PENGATURAN PANAS TUBUH DR. ZAIRUL ARIFIN, SpA, DAFK DEPARTEMEN FISIKA KEDOKTERAN FAKULTAS KEDOKTERAN USU MEDAN
HOMEOSTASIS HOMEOTERM - Pada manusia dan binatang berdarah panas - Panas tubuh dibawa oleh darah - Suhu tubuh hasil keseimbangan produksi panas dan pengeluaran panas POIKILOTERM - Pada binatang berdarah dingin - Suhu tubuh tergantung suhu lingkungan
HYPOTHALAMUS HYPOTHALAMUS ANTERIOR - Mengatur suhu panas - Menghilangkan panas dengan : vasodilatasi kulit, RR, berkeringat, anorexia HYPOTHALAMUS POSTERIOR - Mengatur suhu dingin - Aktifitas pembentukan panas, menggigil, vasokonstriksi kulit, lapar
PEMBENTUKAN PANAS 1. Reaksi oksidasi KH, Protein, Lemak SDA dari makanan : 60% KH, 30 % Protein, Lemak 10% 2. Reaksi biokimia eksoterm 3. Kontraksi otot-otot menggigil
HUKUM van HOFF - Metebolisme tubuh suhu tubuh Kebutuhan energi berbanding terbalik dengan kenaikkan suhu yang berasal dari : - metabolisme tubuh - kerja otot - lingkungan - makanan hangat - Brown fat
KEBUTUHAN TUBUH AKAN KALORI Kebutuhan total kalori/hari : Berat Badan Ideal (BBI) x 45 satuan kalori BBI = (TB 110) + (TB 110) x 10% KEBUTUHAN KARBOHIDRAT : Kebutuhan kalori KH/hari : Kebutuhan total kalori/hari / 2 Jumlah KH/hari dlm gram : Kebutuhan kalori KH/hari / 4 KEBUTUHAN PROTEIN : Kebutuhan kalori protein/hari : Kebutuhan total kalori/hari / 4
Jumlah protein/hari dalam gram : (Total kebutuhan kalori/hari : 4) :4 /2 KEBUTUHAN LEMAK Kebutuhan kalori lemak/hari : Kebutuhan total kalori/hari (kebutuhan kalori KH) (kebutuhan kalori protein) Jumlah lemak/hari dalam gram : Kebutuhan lemak/hari : 9 SOAL: Seseorang BB 67 kg, TB 171 cm, Berapa total kalori/hari, berapa KH, protein, lemak yang diperlukan?
FISIKA TUBUH MANUSIA Pemakaian Energi : MASUKAN(INPUT) TUBUH MANUSIA Energi PANAS ( Makanan ) PENYIMPANAN ENERGI ( OUTPUT) Minuman KERJA ( INTERNAL & EKSTERNAL ) MESIN MANUSIA ENERGI INPUT Energi kimia dalam makanan masukan energi tubuh Karbohidrat Glukosa & monosakarida Pencernaan Lemak Gliserol & asam lemak Protein Asam Amino Dibakar dengan O 2 dari pernafasan Bila suhu tubuh tidak cukup untuk membakar langsung enzim (katalisator ) Bahan bakar + O 2 Katalisator air + CO 2 + energi pembakaran aerobik / respirasi tergantung : - pencernaan - absorbsi - pemakaian Terutama oleh KH,beberapa oleh lemak, sedikit oleh protein < intake << (kelaparan )
Bahan Bakar Tubuh Energi Dilepaskan WO/kg Nilai kalori Per L / O 2 Digunakan Karbohidrat 5,3 k cal / liter 17,2 4,1 k cal / g Lemak 4,7 k cal / liter 39,4 9,3 k cal / g Protein 4,3 k cal / liter 23,4 4,1 k cal / g Diet 4 8 5,0 k cal / liter Bensin 11,4 k cal / g Batubara 8,0 k cal / g Kayu 4,5 k cal / g 1 k cal = 4184 joule Bila O 2 < untuk respirasi erobik normal, misal kerja berat proses anerobik respirasi glukosa di otot asam laktat + energi.
Mengukur Pemakaian energi : Masukan makanan tidak dapat dipakai, karena sebagian disimpan. A. Pengukurang Langsung : Kalorimeter manusia - Ruangan : tinggal beberapa hari, input / output dicatat. Panas yang dihasilkan diukur dari kenaikan suhu pada pipa berisi air disekeliling ruangan. B. Pengukurang Tidak Langsung : ( RESPIRATION QUOTIENT ) RQ = Volume Volume CO O 2 2 yang yang dipakai dihasilkan
Kerja Eksternal / mekanikal Untuk kerja eksternal seperti duduk / berdiri membutuhkan aktivitas tambahan pada otot untuk mempertahankan posisi tubuh. Energi & Efisiensi Tenaga output yang dihasilkan Efisiensi = x 100 % Tenaga input Organ tubuh punya efisiensi berbeda : dari ginjal < 1 %, sampai otot jantung waktu bekerja : 25 30%. Selama kerja sedang, tubuh menghasilkan tenaga dengan efisiensi ± 20 %, yang dapat dibandingkan dengan mesin buatan manusia.
KEHILANGAN PANAS 1. 75 % melalui kulit : - penguapan / keringat - konduksi - konveksi - radiasi 2. 20 % melalui paru-paru : - evaporasi 3. 5 % melalui ekskreta : - faeces & urine
SKEMA SISTEM PENGELUARAN PANAS Kepadatan titiknya mengisyaratkan kandungan panas dalam darah. Darah berada dalam keadaan paling dingin setelah meninggalkan kulit
TRANSFER PANAS PADA MANUSIA 1. KONDUKSI : 3 5 % - Perpindahan panas dengan kontak langsung / penghantaran - Jq: kkal/jam, ks: koef.konduksi kulit, ka: koef.konduktivitas udara, T2-T1 : beda suhu udara-kulit, x : jarak antaranya (Hk Newton empiris) Rumus : Jq= ks x ka x (T2-T1) ks+ka x
CONTOH SOAL SUHU UDARA 36 C, SUHU TUBUH YANG KONTAK LANGSUNG DGN UDARA 37 C. BERAPA BESAR ALIRAN PANAS KONDUKSI PADA ORANG ITU BILA JARAK ANTARANYA 0,01 cm? ( ANGGAP ks = 1, ka = 0,7 )
KONVEKSI : 15 % - Perpindahan panas karena aliran panas - ρ udara panas < ρ udara dingin - Berbanding lurus dengan perbedaan suhu kulit dengan kecepatan udara - Rumus : Jq = KcAc( Ts Ta ) - Kc=10,45 v + 10 v kcal/m 2 /jamc - Kecepatan angin antara 2-20 m/dtk Ta : suhu udara Ts : suhu kulit Ac : luas permukaan tubuh
CONTOH SOAL SESEORANG BERLIBUR DI PEGUNUNGAN, CUACA CERAH, SUHU UDARA 30 C, KECEPATAN ANGIN 340 cm/det. LUAS PERMUKAAN TUBUH 1,2 m 2. BERAPA BESAR ALIRAN PANAS SECARA KONVEKSI PADA ORANG TERSEBUT JIKA SUHU TUBUH DIANGGAP NORMAL?
WINDCHILL Suhu udara berangin dirasakan lebih dingin dari suhu yang terukur Pra kiraan cuaca di musim dingin : suhu Aktual dan suhu windchill Kehilangan panas melalui konveksi > pada udara bergerak daripada udara diam
RADIASI : 60 % - Perpindahan panas dari permukaan suatu objek ke objek lain secara pancaran tanpa kontak - Jq = e σ A r ( Tw 4 Ts 4 ) e = emisi permukaan (manusia = 1) σ=konstante Boltzman(5,67x10-8 N/m²) r=perbedaan permukaan radiasi efektif Du Bois,0,78 berdiri, 0,85 bergerak A=area, Tw=suhu dinding, Ts=suhu kulit
CONTOH SOAL SESEORANG LAKI-LAKI ( A = 1,8 m² ), SEHAT, BERLATIH SENAM DI SUATU RUANGAN YANG SUHUNYA 27 C. BERAPA BESAR ALIRAN RADIASI DARI TUBUH KE UDARA?
RADIASI TUBUH TERGANTUNG: 1. Suhu permukaan tubuh 2. Suhu udara sekitarnya 3. Luas permukaan tubuh total & bagian yang tertutup 4. Keadaan permukaan tubuh serta warnanya 5. Warna dan jenis pakaiannya 6. Jumlah darah pada pembuluh darah dekat permukaan kulit
EVAPORASI : 22 % - Peralihan panas dari cairan uap - Manusia 3,1Cal/g penguapan paru-paru - Jq max = 13,7 - V 0,5 ( P kulit P udara ) Pkulit = tek. vapor pada kulit (milibar) Pudara = tek. vapor pada udara (milibar) 1 Atm = 1,013 bar 1 Kal(kkal)/jam = 1,162 Watt
CONTOH SOAL KECEPATAN ANGIN 340 cm/det. TEKANAN UAP AIR PADA KULIT ORANG DENGAN SUHU TUBUH 37 C, 157 milibar TEKANAN UAP AIR DI UDARA 150 milibar BERAPA PANAS YANG HILANG MELALUI EVAPORASI PADA KULIT ORANG ITU?
KEHILANGAN PANAS LEWAT EVAPORASI 1. PERBEDAAN TEKANAN UAP AIR ANTARA KERINGAT PADA KULIT DENGAN UDARA AMBIEN 2. SUHU LINGKUNGAN RENDAH DARI NORMAL 3. ADANYA GERAKAN ANGIN 4. ADANYA KELEMBABAN
KECEPATAN EVAPORASI TUBUH DITENTUKAN OLEH: 1. KELEMBABAN RELATIF UDARA 2. KECEPATAN BERGERAK UDARA / ANGIN 3. LUAS PERMUKAAN TUBUH YANG TERBUKA
Normal keringat keluar 7 kkal/jam atau 7% dari pengeluaran panas tubuh walau tak terasa Udara panas/berolahraga,keluar keringat 1 liter/jam Penguapan 1 liter(1 kg) membawa panas 580 kkal Jumlah yang menguap tergantung gerakan udara dan kelembaban relatif
Pengeluaran panas melalui paru, waktu Inspirasi udara jadi jenuh oleh air Air tambahan waktu ekspirasi membawa panas keluar dalam jumlah sama seperti pada kulit Pengeluaran panas total melalui bernafas 14% dari pengeluaran panas tubuh
PAKAIAN MENCEGAH TRANSFER PANAS - JENIS BAHAN PAKAIAN - TEBALNYA - TENUNAN / RAJUTAN - UKURAN BENANGNYA - WARNANYA (UNTUK RADIASI) - WIND PROOF (UNTUK KONVEKSI) - PAS KE TUBUH (UNTUK KONVEKSI) - DAYA SERAP KERINGAT (EVAPORASI)
EFEK BUSANA - Clo SUHU KULIT NORMAL NYAMAN : 34 C SATUAN BUSANA Clo : -NILAI INSULATIF BUSANA AGAR NYAMAN : - SUHU 21 C - KECEPATAN ANGIN 0,1 m/det. - KELEMBABAN < 50%
1 Clo : BUSANA BIASA/RINGAN UNTUK KERJA 2 Clo : LEBIH MAMPU BERTAHAN PADA SUHU DINGIN 4 Clo : INSULASI BUSANA SESEORANG DI KUTUB 6 Clo:INSULASI BULU SERIGALA KUTUB