Post on 31-Dec-2014
description
TERMODINAMIKA DAN TERMOREGULASI
(Blok 4 KU angkatan 2007)
Dr. Ratna Indriawati, MKes
TIU :
1. Mahasiswa dapat menjelaskan termodinamika dan metabolisme
2. Mahasiswa dapat menjelaskan konversi energi
3. Mahasiswa dapat menjelaskan pengaturan suhu
4. Mahasiswa dapat menjelaskan transfer panas
5. Mahasiswa dapat menjelaskan termometri
6. Mahasiswa dapat menjelaskan Metode pemanasan dalam Pengobatan
TIK :
1. Mahasiswa dapat menjelaskan definisi dan faktor-faktor yang
mempengaruhi termodinamika dan metabolisme
2. Mahasiswa dapat menjelaskan jenis dan pengaruh konversi energi pada
tubuh manusia
3. Mahasiswa dapat menjelaskan pusat, mekanisme dan faktor yang
mempengaruhi pengaturan suhu tubuh manusia
4. Mahasiswa dapat menjelaskan mekanisme dan faktor-faktor yang
mempengaruhi proses konduksi, konveksi, evaporasi dan radiasi
5. Mahasiswa dapat menjelaskan jenis-jenis, prinsip kerja dan manfaat
termometer
6. Mahasiswa dapat menjelaskan efek dan kegunaan panas dalam bidang
kedokteran
Termodinamika dan metabolisme
Termodinamika merupakan ilmu mengenai fenomena-fenomena energi yang
berubah-ubah karena pengaliran panas dan usaha yang dilakukan.
Metabolisme berarti “PERUBAHAN” yaitu istilah untuk identifikasi perubahan
yang terjadi pada makhluk hidup.
1
Metabolisme merupakan jumlah total reaksi kimia atau fisika yang diperlukan
untuk kehidupan.
Metabolisme dipakai dalam batasan untuk menunjukkan serangkaian reaksi dari
tipe-tipe makanan atau derivatnya.
Anabolisme merupakan reaksi sintesis menjurus ke arah
penyimpanan/penyusunan energi di dalam tubuh.
Katabolisme menggambarkan degradasi jaringan/pemecahan substrat dan
penggunaan dari sumber energi.
Konversi Energi
Pembakaran dengan kalorimeter:
Sukrose menghasilkan 3,94Kcal/gr.
Glukose menghasilkan 3,74 Kcal/gr
Glikogen menghasilkan 4,19 Kcal/gram
Tepung menghasilkan 4,18 Kcal/gr
Lemak rata-rata menghasilkan 9,3 Kcal/gr
Protein menghasilkan 5,6 Kcal/gr
Pada Tubuh Manusia:
Protein dan karbohidrat masing-masing 4,1 Kcal/gr
Lemak 9,3 Kcal/gr.
Pengaturan Suhu Badan
Pengaturan temperatur burung dan mammalia secara fisiologis digolongkan dalam
worm blooded atau homotermal. Aktivitas pengaturan ini dikendalikan oleh syaraf
pusat yang mengendalikan metabolisme, sirkulasi darah, perspirasi (penguapan), dan
kerja otot. K = W/H
K= efisiensi , H = energi total waktu kerja , W= usaha dalam kg M.
Pengaturan Temperatur
Mengatur temperatur heat loss dan heat production. Pengaturan ini hanya
terjadi pada makhluk hidup. Tubuh manusia termasuk homoioterm. Pusat
2
termoregulator di hipotalamus akan mengatur produksi dan hilangnya panas untuk
mempertahankan temperatur tubuh tetap konstan pada perubahan suhu lingkungan. *Mekanisme umpan balik yang terjadi sebagai respon tubuh terhadap dingin yaitu
menggigil, kelaparan, aktivitas otot, penyempitan pembuluh darah kulit, kulit
mengkerut, berdiri bulu roma (piloereksi)
*Mekanisme umpan balik yang terjadi sebagai respon tubuh terhadap panas adalah
pelebaran pembuluh darah, berkeringat, peningkatan pernafasan, nafsu makan
berkurang, lesu
Panas dapat masuk dan hilang ke dalam lingkungan dengan cara konveksi,
radiasi, evaporasi.
Konduksi adalah penjalaran panas melalui media dari suhu tinggi ke suhu
rendah. Penjalaran panas karena tumbukan antar molekul media. konduksi tergantung
kepada besarnya perbedaan temperatur dan konduktivitas termal dari bahan. Semakin
padat suatu media, maka konduktivitas termalnya semakin besar. Beberapa material
seperti logam merupakan konduktor yang baik, sedang udara merupakan penghantar
yang jelek.
Kehilangan panas melalui radiasi terjadi jika udara berhubungan langsung
dengan tubuh dan temperatur sekeliling obyek sangat rendah. Radiasi berupa transfer
energi panas dari permukaan obyek ke obyek lain dengan pancaran tanpa mengalami
kontak dari obyek tersebut. Benda hitam merupakan penyerap radiasi yang sangat
baik sehingga disebut radiator. Kehilangan panas melalui radiasi terjadi jika udara
berhubungan langsung dengan tubuh dan temperatur sekeliling obyek sangat rendah.
Kehilangan panas melalui konveksi apabila temperatur sekeliling obyek lebih
rendah dibanding suhu tubuh.Kehilangan panas akibat evaporasi jika antara output
evaporasi kulit dan pernafasan dari paru.Temperatur 15-20C sekitar 0,4-0,5 liter
penguapan melalui kulit disebut perspirasi insensibilis.Mekanisme umpan balik
terjadi pada mekanisme aktivitas dingin yaitu menggigil, kelaparan, aktivitas otot,
penyempitan pembuluh darah, kulit mengkerut.Mekanisme aktivitas panas, misal
3
pelebaran pembuluh darah, berkeringat, peningkatan pernafasan, nafsu makan
berkurang, lesu
Evaporasi (penguapan) adalah peralihan panas dari bentuk cairan menjadi gas.
Kehilangan panas secara evaporasi dapat terjadi apabila : (1) perbedaan tekanan uap
air antara keringat pada kulit dan udara;(2) temperatur lingkungan rendah dari
normal sehingga evaporasi dari keringat dapat terjadi dan dapat menghilangkan panas
dari tubuh dan itu dapat terjadi jika temperatur basah kering di bawah temperatur
kulit; (3) Adanya gerakan angin (4) kelembaban rendah. Jika udara kering evaporasi
dapat terjadi, tapi apabila udara lembab, maka evaporasi tidak terjadi. Kehilangan
panas melalui evaporasi merupakan gabungan evaporasi melalui kulit dan pernafasan.
Pada temperatur 15-200C, sekitar 0,4-0,5 liter penguapan melalui kulit disebut
perspirasi insensibilis. Pada suhu 70-80 F, kehilangan panas melalui radiasi sebesar
60-65 %, melalui evaporasi sebesar 20-30 %.
Transfer Panas
Reaksi kimia dalam tubuh, banyak tergantung pada temperatur. Menurunnya
reaksi kimia tubuh seiring dengan menurunnya temperatur (Hukum Vantt Hoff).
Konduksi merupakan induksi panas dari suatu obyek yang suhunya lebih tinggi ke
obyek lain dengan jalan kontak langsung.
Kecepatan konduksi tergantung kepada besarnya perbedaan temperatur dan
konduktivitas termal dari bahan.
Beberapa material seperti logam merupakan konduktor yang baik, sedang udara
merupakan penghantar yang jelek.
Konveksi disebabkan adanya aliran dari massa jenis udara panas yang sangat
ringan dibandingkan udara dingin.
Radiasi berupa transfer energi panas dari permukaan obyek ke obyek lain tanpa
mengalami kontak dari obyek tersebut.
4
Benda hitam merupakan penyerap radiasi yang sangat baik sehingga disebut
radiator.
Kehilangan panas secara evaporasi dapat terjadi apabila : perbedaan tekanan uap
air antara keringat pada kulit dan udara; temperatur lingkungan rendah dari
normal sehingga evaporasi dari keringat dapat terjadi dan dapat menghilangkan
panas dari tubuh dan itu dapat terjadi jika temperatur basah kering di bawah
temperatur kulit; Adanya gerakan angin dan adanya kelembaban.
Termometri
Mengetahui suhu secara obyektif
Macam-macam termometer:
1. Termometer air raksa/alkohol: Prinsip pemuaian dan penyusutan volume
air raksa/ alkohol karena perubahan suhu
2. Termometer tahanan : termometer elektronik dengan prinsip kerja jembatan
wheatston
3. Termometer elemen (termocouple) : termometer elektronik dengan prinsip
timbulnya gerak gaya listrik (ggl) pada dua plat berbeda yang mengalami
perbedaan suhu
4. Pyrometer optik: untuk pengukuran suhu tungku yang menyala, prinsip persanaan
nyala tungku dengan lampu listrik yang direkam arusnya dengan amperemeter
5. Berisi gas hihrogen atau helium : Prinsip peningkatan dan penurunan tekanan gas
yang terjadi karena pemuaian dan penyusutan volume gas akibat perubahan suhu.
Perubahan tekanan direkam dengan manoneter air raksa
Efek Panas
1. Efek fisik: pemuaian
2. Efek kimia: Reaksi kimia dalam tubuh, banyak tergantung pada temperatur.
Menurunnya reaksi kimia tubuh seiring dengan menurunnya temperatur (Hk
Vantt Hoff).
3. Efek Biologis: Gabungan efek fisik dan kimia, antara lain: vasodilatasi,
peningkatan aliran darah, penurunan viskositas darah,peningkatan tekanan O2 dan
5
CO2, peningkatan permeabilitas kapiler dan membran, peningkatan sel darah
putih
Metode pemanasan dalam Pengobatan
Teknik konduksi: kantong air panas, handuk panas, mandi uap, lumpur panas,
wax panas, elektrik pads (kawat elemen yang dibungkus asbes atau plastik).Untuk
pengobatan: neuritis, sprain(trauma sendi), strain (regangan otot berlebihan pada
orah raga berat), kontusio (memar), sialitis (radang kelenjar),Low back pain
(nyeri pinggang bawah)
Teknik Radiasi : Radiasi matahari, infra merah (lampu pijar 250 W- 1000 W dan
diberi filter merah).Gelombang yang digunakan antara 800-40.000 nm.Penetrasi
energi pada kulit ± 3mm di bawah kulit.Lebih efektif dari metoda konduksi
Metode Elektromagnetik : Short wave diathermy, micro wave diathermy,
diathermy induksi: dengan dua elektrode yang ditempatkan bersebelahan atau
melilitkan kabel pada bagian tubuh yang akan dipanaskan, kemudian dialiri arus
bolak-balik berfrekwensi tinggi sehingga bagian tubuh berada dalam lingkungan
medan magnet.Untuk kram otot, nyeri diskus intervertebrale, penyakit degeneratif
persendian, bursitis (radang bursa sendi), radang tendon, spain, strain
Gelombang Ultrasonik
Gelombang ultrasonik diperoleh dari gelombang bunyi dengan frekwensi 1 M
Hz. Piezo elektrik transduser diletakkan langsung pada jaringan. Intensitas yang
digunakan sekitar 5 Watt/ cm2.
Penggunaan ultrasonik lebih efektif pada tulang karena tulang lebih banyak
menyerap panas.
Energi Dingin
Kriogenik adalah pengetahuan dan tehnologi penggunaan suhu rendah
Efek dingin antara lain: merusak membran, dehidrasi intraseluler, denaturasi
protein, hipometabolisme seluler, iskemik lokal, penghentian perdarahan
(hemostasis), anastesi, pengawetan
6
Penggunaan: Penyimpanan, pengobatan nyeri, operasi kanker.
REFERENSI
Gabriel, Fisika Kedokteran
Ganong WF, 2003, Fisiologi Kedokteran, edisi 20, EGC
Guyton AC and Hall JE, 2000, Textbook of Med. Phys, 10th Ed, Saunders Philadelphia,
Martini, FH., Ober, WC., Garrison, CW.,Welch, K & Hutchings, RT., 2006 Fundamental
of Anatomy & Physiology, page 11-14
--------------------------
7