbelensi pada saat-saat tertentu.

1. Stetoskop

Sebuah alat medis akustik untuk memeriksa suara dalam tubuh. Dia banyak digunakan untuk mendengar suara jantung dan pernapasan, meskipun dia juga digunakan untuk mendengar intestine dan aliran darah dalam arteri dan "vein".

2. Macam- macam stetoskop

a. Stetoskop akustik

Stetoskop ini paling umum digunakan, dan beroperasi dengan menyalurkan suara dari bagian dada, melalui tabung kosong berisi-udara, ke telinga pendengar. Bagian "chestpiece" biasanya terdiri dari dua sisi yang dapat diletakaan di badan pasien untuk memperjelas suara; sebuaah diaphgram (disk plastik) atau "bell" (mangkok kosong). Bila diaphgram diletakkan di pasien, suara tubuh menggetarkan diaphgram, menciptakan tekanan gelombang akustik yang berjalan sampai ke tube ke telinga pendengar. Bila "bell" diletakkan di tubuh pasien getarakn kulit secara langsung memproduksi gelombang tekanan akustik yang berjalan ke telinga pendengar. Bell menyalurkan suara frekuensi rendah, sedangkan diaphgram menyalurkan frekuensi suara yang lebih tinggi. Stetoskop dua sisi ini diciptakan oleh Rappaport dan Sprague pada awal abad ke-20. Permasalahan dengan akustik stetoskop adalah tingkatan suara sangat rendah, membuat diagnosis sulit.

8

b. Stetoskop elektronik

Stetoskop elektronik mengatasi tingkatan suara yang rendah dengan cara memperkuat suara tubuh. Sekarang ni, telah ada beberapa perusahaan menawarkan stetoskop elektronik, dan mungkin dalam beberapa tahun lagi, stetoskop elektronik akan menjadi lebih umum dari stetoskop akustik.

3. Fungsi stetoskop:

a. sebagai alat untuk mendiagnosa penyakit tertentu.b. Stetoskop dapat menyalurkan suara tertentu dan menghilangkan suara yang

lain.c. mengisolasi suara tertentu dari mesin untuk diagnose oleh mekanik

Sebelum stetoskop ditemukan, doktor meletakkan telinganya ke dekat badan pasien dengan harapan untuk mendengarkan sesuatu.

Waktu nol mula –mula terjadi kontraksi jantung dan valvula membuka ketka itu pula tekanan venttrikel dan tekanan aorta meningkat, bersama pada saat itu terdengar suara jantung pertama saat valvula tertutup terdengar suara jantung ke 2.

C. TEKANAN DARAH

Tekanan darah merujuk kepada tekanan yang dialami darah pada pembuluh arteri darah ketika darah di pompa oleh jantung ke seluruh anggota tubuh manusia. Tekanan darah dibuat dengan mengambil dua ukuran dan biasanya diukur seperti berikut - 120 /80 mmHg

Darah mengalir ke arah turunnya tekanaan yang berlaku sepanjang pembuluh darah

9

Tekanan pada vena rendah dan tekanan darah pada sistem paru-paru yang relative rendah. Jumlah darah pada orang dawasa 4.5 liter. Setiap kontaraksi jantung terpomppa 80 ml darah dan setiap 1 menit, sel darah merah telah beredar satu siklus dalam tubuh.

1. Pada setiap saat 80% darah berada dalam sirkulasi sistemik dan 20% dalam sistem sirkulasi paru-paru.

2. Pada sirkulasi paru-paru 7% berda dalam kapiler paru-paru dan 93% berada anatara arteri paru-paru dan pembulu vena paru- paru

Alat pengukur tekanan darah

1. Pipa gelas yang panjang nya 9ft dihubungkan langsung ke pembuluh arteri kuda dengan perantara trakea angsa ‘oleh rev stephen hales(1733)

2. Memasang kateter secara langsung pada pembuluh darah yang salah satu ujung kateter dihubungkan dengan tranduser tekanan biasanya oleh para ahli bedah

3. Stignmomanometer yang terduri dari manometer air raksa , pressure cuff dan stetoskopa. Pressure cuff dipasng pada lenganb. Dipompa perlahan –lahan agar aliran darah dapat distop c. Tampak air raksa naik pada sksla tertentu d. Pressure cuff dilepas perlahan- lahan e. Stetoskop dilettakakan pada lengan diatas arteri brakhialis f. Akan terdengar bunyi korotkoff (suara vibrasi turbelensi darah / suara K ) adalah

tekanan sistolik g. Tekanan diturunkan hingga terdengar bunyi K adalah tekenan diastolic

10

1. Tekanan darah sistemik atau tekanan sistolik

Tekanan darah adalah tekanan yang di timbulkan oleh dinding arteri. Tekanan puncak terjadi saat pentrikel berkontraksi yang di sebut tekanan sistol.

2. Tekanan arteri paru-paru atau tekanan diastol

Tekanan diastolik adalah tekanan terendah yang terjadi saat jantung beristirahat. Tekanan darah biasanya digambarkan sebagai rasio tekanan sistolik terhadap diastolik dengan nilai dewasa normalnya berkisar 100/60 – 140/90 mmHg. Rata-rata tekanan darah normal biasanya 120/80 mmHg ( smeltzer dan bare, 2001 )

3. Tekanan rata-rata

Nilai tekanan rata-rata yang diperoleh dari tekanan rata-rata sistolik dan diastolic secara matematis tidak sama dengan tekanan rata-rata dalam satu siklus jantung

Prata−rata= 1T ∫

o

t

P(t) dt

V dy(dt ) =

P (t )−PvR

11

120

95

80

Sistolik

Diastolik

Tek rata-rata

t

P

30

20

10

Sistolik

Diastolik

Tek rata-rata

t

P

Ketetangan :

P ( t) = tekanan yang brubah ubah

Pv = tekanan pada susunan vena

V = debit

V = P rata−rata−Pv

R

V = aliran rata-rata

D. MEMBRAN KENYAL

Membran kenyal banyak terdapat sebagai bagian dari makluk hidup separti pembuluh darah, lambung, usus , alveoli dan lain-lain. Bentuk mebran kenyal:

1. Membran kenyal silinder

Silender berjari- jari R dialiri zat cair / darah dengan P maka dinding silinder mengalami tegangan sebesar T . olleh MarkiesDe L aplace (1820) ditemukan rumusT =R.PP = tekanan (mmHg atau dyne/cm2

R =jari-jari (cm)’T =tegangan ( tension atau dyne/cm

Table hubungan antara tekanan dan tegangan pembuluh darah

BagianTekan rata-rata Jari-jari (cm) Tegangan( dyne

/cmMmhg Dyne/cm2

Aorta 100 1,3x 106 1,2 156.000Arteri 90 1,2 x105 0,5 60.000Kapiler 30 4 x104 6x10−4 24Vena kecil 15 2 x104 2x10−2 400Vena cava 10 1,3x104 1,5 20.000

12

R

T ( tegangan )

2. Membran kenyal berbentuk bola

Daya keduanya saling menghapuskan sehingga diperoleh

∆P π R2 =4γ π R

P R =4γ

P =4 γR

Keterangan :

γ= tegangan permukaan

R= Jari-jari

Hukum laplace ini berlaku pada pembicaraan alveoli paru- paru

E. ALAT UNTUK MENGUKUR TEKANAN ZAT CAIR

1. Tonometer

Alat ini dipakai untuk mengukur tekanan intraokuler apakah probandus mengalami glukoma atau tidak. Satuan tonometer adalah hg atau Torr. Harga normal tekanan intraokuler 12-13 mmhg

13

P

a. Cara pemeriksaan menggunakan tonometer digital1). Klien diintruksikan untuk meliha kea rah bawah tanpa menutup mata2). Palpasi daerah interkalare dengan 2 telunjuk jika normal pasti terdapat fluktuasi atau aliran

b. Cara pemeriksaan menggunakan Tonometer SchiotzCara pemeriksannya adalah klien berbaring tanpa bantal, kemudian matanya ditetesi pantocain 1-2% satu kali. Instruksikan klien untuk melihat ibu jarinya yang diacungkan didepan matanya dan letakkan tonometer di puncak kornea. Tekanan normalnya antara 10-20 mmHg atau 7/7,5-10,5/7,5.

 Tonometer Schiotz

c. Cara pemeriksaan menggunakan Tonometer AplanasiPaling akurat, cara pemeriksaannya dengan klien duduk dan langsung ditempelkan pada kornea klien dan membutuhkan anastesi local dan sebelumnya klien diberikan fluoressein lalu dilihat skalanya (mmHg)

2. Sistomer Alat yang dipakai untuk mengatur tekanan kandung kencing dan terdiri atas pipa kapiler yang mengandung skala dalam cm H 2O. pipa kapiler ini dihubungkan dengan jarum meleui pipa karet.

Satu jarum tembus langsung melewati dinding abdomen masuk ke dalam kandung kencing.

14

Teknik ini member informasi mengenai tekanan kandung kencing dan keadaan sfingter uretra , sedang pengukuran tekanan kandung kencing dapat dilakukan secara langsung yaitu kateter dimasukkan ke dalam uretramelalui lubang uretra.

Hasil sistometri terlihat pada gambar dibawah ini :

Pada orang dewasa kandung kencing terisi ppenuh pada 500 ml dan tekanana nya 30 cm H 2O dandi pengeluaran kencing secara terjadi pengeluaran kencing secara reflek.Akibabt kontraksi otot tekanan kandung kencing akan meningkat mencaoai 150cm H 2O. pada penderita prostat hipermetrofi akan terjadi obstruksi , sehingga pada tekanan 100 cm H 2O baru terjadi pemgeluaran kencing.

F. GAS

Gas merupakan bagian dari zat alir seperti udara. Udara sangat diperlukan dalam kehidupan makhluk.

1. Komponen udara

Udara terdiri dari gas N 2, O2,H 2O. Udara yang dihirup pada waktu inspirasi yaitu 80%N 2, 19% O2, dan 0,04% CO2 (dapat diabaikan). Sedangkan saat ekspresi udara yang

15

dikeluarkan lewat pernafasan 80%N2, 16% O2, dan 4% CO2. Setiaphari udara yang dihirup sebanyak 10kg sedangkan absorpsi O2 lewat paru-paru sebanyak 400 liter dan sedikit CO2. Disini kita ketahui juga 22,4 liter udara terkandung 6x1022molekul (bilangan Avogadro), sedangkan setiap pernafasan ada sejumlah 1023molekul udara yang masuk ke dalam paru-paru.

G. MEKANIKA PARU-PARU

Selaput yang menyelimuti paru-paru disebut pleura viseralis. Pleura viseralis tumbuh menjadi satu dengan jaringan paru-paru. Di luar pleura viseralis terdapat pleura parietalis. Ruang antara pleura viseralis dan parietalis disebut ruang intrapleural. Ruang ini berisi lapisan cairan yang tipis.

1. Apabila ruang dada berkembang pleura viseralis dan pleura parentalisjuga akan ikut berkembang.

2. Pada penyakit paru-paru yang menyebabkan kekakuan paru-paru, pleura viseralis tidak ikut berkembang sehingga akan mengakibatkan penurunan yang tajam tekanan intrapleura.

3. Hal inin dapat disamakan dengan suatu pengisap dimana lapisan itu terikat dengan pir yang kaku, sedangkan yang lain bergerak ke bas (lihat gambar).

4. Apabila piston ditarik, ruang antara pleura viseralis dan pleura parientalis akan bertambah besar, dengan demikian volume antara kedua pleura akan meningkat, sedangkan tekanan dalam ruangan tersebut akan mengalami penurunan secara drastis.

16

Kalau digambar P-V diagram akan terlihat jenis hubungan volume dan tekanan (lihat gambar).

5. Kalau pernya lemah maka ketika piston ditarik, plat A akan tertarik juga, sehingga tampak pemenuhan volume (∆V) hanya sedikit saja dan terjadi penurunan sangat kecil sekali ∆V / ∆P ini merupakan keikutsertaan paru-paru yang disebut kompliansi.

6. Pada penyakit paru-paru misalnya fibrosis paru-paru (pembentukan jaringan pada paru-paru) maka kompliansi akan tampak kecil. Pada waktu pernafasan normal akan tampak seperti seperti pada gambar dibawah ini, yaitu gambaran semacam elips. Jika kompliansi merupakan suatu perubahan yang kecil dari tekanan.

7. Nilai kompliansi ini tergantung umur dan penyakit paru-paru. Pada usia lanjut komplians rendah. Penderita usia muda nilai kompliansi sangat berarti. Oleh karena itu nilai kompliansi dibagi dengan volume paru-paru yaitu K (kapasitas) residu (R) dan F (fungsional), yaitu volume paru-paru yang mengeluarkan nafas secara normal. Di klinik nilai kompliansi dinyatakan dalam liter per cm H2O.

8. Pada orang dewasa kompliansi mempunyai nilai antara 0,18-0,27 liter/cm H2O. Secara umum pada laki-laki umur di atas 60 tahun, 25% lebih tinggi bila dibandingkan dengan anak muda dan hanya sedikit sekali ada perubahan pada wanita serta berkaitan dengan umur.

9. Pada penyakit paru-paru yang mempunyai kompliansi yang rendah di mana terlihat sedikit sekali perubahan volume untuk perubahan tekanan yang besar, misal fibrosis paru-paru. Penyakit paru-paru dengan kompliansi yang tinggi yaitu perubahan volume yang besar untuk terjadi suatu perubahan tekanan yang kecil, misalnya :

17

a. Respiratory distress syndrome (RDS)

b. Emfisema pulmonum.

H. HUKUM-HUKUM YANG BERLAKU DALAM PERNAFASAN

1. Hukum Dalton 

Hukum Dalton (Hukum Tekanan Parsial): Tekanan gas sebanding dengan persentase campuran gas-gas yaitu tekanan parsial satu gas adalah jumlah gaya pada dinding yang mengelilinginya.

Jika suatu campuran terdiri dari beberapa gas dimana masing-masing gas akan memberikan kontibusi terhadap tekanan parsialnya seakan-akan gas itu berdiri sendiri. Misalnya dalam suatu ruangan terdapat udara dengan tekanan 1 atm (760 mm Hg),  jika kita ingin memindahkan seluruh molekul diruang tersebut kecuali O2maka besarnya tekanan O2 dalam udara dengan kandungan 20% adalah 152 mm Hg, demikian pula N2dengan kandungan 80 % tekanan parsialnya adalah 610 mm Hg. Pada uap air tekanan parsialnya sangat tergantung pada kelembaban. Contoh : udara didalam ruangan mempunyai tekanan parsial 15 – 20 mm Hg sedangkan didalam paru-paru memiliki tekanan 47 mm Hg pada temperatur 37 oC dengan 100% kelembaban. Tabel % dan tekanan parsial O2dan  CO2pada inspirasi, alveolus dan ekspirasi

% O2 P O2 % CO2 P CO2

Udara inspirasiAlveoli paru-paruUdara ekspirasi

201416

152106121

0,045,64

0,34230

2. Hukum Boyle

Pada gas ideal, apabila terjadi peningkatan volume akan diikuti dengan penurunan tekanannya P – V =  konstan.

a. Pada saat inspirasi volume paru-paru, flow rate (debit) akan meningkat, sedangkan tekanan di intrapleural mengalami penurunan.

b. Pada waktu ekspirasi terjadi peningkatan tekanan di intrapleural sedangkan volume dan flow ratenya menurun.

Hukum Boyle: Untuk setiap gas pada suhu tetap, volume berbanding terbalik dengan tekanan. P1 x V1 = P2 x V2.

3. Hukum Laplace

Laplace mengatakan bahwa tekanan pada gelembung alveoli berbanding terbalik terhadap radius dan berbanding lurus terhadap tegangan permukaan γ. Secara eksakta hubungan ini ditulis:

18

P= 4 γR

P = tekanan R = jari-jari(cm)γ= tegangan permukaan(dyne/cm)

I. PENGARUH KETINGGIAN TERHADAP TEKANAN BAROMETIK

Banyak prinsip fisika yang dipakai dalam pernafasan terutama bagi penerbangan dan penyelaman. Pada atmosfir yang tinggi, dengan temperature 20° sampai 50° atau dibawah 0°C dan pada kedalaman di bawah permukaan air laut, tekanan yang terjadi diluar tubuh kadang-kadang dapat menyebabkan penderita masuk dalam keadaann kollaps. Untuk menghindari bahaya-bahaya yang timbul perlu diketahui tekanan barometik terhadap tekanan O2 dan saturasi tekanan oksigen dalam arteri.

1. Efek Tekanan Barometrik Terhadap Oksigen

Pada suatu ketinggian di atas permukaan air laut maka tekanan barometrik akan menurun. Penurunan tekanan barometrik diikuti dengan penurunan tekanan O2

dalam udara.

2. Efek Tekanan Barometrik Terhadap Udara

Sama halnya tekanan barometrik terhadap oksigen, yaitu dengan menurunnya tekanan barometrik akan tampak penurunan tekanan parsial N2 , CO2.

3. Efek Tekanan Barometrik Terhadap Kesehatan

Pada suatu ketinggian, tekanan barometrik akan rendah dan diikuti penurunan tekanan partial O2. Pada ketinggian 23.000 feet hanya sebagian hemoglobinsaturasi/jenuh dengan oksigen, menyebabkan transport oksigen ke jaringan mencapai 50% dengan akibat jaringan mengalami anoksia/kekurangan O2.

Pada ketinggian 20.000 feet, penderita belum masuk koma(tidak sadarkan diri) tetapi setelah 10 menit berlangsung atau lebih penderita akan mengalami kollaps seperti lemah mental hariness. Pada 20.000 sampai 24.000 feet ketinggian penderita akan masuk ke dalam keadaan kritis. Pada ketinggian di atas 30.000 feet dalam tempo satu menit sseorang normal akan jatuh dalam koma.

J. ALAT UKUR VOLUME PARU-PARU

Alat ukur paru-paru antara lain :

1. Spirometer

19

Spirometer adalah alat untuk mengukur aliran udara yang masuk dan keluar paru-paru dan dicatat dalam grafik volum per waktu. Spirometer menggunakan prinsip salah satu hukum dalam fisika yaitu hukum Archimedes. Hal ini tercermin  pada saat spirometer  ditiup, ketika itu tabung yang berisi udara akan naik turun karena adanya gaya dorong ke atas akibat adanya tekanan dari udara yang masuk ke spirometer. Spirometer juga menggunakan hukum newton yang diterapkan dalam sebuah katrol .Katrol ini dihubungkan kepada sebuah bandul yang dapat bergerak naik turun. Bandul ini kemudian dihubungkan lagi dengan alat pencatat yang bergerak diatas silinder berputar. Sebenarnya cara kerja spirometer cukup mudah yaitu sesorang disuruh bernafas (menarik nafas dan menghembuskan nafas) di mana hidung orang itu ditutup. Tabung yang berisi udara akan bergerak naik turun, sementara itu drum pencatat bergerak putar (sesuai jarum jam) sehingga pencatat akan mencatat sesuai dengan gerak tabung yang berisi udara.

Hasil pencatatan akan terlihat seperti gambar di bawah ini:

20

Pada waktu istirahat, spirogram menunjukkan volume udara paru-paru 500 ml. Keadaan ini disebut tidal volume. Pada permulaan dan akhir pernafasan terdapat keadaan reserve; akhir darisuatu inspirasi dengan suatu usaha agar mengisi paru-paru dengan udara, udara tambahan ini disebut inspiratory reserve volume, jumlahnya sebanyak 3.000 ml. Demikian pula akhir dari suatu respirasi, usaha dengan tenaga untuk mengeluarkan udara dari paru-paru, udara ini disebut dengan expiratory reserve volume yang jumlahnya kira-kira 1.100 ml. Udara yang tertinggal setelah ekspirasi secara normal disebut fungtional residual capacity (FRC). Seorang yang bernapas dalam keadaan baik inspirasi maupun ekspirasi, kedua keadaan yang ekstrim ini disebut vital capacity.

Dalam keadaan normal, vital capacity sebanyak 4.500 ml. Dalam keadaan apapun paru-paru tetap mengandung udara, udara ini disebut residual volume (kira-kira 1.000 ml) untuk orang dewasa.

Untuk membuktikan adanya residual volume, penderita disuruh bernafas dengan mencampuri udara dengan helium, kemudian dilakukan pengukuran fraksi helium pada waktu ekspirasi.Di klinik biasanya dipergunakan spirometer.Penderita disuruh bernafas dalam satu menit yang disebut respiratory minute volume.Maksimum volume udara yang dapat dihirup selama 15 menit disebut maximum voluntary ventilation.Maksimum ekspirasi setelah maksimum inspirasi sangat berguna untuk mengetes 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.

2. Peak Flow Meter (PFM)

Peak Flow Meter (PFM) adalah alat untuk mengukur jumlah aliran udara dalam jalan napas (PFR). Nilai PFR dapat dipengaruhi beberapa faktor misalnya posisi tubuh, usia, kekuatan otot pernapasan, tinggi badan dan jenis kelamin (www.en.wikipedia.com, 2008).

Peak Flow Meter adalah alat ukur kecil, dapat digenggam, digunakan untuk memonitor kemampuan untuk menggerakkan udara, dengan menghitung aliran udara bronki dan sekarang digunakan untuk mengetahui adanya obtruksi jalan napas (www.en.wikipedia.com, 2008).Peak Flow Meter (PFM) mengukur jumlah aliran udara dalam jalan napas. Peak Flow Rate (PFR) adalah kecepatan (laju) aliran udara ketika seseorang menarik napas penuh, dan mengeluarkannya secepat mungkin. Agar uji (tes) ini menjadi bermakna, orang yang melakukan uji ini harus mampu mengulangnya dalam kelajuan yang sama, minimal sebanyak tiga kali (www.statcounter.com, 2007).

21

Terdapat beberapa jenis alat PFM. Alat yang sama harus senantiasa digunakan, agar perubahan dalam aliran udara dapat diukur secara tepat. Pengukuran PFR membantu menentukan apakah jalan napas tebuka atau tertutup. PFR menurun (angka dalam skala turun ke bawah) jika asma pada anak memburuk. PFR meningkat (angka dalam skala naik ke atas) jika penanganan asma tepat, dan jalan napas menjadi terbuka.Pengukuran PFR dapat membantu mengetahui apakah jalan napas menyempit, sehingga penanganan asma dapat dilakukan dini, juga membantu mengenali pemicu (penyebab) asma pada anak, sehingga dapat dihindari (www.statcounter.com, 2007).

Terdapat perbedaan nilai pengukuran (siklus) PFR dalam satu harinya.Dengan mengukur nilai PFR dua kali dalam sehari menunjukkan gambaran PFR sepanjang hari. Anak yang berbeda usia dan ukuran badan memiliki nilai PFR yang berbeda.

DAFTAR PUSTAKA

Gabriel, J.F. 1988. Fisika Kedokteran. Jakarta: EGC.

http://studyandlearningnow.blogspot.com/

http://paarif.com/hukum-bernoulli/

http://anysws.blogspot.com/

http://wiearsyffa.blogspot.com/

http://indrasakti22.wordpress.com/

http://Suskes-Belajar/Fluida.html

http://SUCCESS/Sifat-Sifat/Oksigen/BIOFIS.html

http://funnysuan-dari-efektekanan-barometrik-padatubuh.html

http://spirometer-Daur-Ulang.html

http://athultocm.wordpress.com/khusus-akbid/fisiologi-spirometri/

http://slideshare.net/hoshirami/fluida-cairan-dangas

22