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