3.1. fisika

7/24/2019 3.1. fisika

1/60

FISIKA SISTEM KARDIOVASKULAR

e-mail: [email protected]

7/24/2019 3.1. fisika

2/60

Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mengikuti perkuliahan ini, saudara diharapkan sbb : Menjelaskan aspek-aspek fisika dari SKV (darah, pembuluh darah, danjantung)

Menjelaskan jantung sebagai pompa ganda dan kerja jantung

Menjelaskan tekanan darah dan pengukurannya

Menjelaskan prinsip Bernoulli dan hukum Poiseuille pada SKV

Menjelaskan tentang bunyi jantung


7/24/2019 3.1. fisika

3/60

Komponen Utama Sistem Kardiovaskular Sistem sirkulasi darah mempunyai 3 komponen dasar yaitu:

Jantung merupakan satu organ sebesar kepalan tanganmanusia yang mekanisme kerjanya mirip dengan pompa untukmemberikan tekanan pada pembuluh darah agar darah dapatsenantiasa mengalir di dalam tubuh.

Pembuluh darah yang merupakan saluran berbentuk pipa

untuk mengalirkan dan mengarahkan darah ke seluruh bagiantubuh.

Darah adalah sekumpulan sel berbentuk cairan yangmembawa elektrolit, nutrisi, serta oksigen ke seluruh tubuhdan mengembalikan karbon dioksida ke paru-paru serta sisa

metabolisme ke organ ekskresi.


7/24/2019 3.1. fisika

4/60

Komponen Utama Sistem Kardiovaskular

Setiap kali berkontraksi bagian jantung memompa sekitar 80 ml (orangdewasa normal)

Diperlukan sekitar satu menit bagi sel darah merah untuk menjalani satusiklus lengkap dalam tubuh.

Volume darah didistribusikan tidak secara seragam, sekitar 80% darah

dalam sirkulasi sistemik dan 20% berada dalam sirkulasi pulmonary.


7/24/2019 3.1. fisika

5/60


Salah satu indikator kesehatan jantung adalah terjadinya peningkatandenyut nadi pada saat beristirahat

Waktu yang tepat untuk mengecek denyut nadi adalah saat kita bangunpagi dan sebelum melakukan aktivitas apapun

Pada saat itu kita masih relaks dan tubuh masih terbebas dari zat-zatpengganggu seperti nikotin dan kafein

http://nursingbegin.com/denyut-nadi-normal-manusia/http://nursingbegin.com/denyut-nadi-normal-manusia/

7/24/2019 3.1. fisika

6/60

Cara mengukur denyut nadi :


Setelah menemukan denyut nadi, tekan perlahan

kemudian hitunglah jumlah denyutannya selama 15detik, setelah itu kalikan 4, ini merupakan denyut

nadi dalam 1 menit.

7/24/2019 3.1. fisika

7/60


Denyut nadi pada orang yang sedang beristirahat adalah60 80 kali permenit untuk orang dewasa,80 100 kali permenit untuk anak-anak,100 140 kali permenit pada bayi.

http://nursingbegin.com/cara-mengukur-denyut-nadi/http://nursingbegin.com/cara-mengukur-denyut-nadi/http://nursingbegin.com/cara-mengukur-denyut-nadi/

7/24/2019 3.1. fisika

8/60


Bila Anda semakin bugar, denyut nadi Anda sewaktu istirahat akanmakin menurun, kuat dan lebih teratur. Namun denyut nadi bisa lebihcepat jika seseorang dalam keadaan ketakutan, habis berolah raga,atau demam.

Umumnya denyut nadi akan meningkat sekitar 20 kali permenit untuksetiap satu derajat celcius penderita demam.

http://nursingbegin.com/gangguan-pengaturan-suhu-tubuh/http://nursingbegin.com/gangguan-pengaturan-suhu-tubuh/

7/24/2019 3.1. fisika

9/60


Sedangkan untuk mengetahui kekuatan denyut jantung maksimal yaitudengan rumus:Nadi Max = 80% x (220 umur )Misalkan anda sekarang berusia 40 tahun maka kekuatan maksimal

jantung anda adalah 80 % X 180 = 144 kali/menit.

Yang perlu diperhatikan adalah, denyut nadi yang terlalu cepat, terlalulambat, atau tidak beraturan dapat berarti gangguan pada jantung

http://nursingbegin.com/asuhan-keperawatan-pada-klien-dengan-infark-miokard-akut/http://nursingbegin.com/asuhan-keperawatan-pada-klien-dengan-infark-miokard-akut/http://nursingbegin.com/asuhan-keperawatan-pada-klien-dengan-infark-miokard-akut/http://nursingbegin.com/asuhan-keperawatan-pada-klien-dengan-infark-miokard-akut/http://nursingbegin.com/asuhan-keperawatan-pada-klien-dengan-infark-miokard-akut/

7/24/2019 3.1. fisika

10/60



7/24/2019 3.1. fisika

11/60



7/24/2019 3.1. fisika

12/60


7/24/2019 3.1. fisika

13/60


7/24/2019 3.1. fisika

14/60


Dahulu, hitung sel darah merah/putih biasanya dilakukan dengan

mengencerkan darah dengan jumlah tertentu, meneteskannya di kacaobjek, dan menghitung jumlah sel.

Instrumen untuk menghitung sel darah merah adalah coulter counter.


7/24/2019 3.1. fisika

15/60


Gambar 2. Coulter counter

7/24/2019 3.1. fisika

16/60


Prinsip kerjanya adalah darah yang diencerkan dilewatkan melaluisebuah kapiler halus; sel-sel darah tersebut melewati kapiler satupersatu dan saat berjalan di kapiler tersebut, sel-sel tersebutmelewati dua elektrode yang mengukur resistensi listrik di kapiler.Setiap sel darah merah menyebabkan perubahan resistensi sesaat

sewaktu sel tersebut lewat. Perubahan resistensi tampak sebagaipulsa listrik yang dihitung di suatu sirkuit elektronik


7/24/2019 3.1. fisika

17/60

Jantung Sebagai Pompa Ganda Jantung seperti pompa ganda melalui dua sistem sirkulasi utama:

Sirkulasi pulmonal di paru

Sirkulasi sistemik di bagian tubuh lainnya

Jantung mempunyai dua mekanisme pompa yang terpisah yang dibagimenjadi bagian kanan dan kiri, serta memiliki empat rongga, satu ronggaatas dan satu rongga bawah di setiap bagiannya.

Rongga atas (atrium) menerima darah yang kembali ke jantungkemudian menyalurkannya ke rongga bawah.


7/24/2019 3.1. fisika

18/60

Rongga bawah (ventrikel), adalah rongga yang bertugas untuk

memompa darah ke luar dari jantung.

Kedua bagian jantung dipisahkan oleh sebuah sekat pemisah yangdisebut septum untuk mencegah darah bercampur dari kedua sisi

jantung.


7/24/2019 3.1. fisika

19/60

Gambar 4. Distribution of the blood


9%

7%

13%

7%

64%

7/24/2019 3.1. fisika

20/60


Gambar 1. Jantung. (a) Dinding otot yang lebih tebaldan kuat di sisi kiri tempat sebagian kerja dilakukan,(b) potongan melintang memperlihatkan sirkular

ventrikel kiri

7/24/2019 3.1. fisika

21/60

Sirkulasi sistemik yang jauh lebih besar, sisi kiri jantung harusmenghasilkan tekanan sekitar 16 kPa (120 mmHg) pada puncak(sistol) dari setiap siklus jantung. Selama fase istirahat (diastol),tekanannya biasanya sekitar 10,5 kPa (80 mmHg).


7/24/2019 3.1. fisika

22/60

Sirkulasi pulmonal di paru

Kita akan memulai dari darah yang kembali ke jantung melalui vena cava dan

mengalir menuju atrium kananjantung, darah yang berada di atrium kanan adalahdarah yang konsentrasi oksigennya rendah karena telah diambil oleh jaringantubuh. Darah dari atrium kanan kemudian dialirkan menuju ventrikel (bilik) kanan,darah kemudian dipompa keluar melalui arteri pulmonalis menuju paru-paru. Diparu-paru terjadi pertukaran udara antara CO2 dan O2.

Oleh karena itu, sisi kanan jantung menerima darah dari

sirkulasi sistemik dan memompanya ke paru-paru.


7/24/2019 3.1. fisika

23/60

Sirkulasi sistemik

Darah yang berasal dari paru-paru dan telahkaya akan O2 dikembalikan ke atrium kiri

jantung melalui vena pulmonalis, darah dariatrium kiri ini kemudian dialirkan menujuventrikel kirijantung yang kemudian akandipompa ke seluruh tubuh kecuali paru.

Oleh karena itu, sisi kiri jantung menerima darah dari paru-paru danmemompanya ke seluruh tubuh kecuali paru.


7/24/2019 3.1. fisika

24/60


Gambar 3.Sistem sirkulasi lingkaran tertutupdengan dua pompa

7/24/2019 3.1. fisika

25/60

Kerja Jantung

Daya, atau laju pemakaian energi :

P = E/t = p V/t.

Contoh soal: kita menganggap bahwa tekanan rata-rata adalah sekitar 13

kPa (100 mmHg). Apabila volume darah sebanyak 8 x 10-5 m3 (80 ml)dipompa setiap detik (denyut nadi 60/mnt), maka dayanya adalah


7/24/2019 3.1. fisika

26/60


Gambar 5. Di sepanjang sistem sirkulasi, tekanan

bervariasi.

7/24/2019 3.1. fisika

27/60

Tekanan Darah dan Pengukurannya

Metode pengukuran tekanan darah ada dua macam, yaitu: secara

langsung dan tidak langsung

Pengukuran secara langsung:

ke dalam pembuluh darah dimasukkan sebuah jarum berongga dan

kateter (selang plastik berongga) disusupkan melalui jarum tersebut.


7/24/2019 3.1. fisika

28/60

Kateter yang dipasang di lengan; saat keteterisasijantung, kateter didorong ke dalam rongga-ronggajantung. Setiap beberapa menit, stopcock diputarsehingga beberapa milimeter larutan pembilas

mengalir melalui kateter untuk mencegahterbentuknya bekuan di ujung kateter. Cairan masuk kekubah transduser tekanan, tempat cairan tersebutmendorong diafragma logam ke bawah. Diafragma

menjadi tertekuk dan menggerakkan suatu angkerdinamo yang dililit oleh kawat halus pengukurketegangan (strain).


7/24/2019 3.1. fisika

29/60

Sejak awal kawat halus tersebut sudah teregang,dan gerakan angker ke bawah meningkatkanketegangan kedua kawat. Meningkatnya ketegangan

meregangkan kawat-kawat ini sehingga kawatmenyempit dan resistensinya meningkat. Dua kawatlainnya mengalami sedikit tekanan. Berkurangnyaketegangan di dua kawat ini menyebabkan

keduanya lebih tebal dan resistensinya berkurang.


7/24/2019 3.1. fisika

30/60

Dengan menempatkan kawat yang mengalamitegangan dan tekanan di sisi lain jembatan secaraberlawanan, dapat diperoleh keluaran voltase yang

menggerakkan suatu meteran atau memperlihatkanbentuk gelombang pulsatif pada layar video atauperekam. Setiap gelembung udara di sistem akanmenimbulkan kelainan pada bentuk gelombang

tekanan yang terekam. (gambar di bawah)


7/24/2019 3.1. fisika

31/60


Gambar 6. Pengukuran tekanan darah secara langsung

7/24/2019 3.1. fisika

32/60


Pengukuran tidak langsung/Sfigmomanometer: Aliran darah arterike lengan disumbat oleh manset yang menggembung. Saat udaradikeluarkan secara bertahap, stetoskop yang diletakkan di atas arteribrakialis digunakan untuk memdengar bunyi Korotkoff (K). Tekanan

saat bunyi K pertama kali terdengar menunjukkan ketinggian tekanansistolik. Saat bunyi K menghilang atau berubah menunjukkan tekanandiastolik


7/24/2019 3.1. fisika

33/60


Satuan pengukur tekanan biasanya adalah mmHg atau kPa (1 mmHg =0,133 kPa).

Pada gambar diperlihatkan secara skematis pengukuran tekanan darahsecara langsung yang dilakukan pada orang yang sedang berdiri;manometer tabung kaca terbuka terhubung ke arteri di kaki, lengan atas,

dan kepala.


7/24/2019 3.1. fisika

34/60


Gambar 7. (a) Apabila kapiler kaca dihubungkan ke arteri

di berbagai lokasi (b) Apabila tubuh mengalami

percepatan ke atas sebesar 3 g, maka darah tidak akan

menca ai otak

7/24/2019 3.1. fisika

35/60


Tekanan yang lebih besar di kaki, sedangkan tekanan di kepalaberkurang. Karena air raksa memiliki densitas kira-kira 13 kalidibandingkan dengan darah ( Hg = 13,6 x 103 kg/m3, darah = 1,04 x103 kg/m3), suatu kolom air raksa akan memiliki tinggi 1/13 daripadatinggi kolom darah.

Tekanan rerata di jantung adalah 100 mmHg, darah akan naik rata-rata1,3 m di atas jantung. Apabila gravitasi naik menjadi 3 kali lipat, darah

hanya naik sekitar 43 cm di atas jantung dan tidak akan mencapai otakjika kita berdiri


7/24/2019 3.1. fisika

36/60

Penerapan Prinsip Bernoulli pada sistem KV

Prinsip Bernoulli didasarkan pada hukum konservasi (kekekalan energi).Tekanan dalam suatu cairan adalah bentuk suatu energi potensial (EP)sedangkan dalam cairan yang bergerak terdapat energi kinetik (EK).

Energi kinetik rata-rata persatuan volume 10-3 kg (10-6 m3= 1 ml) darahsewaktu darah meninggalkan jantung dapat dihitung, karena kecepatan

rata-rata adalah sekitar 0,3 m/s, maka :

EK = mv2 = x 10-3 kg x (0,3 m/s)2 = 4,5 x 10-5 J


7/24/2019 3.1. fisika

37/60


Gambar 8. Sewaktu kecepatan cairan meningkat di

bagian sempit tabung, sebagian dari energi potensial

(tekanan) diubah menjadi energi kinetik

7/24/2019 3.1. fisika

38/60

Kecepatan Darah Mengalir dalam Tubuh

Pada gambar terlihat bahwa kecepatan aliran darahberbanding terbalik dengan luas potonganmelintang pembuluh yang mengangkut darah.

Kecepatan rata-rata di aorta adalah sekitar 0,3 m/s;di kapiler, kecepatannya hanya sekitar 10-3m/s (1mm/s). Di kapilerlah terjadi pertukaran O2 dan CO2


7/24/2019 3.1. fisika

39/60


Gambar 9. Kurva putus-putus memperlihatkan

perubahan luas penampang sistem sirkulasi secara

sistematis

7/24/2019 3.1. fisika

40/60

Tabel 1. Physical characteristics of the circulation

Vessel Cross sectionalarea (cm2) Velocities (cm/s) Pressures(mmHg)

Aorta 2.5 33 80-120

Small arteries 20 80-100

Arterioles 40 35-80

Capillaries 2500 0.3 10-35

Venules 250 0-10

Small veins 80 0-2Vena cavae 8 5 0-2

Pulmonal A. 8-25


7/24/2019 3.1. fisika

41/60

Viskositas () fluida

Satuan SI untuk viskositas adalah pascal-detik (Pa.s).

Viscosity of the blood is influenced by the hematocrit (percentage of thecells in the blood) and plasma protein concentration

Viscosity of the blood ~ 3 x of water.

Viscosity of water is 10-3 Pa.s on temperature

20 oC.


7/24/2019 3.1. fisika

42/60

Viskositas Darah

Perokok umumnya memiliki hematokrit yang lebih tinggi daripada bukan

perokok. Hal ini disebabkan bahwa perokok menghirup 250 ml CO darisetiap bungkus rokok.

Semakin besar hematokrit, semakin tinggi viskositas, yang meningkatkaninsidensi penyakit KV misalnya stroke dan serangan jantung.


7/24/2019 3.1. fisika

43/60


Gambar 10. Seiring meningkatnya % hematokrit,

viskositas juga meningkat

7/24/2019 3.1. fisika

44/60

Viskositas Darah

Untuk memahami hukum-hukum yang mengendalikan aliran darah di

sistem sirkulasi, Poiseuille pada abad ke-19 mempelajari aliran darah didalam tabung-tabung berbagai ukuran.

Factors influencing the rate of blood flow: pressure difference, radius ofthe vessel, length of the vessel and viscosity.

Example: arterioles diameter (4-25 m)


7/24/2019 3.1. fisika

45/60

7/24/2019 3.1. fisika

46/60


Gambar 11. Eksperimen Poiseuille

7/24/2019 3.1. fisika

47/60

Aliran Darah-Laminar dan Turbulen

Apabila cairan mengalir dalam sebuah tabung panjang yang mengecil(jari-jari tabung mengecil), kecepatan akan secara bertahap meningkatsampai ke titik tercapai kecepatan kritis, Vc, terlampaui dan terjadi aliranturbulen.


7/24/2019 3.1. fisika

48/60

Aliran Darah-Laminar dan Turbulen

Osborne Reynolds meneliti sifat ini pada tahun 1883 dan memastikan

bahwa kecepatan kritis sebanding dengan viskositas cairan danberbanding terbalik dengan densitas cairan dan jari-jari R tabung,yaitu:

Apabila terdapat belokan atau obstruksi, angka Reynold menjadi lebihkecil. R

K

cV


7/24/2019 3.1. fisika

49/60

Bunyi Jantung

Bunyi jantung yang terdengar dengan stetoskop disebabkan oleh getaranyang berasal dari jantung dan pembuluh besar.

Membuka dan menutupnya katup jantung sangat berperanmenghasilkan bunyi jantung; saat itu terjadi aliran turbulen dan sebagiandari getaran yang terjadi berada dalam rentang yang dapat didengar.

Pada Gambar diperlihatkan bunyi-bunyi yang terdengar denganstetoskop pada jantung normar. Bunyi lain dapat terdengar apabila

jantung tidak normal.


7/24/2019 3.1. fisika

50/60

Bunyi Jantung

Dapat terjadi murmur apabila terdapat penyempitan (katup aorta) yangmenimbulkan aliran turbulen pada sebagian siklus jantung..

Jumlah dan kualitas bunyi jantung bergantung pada desain stetoskopserta tekanan pada dinding dada, lokasinya, orientasi tubuh, serta fasebernapas.

Bunyi jantung normal berada dalam rentang frekuensi 20 sampai sekitar200 Hz.


7/24/2019 3.1. fisika

51/60


Gambar 11. Hubungan waktu antara EKG (bawah), bunyi

jantung (fonokardiogram), dan tekanan darah ventrikel kiri

dan aorta (atas)

7/24/2019 3.1. fisika

52/60

Contoh (1):

Aorta mempunyai luas penampang 2,5 cm2. Bila debit darah adalah 5liter/menit, maka berapa laju darah di aorta, dan berapa luas arteri bilalaju darah di arteri adalah 10 cm/s ?


7/24/2019 3.1. fisika

53/60

Jawab (1):

Debit = Q = 5 liter/menit = (5x10-3

)/60 m3

/sLuas penampang aorta = 2,5 cm2

= 2,5 x 10-4 m2

Gunakan persamaan kontinuitas

v = Q/A = (5x10-3)/(60x 2,5 x 10-4 )m/s

= 0,33 m/s = 33 cm/s

Di arteri : v = 10 cm/s = 0,1 m/s,

jadi luasnya = Q/v = (5x10-3)/(60x 0,1) m2

= 8,33 cm2.


7/24/2019 3.1. fisika

54/60

Contoh (2):kasus penyempitan pembuluh darah

Misal debit darah pada pembuluh arteri jantung adalah 100 cm3/menituntuk tekanan darah 100 mmHg. Bila jari-jari pembuluh arteri turunsebesar 20 %, maka berapa tekanan darahnya ?


7/24/2019 3.1. fisika

55/60

Jawab (2):

Jari-jari arteri menjadi 0,8 r0, akan menimbulkan efek = (0,8 r0)4 = 0,41

r04

Jadi debit darah menjadi = (0,41) x 100 cm3/menit = 41 cm3/menit.

Bila diatasi dengan kenaikan tekanan, maka tekanan menjadi = 100

mmHg/0,41 = 244 mmHg.


Contoh (3):

7/24/2019 3.1. fisika

56/60

Contoh (3):Kasus orang ketakutan

Seorang yang mempunyai debit darah 100 cm

3

/menit mempunyaitekanan darah 120 mmHg. Bila tiba-tiba ia dikejar anjing herder besar,maka debit naik menjadi 5 kali normal, berapa tekanan darahnya ?Bagaimana cara mengatasinya

Jawab :

Bila kenaikan debit hanya diatasi dengan tekanan, maka tekanan = 5 x120 mmHg = 600 mmHg.


7/24/2019 3.1. fisika

57/60

Cara mengatasinya (soal-3):

Perubahan tekanan.

Perubahan jari-jari pembuluh arteriol.

Hati-hati pada penggunaan obat dengan efek vasodilatasi dan penderitajantung.


7/24/2019 3.1. fisika

58/60

Latihan Soal-Soal

1. Hitunglah tekanan sistolik (dalam Pa) bila tekanan sistolik normaladalah 120 mm Hg.

2. Darah mengalir dari aorta (r = 9 mm) dengan laju 0,33 m/s menujubeberapa arteri. Bila luas penampang total arteri adalah 20 x 10-4 m2,maka hitunglah laju darah di arteri?

3. Bila tekanan menurun dari aorta hingga arteri adalah 90 mmHg, dandebit darah untuk orang normal adalah 0,83 x 10-4 m3/s, makaberapakah besar hambatan pada pembuluh darah tersebut?


L tih S l S l

7/24/2019 3.1. fisika

59/60

Latihan Soal-Soal

4. Hitunglah daya pada jantung untuk orang normal dalam keadaanistirahat? (tekanan darah rata-rata dalam keadaan istirahat adalah 100mm Hg)


7/24/2019 3.1. fisika

60/60

Daftar Pustaka

John R. Cameron, dkk. Physics of The Body ( terjemahan :Fisika Tubuh Manusia oleh Dra Lamyarni I.Sardy, M.Engedisi ke-2). Jakarta : Sagung Seto. 2006.

Alan H. Cromer. Physics for The Life Sciences 2nd (terjemahan : Fisika untuk Ilmu-Ilmu Hayati oleh Dr.Sumartono P., M.Sc edisi ke-2). Yogyakarta : Gadjah MadaUniversity Press. 1994.

3.1. fisika

Documents

Transcript of 3.1. fisika