Mengenai Saya

Foto saya
jember, jember, Indonesia
Alumni fisika MIPA Universitas Jember

Untuk menjelaskan bagaimana kesesuaian sistem tubuh terhadap hukum-hukum Fisika dapat dijelaskan dengan berbagai contoh berikut.
a.         Listrik berperan penting di dalam kontrol sistem fungsi tubuh manusia. Muatan listrik menentukan respon seluler terhadap stimulasi, meliputi resting state, treshold state, active state. Resting state adalah respon dasar sel saat besar stimulasi di bawah batas minimum aktifasi sel; threshold state adalah respon sel saat besar stimulasi mencapai batas minimum aktifasi sel; active state adalah respon sel saat besar stimulasi melebihi batas minimum aktifasi sel. Bentuk aktifasi sel beragam, bergantung jenis dan fungsi sel, contoh : sel endokrin mensekresi hormon, sel B limfosit mensekresi antibodi, sel makrofage yang melakukan fagositosis dan sel otot yang berkontraksi.
            Di dalam tubuh manusia, kita mengenal dua bagian kompartemen besar yang berisi cairan. Bagian yang terletak di dalam sel, dibatasi oleh membran sel disebut cair intra sel (cis). Sedangkan bagian yang terletak di luar sel disebut dengan cair ekstra sel (ces). Komponen penyusun cis dan ces sebagian besar adalah elektrolit yang mengandung ion bermuatan listrik. Semakin besar perbedaan muatan listrik antara cis dan ces, semakin besar pula potensi listrik yang dihasilkan. Perbedaan muatan listrik antara cis dan ces inilah yang disebut dengan beda potensial membran.
Komposisi di dalam cis dan ces bersifat dinamis dan selalu berubah, mengingat kedua kompartemen tersebut saling berhubungan. Pada saat resting, komposisi ion cis dan ces menghasilkan bedaan muatan listrik, dimana muatan listrik cis lebih kecil dibandingkan dengan muatan listrik ces. Beda potensial tersebut terukur dengan galvanometer menghasilkan nilai negatif (pada sel syaraf = -70 m volt). Nilai negatif mengisaratkan bahwa muatan listrik cis kurang 70 volt daripada ces. Artinya, muatan positif relatif lebih banyak pada ces, sedangkan muatan negatif relatif menumpuk di cis. Perbedaan inilah yaang kemudian disebut dengan resting membrane potensial (RMP).
Hukum Coulomb yang menyatakan bahwa gaya tarik (F) yang diciptakan oleh RMP adalah berbanding lurus dengan besar muatan ion (Q) yang berada di cis maupun di ces dan
berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r2) antara cis dan ces. Fenomena ini disebut
dengan bioelektrostatika.
Kuadrat jarak antara cis dan ces dipahami sebagai tebal membran sel; semakin tabal membran sel maka semakin kecil gaya tarik (F) yang ditimbulkan, artinya potensi listrik statis juga semakin kecil. Sel cenderung tidak mudah dirangsang atau kurang sensitif. Contoh adalah sel syaraf yang berselubung myelin pada bagian aksonnya. Selubung myelin menyebabkan ketebalan membran akson syaraf bertambah sehingga pada bagian yang terdapat myelin, akson syaraf menjadi kurang sensitif atau tidak mudah dirangsang.

b.         Manusia diciptakan mampu berdiri dan berjalan dengan tegak, berbeda dengan golongan kera atau simpanse. Prinsip inilah yang penting untuk selalu diingat dan menjadi acuan dasar mendiskusikan biomekanika tubuh manusia. Tuhan menganugerahkan 2 pasang extremitas, yaitu : tangan dan kaki sebagai anggota gerak utama. Organ tubuh utama di dalam biomekanika adalah otot dan rangka. Kedua organ tersebut membentuk sistem lokomotoris. Otot merupakan jaringan kontraktil yang memiliki elastisitas. Gaya yang dihasilkan oleh otot sebenarnya mirip dengan gaya pada pegas, yang disebut dengan gaya recoil. Sifat dari gaya recoil adalah makin diregang, makin besar gaya reaksi yang dikeluarkan otot tersebut. Hal ini sesuai dengan Hukum Frank Starling. Selain otot, gaya recoil juga dimiliki oleh jaringan kontraktil lain seperti kolagen dan jaringan ikat penyekat antar alveolus. Biomekanika tubuh manusia dapat dipandang pada dua fungsi utama, yaitu stabilitas saat diam dan bergerak. Stabilitas saat diam dan bergerak melibatkan beberapa sistem gaya yang bekerja baik pada tubuh maupun pada lingkungan. Kontrol dan manipulasi terhadap sisitem gaya inilah yang diyakini menjadi penjelasan berbagai fenomena medis.
Pemahaman tentang stabilitas statis tidak terlepas dari pengertian sistem tuas tubuh.
Pada dasarnya keseimbangan sistem gaya tubuh dibedakan menjadi 3 sistem tuas. Sistem tuas yang pertama menempatkan pengumpil (o) berada diantara gaya berat (w) dengan gaya yang ditimbulkan oleh respon konraksi otot (m). Salah satu contoh aplikasi sistem tuas pertama adalah kemampuan menegakan kepala dan leher. Berat kepala (w) direspon oleh gaya dari sekumpulan otot penyangga kepala dan leher.

c.         Fluida diartikan sebagai zat alir atau zat yang memiliki sifat mengalir. Tubuh manusia
memliki 2 macam zat yang mengalir, yaitu udara di dalam saluran napas dan darah di dalam pembuluh darah. Karakteristik antara fluida cair dan gas berbeda dalam beberapa hal. Sifat fluida gas molekul penyusunya bebas bertumbukan. Inilah sumber dari tekanan fluida gas yang tidak pernah tegak lurus terhadap bidang tekan. Sedangkan fluida cair memiliki molekul yang lebih terikat longgar, karena itu terdapat gaya adhesi dan kohesi. Tekanan fluida cair muncul akibat gravitas sehingga selalu tegak lurus terhadap bidang tekan.
Fluida Gas Pada Respirasi
Gas merupakan bahan baku proses respirasi. Sebagian orang berpendapat bahwa gas yang dihirup saat inspirasi berbeda dengan gas yang keluar saat ekspirasi. Pendapat ini telah lama dipathkan oleh Dalton yang mengungkapkan 2 hukum penting, yaitu:
1. tekanan udara merupakan kumulatif dari tekanan parsial komponen gas penyusunya,
2. komponen tekanan parsial O2 selalu lebih besar dari CO2 baik saat inspirasi maupun
ekspirasi.
Gas yang masuk ke dalam paru saat insprasi mengisi sebagian besar jalan napas mulai dari saluran napas atas yang berdiameter besar hingga saluran napas bawah yang berdiameter lebih kecil. Gas yang kaya O2 ditukar dengan CO2 yang dibawa oleh darah. Pertukaran ini hanya terjadi di alveolus, sedangkan komposisi gas di saluran napas lain hampir tidak berubah. Hal inilah yang menyebabkan tekanan dan presentase O2 saat ekspirasi tetap lebih besar. Hukum Dalton menjelaskan mengapa prosedur pemberian napas buatan aman dilakukan dan sangat bermanfaat. Gas ekspirasi merupakan bahan baku pemberian napas buatan.
Alveolus merupakan unit fungsional dari sistem respirasi. Alveolus harus terus mengembang dan tidak boleh kolaps. Upaya tubuh menjaga alveolus untuk tetap mengembang dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu : tegangan permukaan yang tinggi pada dinding alveolus dan sisa udara ekspirasi yang tertinggal (residual volume) sebagian di dalam alveolus.
Tekanan di dalam alveolus berbanding lurus dengan besar tegangan permukaan, namun berbanding terbalik dengan besar jejari atau volume alveolus. Pernyataan ini dinyatakan Laplace dalam sebuah Hukum yang diringkas dalam sebauah persamaan, yaitu
 ; P = tekanan intra alveolus ,  = tegangan permukaan , R = jari-jari.
            Aliran udara masuk dan keluar paru berlangsung dengan tidak mudah karena terdapat tahanan atau resistensi sepanjang jalan napas. Resistensi berbanding lurus dengan besar tekanan udara di dalam jalan napas dan berbanding terbalik dengan kecepatan alir udara melewati jalan napas. Hal ini dinyatakan oleh Ohm melalui hukum yang diringkas dalam sebuah persamaan berikut
 ;   = resistensi ,  = tekanan , v = kecepatan alir.
Sesak napas dapat disebabkan oleh peningkatan tekanan udara yang melalui jalan napas, seperti pada kondisi emfisema dimana begitu besar tekanan udara di dalam paru melalui saluran napas yang menyempit saat ekspirasi. Sebaliknya penurunan kecepatanalir udara  insprasi menunjukan adanya resistensi yang besar terutama pada saluran napas atas. Kondisi ini menunjukan adanya obstruksi, baik yang bersifat parsial maupun total. Untuk mendapatkan volume paru sebenarnya diperlukan konversi melalui aplikasi hukum Boyle Gay Lussac yang meyatakan bahwa hasil kali dari tekanan dan volume akan tetap selamanya konstan sehingga bila tekanan dan volume diukur pada dua kondisi berbeda, hasil kalinya tetap akan sama. Kondisi berbeda tersebut adalah tekanan,volume dan suhu alat spirometer serta tekanan, volume dan suhu tubuh.
= P atm – P spirometer pada suhu
= suhu spirometer dalam K
= hasil pengukuran spirometer
= P atm – P tubuh pada suhu
= suhu tubuh dalam K
= volume paru sesungguhnya
Pengukuran volume udara respirasi dilakukan dengan cara tidak langsung, yaitu melalui alat yang disebut spirometer. Alat ini mencatat volume udara saat inspirasi maupun ekspirasi dalam bentuk grafik yang mengikuti gerakan napas. Kelemahan pengukuran menggunakan spirometer adalah tidak mampu mengukur volume residu dan volume paru yang diperoleh belum menggambarkan kondisi sebenarnya.
Fluida Darah Pada Sirkulasi
Fluida cair yang mengalir di dalam pembuluh darah disebut dengan darah. Kecepatan
alir darah melalui pembuluh darah bergantung pada beberapa faktor antara lain: luas penampang pembuluh darah, perubahan tekanan, panjang pembuluh darah dan viskositas.
Hukum Kontinuitas menyatakan bahwa volume cairan per satuan waktu (Q) yang keluar sama dengan yang masuk. Semakin kecil luas penampang pembuluh darah, semakin cepat laju alir darah. Hukum Kontinuitas membuktikan luas penampang mempengaruhi kecepatan alir darah.
Bernauli menyatakan sebuah hukum yang mirip dengan hukum kontinuitas. Hukum
Bernauli memperbaiki kelemahan dari kontinuitas yang tidak memperhitungkan faktor massa jenis dan beda ketinggian. Hukum Bernauli menyatakan bahwa energi dari sebuah fluida cair adalah konstan. Bernauli ikut membuktikan kebenaran dari hukum kekekalan energi.
E = C
W + Ep + Ek = C
P. V + ½ m v2 + mgh = C
P.V + ½ ρ v2 + ρgh = C
Tekanan darah yang mengalir di dalam pembuluh darah menentukan sifat aliran.
Aliran darah dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu aliran laminar dan tubulen. Arah aliran laminar sejajar dengan bidang pembuluh darah yang dilalui dan bersifat tenang. Sedangkan aliran turbulen arahnya berputar dan tidak terkendali.
Pada massa jenis dan viskositas yang tetap, perubahan sifat aliran darah dari laminar menjadi turbulen disebabkan oleh peningkatan tekanan (P) dan kecepatan (v). Perubahan aliran darah dapat diprediksikan melalui pengukuran bilangan Reynould. Bilangan Reynould yang melebihi 2000 menujukan potensi aliran turbulensi pada pembuluh darah tersebut. Hal ini mengindikasikan adanya peningkatan tekanan yang dapat disebabkan faktor internal atau eksternal. Salah satu faktor internal yang sering dikaitkan dengan aliran turbulensi adalah atherosklerosis.

0 komentar:

Poskan Komentar

About