BIOENERGIK(metabolisme energi & pengaturan suhu)

1

Hukum Termodinamika I :“Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan” , tapi dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk lain.

Sumber energi : energi kimia (makanan)(energi input)

Pemakaian : energi kimia, mekanik, (energi output) listrik, osmotik, panas

2

Sumber energi : KH, Protein & Lemak

Bahan baku tubuh berasal dari bahan makanan

Bahan makanan penghancuran secara kimiaoleh ENZIM

Mikromolekul pembentuk karbohidrat,lipid & protein

3

Sumber energi : KH, Protein & Lemak

ProteinTelur → asam amino → sintesa albumin(mengandung albumin) serum

KarbohidratNasi → glukosa → sintesa glikogen otot(mengandung pati)

4

Sumber energi : KH, Protein & Lemak

Lemak / lipidMentega → asam lemak → lemak tubuh

gliserol

5

METABOLISME = ‘perubahan’Semua transformasi kimiawi dan energi yang

terjadi di dalam tubuh

KATABOLISME = pelepasan energi, untuk dimanfaatkan

ANABOLISME = pengambilan / penyimpanan energi

6

Metabolik interaksi “Fed State” atau metabolisme absorptif :

proses-proses anabolik Jalur reversibel condong ke proses anabolik Energi KH disintesis dan disimpan Asam amino membentuk protein,

kelebihannya disimpan

“Fasted state” or metabolisme post-absorptif : proses-proses katabolik

• Jalur condong untuk menyediakan energi bagi metabolisme

• cadangan glukosa darah organ yang membutuhkan.

“Fed State” atau metabolisme absorptif : proses-proses anabolik

Jalur reversibel condong ke proses anabolik Energi KH disintesis dan disimpan Asam amino membentuk protein,

kelebihannya disimpan

“Fasted state” or metabolisme post-absorptif : proses-proses katabolik

• Jalur condong untuk menyediakan energi bagi metabolisme

• cadangan glukosa darah organ yang membutuhkan.

7

8

Regulasi Insulin Regulasi Insulin

9

Regulasi GlukagonRegulasi Glukagon

10

Energi Aerobik & Anaerobik

Simpanan energi : glikogen, lemak & protein

Aerobik : fosforilasi oksidatif Anaerobik :

ATP ‘ready to use’ fosfokreatin glikolisis

11

Ringkasan konversi metabolik antar nutrienRingkasan konversi metabolik antar nutrien

12

13

Energi input Energi output

Food energy Metabolic pool in body

Internal work

External work

Thermal energy(heat)

Energy storage 25 %

75 %

Laju metabolik (matabolic rate) : kecepatan pemakaian energi oleh tubuh (kerja eksternal & internal), per satuan waktu.► kecepatan produksi panas► kilokalori / jam (kalori / jam)

Kalori : jumlah panas yg diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg H2O sebesar 1oC dari suhu 15oC ke 16oC.

Cara pengukuran laju metabolisme

1. Langsung : prinsip seperti kalorimeter bom. Objek dimasukkan ke ruang tertutup. Dihitung kenaikan temperatur yang dihasilkan.

2. Tidak langsung : kalori dihitung dengan mengetahui jumlah O2 yg digunakan, CO2 yg dihasilkan.

14

15

Bomb calorimeter= direct calorimetry

16

Nilai kalori bahan makanan

Bomb calorimeter (kalori potensial)

Coefficient of digestibility

Adjustment for -NH2

Nilai kalori fisiologis

Kcal/gram % Kcal/gram

CHO =4.10 97 4.0

PROT =5.65 92 -1.3 kcal/gram 4.0

FAT =9.45 92 9.0

ALCOHOL =7.0

100 7.0

Tujuan pengukuran laju metabolisme :

1. Menentukan keperluan kalori pada keadaan basal, dan selama melakukan pelbagai kerja tertentu.

2. Menyusun diit yang sesuai dengan kebutuhan kalori seeorang.

3. Membantu menegakkan diagnosa berbagai gangguan metabolisme.

17

Jumlah pemakaian energi (BB = 70 kg) selama melakukan berbagai aktivitas :

Aktivitas Energi (Kkal/jam)

Tidur DudukMengetik Jalan santaiBerenang Menaiki tangga

65100140200500

1,100

18

19

Penggunaan energi harian

1.Basal Metabolic Rate (BMR) - 60-75%

2.pencernaan & penyimpanan makanan – 10%

3. Aktivitas fisik – 15-30%

20

1.BMR (Tingkat Metabolik Dasar)

Berupa jumlah terkecil pemakaian energi internal dalam keadaan terjaga.

Untuk mempertahankan kehidupan dalam keadaan minimal (aktivitas metabolik dasar)

mencakup :- pertumbuhan, perbaikan, maintenance sel. -transmisi saraf -metabolisme otot dalam keadaan istirahat.

Nilai normal : berkisar 900 – 1900 kkal.

Kondisi pengukuran BMR :

1. Istirahat fisik, minimal 30 menit.2. Istirahat mental (untuk memperkecil :

tonus otot rangka & sekresi epinefrin)3. Suhu ruangan nyaman (tidak kepanasan

& tidak kedinginan)4. Tidak makan dalam 12 jam terakhir

21

2222

BMR tinggi pada :BMR tinggi pada :Usia mudaUsia mudaPermukaan tubuh luasPermukaan tubuh luasStress, demamStress, demamHyperthyroidismHyperthyroidismKehamilan Kehamilan

BMR rendah pada :BMR rendah pada :Pertambahan usiaPertambahan usiapuasapuasamalnutrisimalnutrisi

2. Aktivitas fisik (Kerja otot)Besarnya bergantung pada :

Jumlah otot yang terlibat Berat yang dipindahkan Masa / lamanya aktivitas

Kerja otot yang ringan ; duduk, berdiri, mengenakan pakaian akan menaikkan metabolisme 25-60 % di atas taraf basal.

Kerja mental yang berat; pemecahan soal matematik hanya menaikkan 3-4 % (Benedict). 23

3. Pemasukan makanan

Peningkatan produksi panas akibat pemasukan makanan disebut sebagai Specifik Dynamic Action (SDA) .

Kenaikan panas dimulai 1 jam setelah masuk makanan, maksimum pada jam ketiga, dan dipertahankan di atas taraf basal selama 6 jam / lebih.

SDA paling tinggi disebabkan protein (30 %). Karbohidrat 6 % dan lemak 4 %. SDA makanan campuran rata-rata ± 10 %.

24

Pengaruh Suhu lingkungan & suhu tubuh

Batas nyaman suhu “comfort zone” : pria 28-31oC, wanita 27-33oC. Dalam batas ini tidak ada pengeluaran keringat ataupun menggigil.

Suhu lingkungan rendah merangsang produksi panas tubuh.

Kenaikan suhu tubuh akan menaikkan taraf metabolisme. Kenaikan suhu tubuh 1oC akan meningkatkan taraf basal sebesar 13-14 %.

25

Pengaruh hormon

Berbagai hormon dapat mempengaruhi metabolisme energi

Penting : katekolamin- epinefrin & norepinefrin dan tiroksin.

Sekresi maksimal katekolamin dapat meningkatkan metabolisme 30-80 % (efek terhadap lemak & karbohidrat)

Tiroksin mempengaruhi oksidasi seluler. Pada hipotiroid BMR 25-40 % dibawah normal, hipertiroid BMR 40-80 di atas normal.

26

3 status keseimbangan energi

Balanced energy intake: not losing or gaining weight

Negative energy balance (weight loss): energy intake < energy expended

Positive energy balance (weight gain): energy intake > energy expended

27

SUHU TUBUH

28

29

Kenapa menjaga keseimbangan ST menjadi PENTING ?

Laju aktifitas ENZIM dipengaruhi oleh Laju aktifitas ENZIM dipengaruhi oleh Temperatur/SuhuTemperatur/Suhu

TemperatureTemperature

ActivitActivityy ReversiblReversibl

eeNon-Non-ReversibleReversible

37°C37°C43°C43°C

55°C55°C

30

Manusia adalah homeothermic. ST internal (core) : 36.1 - 37.80C.

Suhu normal → metabolisme sel stabil

↑ suhu tubuh (41oC) → kejang (gangguan fungsi saraf)(43oC) → denaturasi

protein irreversibel → kematian

↓ suhu tubuh → ↓ aktivitas metab. ↓ Kebutuhan O2

31

32

Termoregulatorik

Suhu inti (central core)SSPThoraks, abdomen, otot-otot rangka

Suhu lapisan pembungkus (outer shell)Kulit & jaringan subkutis

Range : oral → 36,1 – 37,2 oC

rektal → 36,1 – 37,8 oC

33

Body Temperatures: Core and Skin

COLD HOT

Skin temperature tends to be colder than core temperature at a normal state

Normal33-34o C

27o C 47o C37o C

27o C 47o C37o C

Normal37o C

Core Temperature

Skin Temperature

34

Variasi suhu tubuh :

Biological clock (jam biologis)↓ Morning ( 6-7 am ), ↑ evening ( 5-7 pm)

Menstrual cycleovulation – menstruation : ↑ 0,5oC

Exercise Suhu lingkungan yg ekstrim

keseimbangan ST menyerupai keseimbangan ENERGY

35

Heat Gain (HG) = Pembentukan Panas

Heat Loss (HL) = Pembuangan Panas

HG >> HL = + ST meningkat

HG << HL = - ST menurun

HG = HL = 0 ST tidak berubah

Regulation of Body Temperature

36Figure 24.25

Faktor pembentuk panas (HG):

BMR Aktivitas otot Hormon : tiroksin, katekolamin

(adrenalin, noradrenalin) SDA makanan

Lingkungan (radiasi, konduksi) menggigil

37

Faktor pengeluaran panas (HL): Radiasi Konduksi terpenting Konveksi evaporasi Urine & Feces

38

39

HIPOTALAMUS ; sensitivitas 0,01oC

TERMORESEPTOR

REGIO POSTERIOR REGIO ANTERIOR

↑ HEAT GAIN↓ HEAT LOSS

↓ HEAT GAIN↑ HEAT LOSS

Suhu dingin Suhu panasmengaktifkan

Respon tubuh terhadap perubahan suhu

Somatik Otonomik Hormonal Perilaku

40

41

Respon terhadap suhu panas

Respon somatik : berkipas, mencari tempat teduh

Respon otonom : vasodilatasi pembuluh kulit, berkeringat.

Respon hormonal : -

Respon perilaku: apatis, malas bergerak, minum, pakaian tipis.

42

Respon terhadap suhu dingin

Respon somatik : menggigil, berolahraga

Respon otonom : vasokonstriksi, piloereksi

Respon hormonal (humoral) : sekresi epinefrin

Respon perilaku (behavior) : mengenakan pakaian tebal, curling up, makan.

Various Sites to Measure Skin Temperature

43

Istilah

Afibril: suhu tubuh normal Pireksia: suhu di atas normal Hiperpireksia: demam tinggi

(>41oC) Hipotermia: suhu tubuh dibawah

normal.

44

DEMAM

45

DEMAM Demam – peningkatan suhu tubuh

akibat adanya peningkatan suhu set point di hipotalamus.

Hipertermia – peningkatan suhu tubuh akibat ketidakseimbangan antara pembentukan dan pembuangan panas.

46

47

Virus, bakteria

Kompleks imunSel tumor

Pirogen endogen : Cytokines

Menaikkan set point di hipotalamus

Prostaglandin

HYPOTHALAMUS

antipiretik

Patofisiologi demam

48

- menggigil

- merinding

- vasokonstriksi

- Merasa ‘kedinginan’

49

Patofisiologi demam

bila “thermostat” hipotalamus kembali normal (karena diberi antipiretik atau penyakit sembuh), suhu kembali turun ke nilai normal:

•berkeringat

•Vasodilatasi

•Merasa ‘kepanasan’