MetabolismeMetabolisme TubuhTubuh--Basic Science in Nursing IIBasic Science in Nursing II--

IrwanIrwan AryAry DharmawanDharmawan11, ,

HanaHana RizmadewiRizmadewi AgustinaAgustina22 dandan Maria KomariahMaria Komariah22

1)1) JurusanJurusan FisikaFisika, Universitas Padjadjaran, Universitas Padjadjaran2)2) FakultasFakultas KeperawatanKeperawatan, Universitas Padjadjaran, Universitas Padjadjaran

SLIDESLIDE

http://http://phys.unpad.ac.id/jurusan/staff/dharmawan/kuliahphys.unpad.ac.id/jurusan/staff/dharmawan/kuliah

RujukanRujukan

•• Principles of Science for Nurses,Principles of Science for Nurses, Joyce James Joyce James et.alet.al, Blackwell , Blackwell

Science Science

•• Human Body Dynamics,Human Body Dynamics, AydinAydin TozerenTozeren, Springer, Springer

•• Physics of the Human Body,Physics of the Human Body, Irving P. Herman, SpringerIrving P. Herman, Springer

•• Physics in Biology and Medicine,Physics in Biology and Medicine, Paul Paul DavidovitsDavidovits, Academic , Academic

PressPress

•• SemuaSemua bukubuku FisikaFisika DasarDasar ((GiancoliGiancoli, Finn, , Finn, SerwaySerway, , HallidayHalliday, ,

dlldll))

•• GooglingGoogling !!

DefinisiDefinisi MetabolismaMetabolisma

•• ProsesProses yang yang melibatkanmelibatkan terbentuknyaterbentuknya energienergi, , penyimpananpenyimpanan

energienergi dandan pemanfaatannyapemanfaatannya untukuntuk aktivitasaktivitas tubuhtubuh manusiamanusia

disebutdisebut dengandengan MetabolismaMetabolisma

•• SecaraSecara umumumum, , metabolismametabolisma merupakanmerupakan energienergi yang yang

digunakandigunakan oleholeh tubuhtubuh dandan semuasemua reaksireaksi kimiakimia dalamdalam selsel

untukuntuk menjagamenjaga tubuhtubuh agar agar tetaptetap hiduphidup

•• ProsesProses Metabolic Metabolic dibagidibagi menjadimenjadi duadua yaituyaitu anabolicanabolic dandan

catabolic catabolic

AliranAliran EnergiEnergi dalamdalam tubuhtubuh

MengapaMengapa tubuhtubuh kitakita memerlukanmemerlukan makananmakanan ??

•• UntukUntuk mengoperasikanmengoperasikan organ organ tubuhtubuh

•• MenjagaMenjaga agar agar temperaturtemperatur tubuhtubuh tetaptetap

konstankonstan dengandengan menggunakanmenggunakan kalorkalor yang yang

dihasilkandihasilkan daridari fungsifungsi organorgan

•• UntukUntuk melakukanmelakukan kerjakerja

•• MembangunMembangun suplaisuplai energienergi untukuntuk kebutuhankebutuhan

55--10% 10% energienergi daridari makananmakanan dikeluarkandikeluarkan melalumelalu fesesfeses dandan urinurin

HukumHukum PertamaPertama ThermodinamikaThermodinamika

•• HukumHukum pertamapertama ThermodinamikaThermodinamika merupakanmerupakan hukumhukum

kekekalankekekalan EnergiEnergi untukuntuk berbagaiberbagai prosesproses, , dandan dinyatakandinyatakan

dengandengan persamaanpersamaan berikutberikut

WQU −=∆U∆

QW

PerubahanPerubahan energienergi yang yang tersimpantersimpan dalamdalam tubuhtubuh

PerpindahanPerpindahan kalorkalor dalamdalam tubuhtubuh manusiamanusia

KerjaKerja yang yang dihasilkandihasilkan oleholeh tubuhtubuh

•• KetikaKetika energienergi yang yang tersimpantersimpan berkurangberkurang , , kalorkalor akanakan

berpindahberpindah daridari tubuhtubuh dandan tubuhtubuh menghasilkanmenghasilkan kerjakerja0<∆U

0<Q0>W

PerpindahanPerpindahan kalorkalor dalamdalam tubuhtubuh manusiamanusia

•• PerpindahanPerpindahan kalorkalor dalamdalam tubuhtubuh manusiamanusia terdiriterdiri daridari kalorkalor

yang yang diproduksidiproduksi daridari prosesproses metabolismametabolisma tubuhtubuh dandan kalorkalor

yang yang hilanghilang akibatakibat prosesproses konduksikonduksi, , konveksikonveksi, , radiasiradiasi dandan

evaporasievaporasi

•• SecaraSecara umumumum perpindahanperpindahan kalorkalor dalamdalam tubuhtubuh manusiamanusia

dapatdapat ditulisditulis dengandengan persamaanpersamaan

lossmet QQQ +=metQ MerupakanMerupakan kalorkalor yang yang diproduksidiproduksi daridari hasilhasil metabolismametabolisma tubuhtubuh

((Metabolic RateMetabolic Rate))

MerupakanMerupakan kalorkalor yang yang dilepaskandilepaskan oleholeh tubuhtubuhlossQ

WQQU lossmet −+=∆

SatuanSatuan EnergiEnergi

AktivitasAktivitas ManusiaManusia vsvs Metabolic RateMetabolic Rate

EnergiEnergi yang yang dibutuhkandibutuhkan ManusiaManusia

•• BergantungBergantung kepadakepada beratberat dandan tinggitinggi manusiamanusia tersebuttersebut

•• EnergiEnergi yang yang dikonsumsidikonsumsi oleholeh manusiamanusia dalamdalam melakukanmelakukan

aktivitasaktivitas tertentutertentu dibagidibagi dengandengan luasluas permukaanpermukaan

tubuhnyatubuhnya hampirhampir samasama untukuntuk semuasemua orangorang

•• SecaraSecara empirikempirik luasluas tubuhtubuh manusiamanusia dapatdapat dihitungdihitung

menggunakanmenggunakan

•• WW dandan HH menyatakanmenyatakan beratberat (kg) (kg) dandan tinggitinggi manusiamanusia (m) (m)

berturutberturut--turutturut

725.0425.0202.0 HWLuas ××=

EnergiEnergi yang yang dibutuhkandibutuhkan ManusiaManusia ((contohcontoh))

•• LuasLuas tubuhtubuh seorangseorang manusiamanusia dengandengan beratberat 70 kg 70 kg dandan

tinggitinggi 1.55 m 1.55 m adalahadalah 1.70 m1.70 m22. Metabolic. Metabolic--rate rate nyanya dalamdalam

keadaankeadaan istirahatistirahat adalahadalah 40 cal/m40 cal/m22 --jam x 1.70 mjam x 1.70 m22 = 68 = 68

Cal/jam Cal/jam �������� Basal Metabolic RateBasal Metabolic Rate

EnergiEnergi daridari MakananMakanan

•• ProsesProses OksidasiOksidasi : C: C66HH1212OO66 + 6O+ 6O22 �������� 6CO6CO22 + 6H+ 6H22O + O + EnergiEnergi

•• UntukUntuk setiapsetiap gram gram glukosaglukosa akanakan dihasilkandihasilkan EnergiEnergi sebesarsebesar

3.81 Cal3.81 Cal

•• NilaiNilai kalorikalori per per satuansatuan beratberat yang yang dihasilkandihasilkan berbedaberbeda

untukuntuk setiapsetiap makananmakanan, , sebagaisebagai contohcontoh : : karbohidratkarbohidrat

((gulagula) ) dandan protein protein sebesarsebesar 4 cal/g , 4 cal/g , lemaklemak 9 cal/g 9 cal/g dandan

alkolholalkolhol 7 cal/g7 cal/g

•• ProsesProses oksidasioksidasi makananmakanan memerlukanmemerlukan ‘‘kataliskatalis’’ ((enzymenzym), ),

untukuntuk mempertahankanmempertahankan prosesproses metabolismametabolisma padapada

temperaturtemperatur tetaptetap

AktivitasAktivitas vsvs EnergiEnergi yang yang dihasilkandihasilkan

KomposisiKomposisi dandan kontenkonten EnergiEnergi daridari makananmakanan

KapasitasKapasitas KalorKalor ((CC) ) dandan KalorKalor SpesifikSpesifik ((cc))

•• KapasitasKapasitas KalorKalor (C)(C) adalahadalah energienergi ((kalorkalor) yang ) yang diperlukandiperlukan

untukuntuk menaikkanmenaikkan temperaturtemperatur suatusuatu objekobjek sebesarsebesar satusatu

derajatderajat celciuscelcius

•• KapasitasKapasitas kalorkalor per unit volume per unit volume atauatau massamassa disebutdisebut dengandengan

KalorKalor SpesifikSpesifik (c)(c)

•• KapasitasKapasitas kalorkalor merupakanmerupakan sifatsifat intrisikintrisik daridari suatusuatu

material/material/objekobjek sedangsedang KalorKalor SpesifikSpesifik merupakanmerupakan faktorfaktor

ekstrinsikekstrinsik

mcC =

KapasitasKapasitas KalorKalor ((CC) ) dandan KalorKalor SpesifikSpesifik ((cc))

•• KenaikanKenaikan temperaturtemperatur sebesarsebesar daridari suatusuatu objekobjek dengandengan

kalorkalor yang yang masukmasuk keke dalamdalam tubuhtubuh dinyatakandinyatakan dengandengan

mc

QT =∆

T∆Q

•• UntukUntuk air c = 1.0 cal/g air c = 1.0 cal/g ooCC = 1.0 kcal/kg = 1.0 kcal/kg ooCC

•• UntukUntuk tubuhtubuh manusiamanusia c = 0.83 cal/g c = 0.83 cal/g ooCC = 0.83 kcal/kg = 0.83 kcal/kg ooCC, ,

artinyaartinya adalahadalah diperlukandiperlukan 83 kcal (83 kcal (kalorikalori makananmakanan) ) untukuntuk

menaikkanmenaikkan temperaturtemperatur tubuhtubuh manusiamanusia dengandengan beratberat 100 kg 100 kg

sebesarsebesar 1 1 derajatderajat celciuscelcius

•• 0.83 kcal 0.83 kcal samasama dengandengan kalorikalori yang yang dihasilkandihasilkan daridari sepotongsepotong

rotiroti

KapasitasKapasitas KalorKalor ((CC) ) dandan KalorKalor SpesifikSpesifik ((cc))

•• MengapaMengapa temperaturtemperatur tubuhtubuh manusiamanusia tidaktidak menaikmenaik ketikaketika

kitakita makanmakan sepotongsepotong rotiroti terusterus menerusmenerus ??

Tidak mungkin ���� Heat loss !

PerpindahanPerpindahan KalorKalor ((konduksikonduksi))

•• RuasRuas kirikiri disebutdisebut jugajuga dengandengan FluksFluks KalorKalor (Heat (Heat FluksFluks), yang ), yang

menyatakanmenyatakan jumlahjumlah KalorKalor yang yang mengalirmengalir per per satuansatuan luasluas AA

dandan waktuwaktu. . TandaTanda minus minus menyatakanmenyatakan bahwabahwa kalorkalor

berpindahberpindah daridari daerahdaerah yang yang lebihlebih panaspanas keke daerahdaerah yang yang

lebihlebih dingindingin..

•• KonduktivitasKonduktivitas Thermal (Thermal (KK), ), menyatakanmenyatakan bagaimanabagaimana

temperaturtemperatur bervariasibervariasi secarasecara spasialspasial yang yang disebabkandisebabkan

adanyaadanya perpindahanperpindahan kalorkalor diantaradiantara duadua daerahdaerah yang yang

dipisahkandipisahkan oleholeh jarakjarak delta delta xx..

x

TK

dt

dQ

A ∆∆−=1

TemperaturTemperatur padapada tubuhtubuh manusiamanusia

•• ManusiaManusia sebagaisebagai mahlukmahluk hiduphidup berdarahberdarah ‘‘panaspanas’’ harusharus

selaluselalu menjagamenjaga kesetimbangankesetimbangan temperaturtemperatur tubuhnyatubuhnya padapada

suhusuhu konstankonstan (37(37ooC)C)

•• JikaJika suhusuhu tubuhtubuh kitakita lebihlebih tinggitinggi daridari suhusuhu normal normal akanakan

menyebabkanmenyebabkan rusaknyarusaknya protein protein dalamdalam prosesproses metabolismametabolisma

tubuhtubuh

•• JikaJika suhusuhu tubuhtubuh lebihlebih rendahrendah, , makamaka jantungjantung kitakita akanakan

berhentiberhenti berfungsiberfungsi

TemperaturTemperatur dandan aktivitasaktivitas manusiamanusia

•• 20% 20% energienergi digunakandigunakan oleholeh otototot untukuntuk bekerjabekerja

•• 80% 80% daridari energienergi yang yang dihasilkandihasilkan untukuntuk bekerjabekerja akanakan

dikonversikandikonversikan menjadimenjadi kalorkalor dalamdalam tubuhtubuh manusiamanusia

•• JikaJika daridari 80% 80% tidaktidak dikonversikandikonversikan keke dalamdalam kalorkalor makamaka

temperaturtemperatur tubuhtubuh akanakan meningkatmeningkat

•• SebagaiSebagai contohcontoh seorangseorang manusiamanusia dengandengan beratberat 70 kg 70 kg

mengkonsumsimengkonsumsi kalorikalori sebanyaksebanyak 260 cal/jam. 260 cal/jam. SekitarSekitar 208 208

dikonversikandikonversikan menjadimenjadi kalorkalor. . JikaJika tidaktidak makamaka akanakan terjaditerjadi

kenaikankenaikan temperaturtemperatur sebesarsebesar 33ooC / jam C / jam �������� collapsecollapse !!

KonduksiKonduksi dalamdalam tubuhtubuh manusiamanusia

•• SumberSumber daridari kalorkalor padapada tubuhtubuh terdapatterdapat padapada bagianbagian tubuhtubuh

yang yang dalamdalam

•• UntukUntuk mengeleminasikannyamengeleminasikannya makamaka harusharus dikonduksikandikonduksikan

melaluimelalui kulitkulit

•• Agar Agar terjaditerjadi konduksikonduksi makamaka harusharus terdapatterdapat perbedaanperbedaan

temperaturtemperatur, , oleholeh karenakarena ituitu temperaturtemperatur kulitkulit harusharus lebihlebih

rendahrendah

•• DalamDalam keadaankeadaan normal normal temperaturtemperatur kulitkulit sekitarsekitar 3535ooC, C, dalamdalam

keadaankeadaan dingindingin sekitarsekitar 2727ooCC

KonduksiKonduksi dalamdalam tubuhtubuh manusiamanusia ((contohcontoh))

•• JikaJika tebaltebal jaringanjaringan antaraantara tubuhtubuh manusiamanusia bagianbagian luarluar dandan bagianbagian dalamdalam

adalahadalah 3 cm, 3 cm, dengandengan luasluas permukaanpermukaan ratarata--rata rata untukuntuk terjaditerjadi konduksikonduksi

adalahadalah 1,5m1,5m22. . KemudianKemudian perbedaanperbedaan temperaturtemperatur antaraantara tubuhtubuh bagianbagian

dalamdalam dandan kulitkulit sebesarsebesar 22ooC. C. MakaMaka kalorkalor yang yang mengalirmengalir per per jamnyajamnya

adalahadalah ((KonduktivitasKonduktivitas termaltermal jaringanjaringan = 18 cal cm /m2 = 18 cal cm /m2 ––jamjam-- ooCC))

cal/jam183

25.118 =××=∆=L

TKA

dt

dQ

MekanismeMekanisme lain lain untukuntuk konduksikonduksi dlmdlm tubuhtubuh

•• MayoritasMayoritas kalorkalor ditransportkanditransportkan daridari tubuhtubuh bagianbagian dalamdalam keke

sistemsistem aliranaliran darahdarah. . KalorKalor masukmasuk keke dalamdalam selsel interior interior

dengandengan mekanismemekanisme konduksikonduksi. . DalamDalam kasuskasus iniini, , prosesproses

konduksikonduksi sangatsangat cepatcepat jarakjarak antaraantara kapilerkapiler dandan selsel sumbersumber

kalorkalor sangatsangat tipistipis. . SistemSistem aliranaliran darahdarah akanakan membawamembawa kalorkalor

yang yang dibawadibawa oleholeh daradara menujumenuju permukaanpermukaan kulitkulit. . KalorKalor

kemudiankemudian dipindahkandipindahkan menujumenuju permukaanpermukaan melaluimelalui prosesproses

konduksikonduksi. .

•• JikaJika aliranaliran kalorkalor melaluimelalui darahdarah berlebihberlebih , , makamaka jaringanjaringan

kapilerkapiler deketdeket permukaanpermukaan akanakan menghambatmenghambat aliranaliran darahdarah, ,

sehinggasehingga aliranaliran darahdarah akanakan tereduksitereduksi..

PengendalianPengendalian temperaturtemperatur padapada kulitkulit ((konveksikonveksi))

•• HHcc merupakanmerupakan kalorkalor yang yang dipindahkandipindahkan melalumelalu konveksikonveksi

•• KKcc adalahadalah koefisienkoefisien konveksikonveksi

•• TTss adalahadalah temperaturtemperatur kulitkulit

•• TTaa adalahadalah temperaturtemperatur udaraudara

PengendalianPengendalian temperaturtemperatur padapada kulitkulit ((konveksikonveksi))

PengendalianPengendalian temperaturtemperatur padapada kulitkulit ((konveksikonveksi))

•• ContohContoh : : seorangseorang manusiamanusia dalamdalam keadaankeadaan telanjangtelanjang dengandengan luasluas

permukaanpermukaan 1.7m1.7m22, , berdiriberdiri dandan luasluas permukaanpermukaan yang yang tereksposterekspos adalahadalah

1.36m1.36m22. . JikaJika temperaturtemperatur udaraudara 2525ooC C dandan temperaturtemperatur ratarata--rata rata kulitkulit

adalahadalah 3333ooC, C, makamaka jumlahjumlah kalorkalor yang yang dihilangkandihilangkan adalahadalah ((KcKc = 6cal/m2 = 6cal/m2 ––

jam jam –– ooCC , , tiadatiada anginangin) )

•• DalamDalam keadaankeadaan bekerjabekerja manusiamanusia menghasilkanmenghasilkan 170 cal/jam, 170 cal/jam, oleholeh karenakarena

ituitu kecepatankecepatan anginangin perluperlu ditambahditambah 1.5 1.5 m/detikm/detik untukuntuk menghasilkanmenghasilkan

prosesproses pendinginanpendinginan sebesarsebesar 170 cal/jam170 cal/jam

Hc = 65.4 cal/jam

RadiasiRadiasi

•• HHcc

merupakanmerupakan kalorkalor yang yang dipindahkandipindahkan melalumelalu radiasiradiasi

•• KKrr

adalahadalah koefisienkoefisien radiasiradiasi (6.0 cal/m2 (6.0 cal/m2 –– jam jam –– C)C)

•• TTss

adalahadalah temperaturtemperatur kulitkulit

•• TTrr

adalahadalah temperaturtemperatur permukaanpermukaan radiasiradiasi

•• AArr

adalahadalah luasluas permukaanpermukaan radiasiradiasi

•• ee adalahadalah emisivitasemisivitas permukaanpermukaan kulitkulit ((menujumenuju 1)1)

RadiasiRadiasi ((contohcontoh) )

•• SeorangSeorang manusiamanusia dengandengan AArr

= 1.5 m= 1.5 m22, , TTrr=25=25ooC C dandan TT

ss=32=32ooC. C.

MakaMaka radiasiradiasi loss loss nyanya sebesarsebesar 63 cal/jam63 cal/jam

RadiasiRadiasi ((contohcontoh) )

•• SeorangSeorang manusiamanusia dengandengan AArr

= 1.5 m= 1.5 m22, , TTrr=25=25ooC C dandan TT

ss=32=32ooC. C.

MakaMaka radiasiradiasi loss loss nyanya sebesarsebesar 63 cal/jam63 cal/jam