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