Biofisika

Aplikasi Biologi dalam
Kehidupan
Biofisika
• Sinyal Listrik Dari Tubuh
-
-
Biolistriksitas seperti elektrokardiogram diketahui hampir satu abad
sebelum biomagnetisme ditemukan.
Magnetokardiogram yaitu sinyal magnetik yang dipancarkan oleh
jantung
Orang telah mengenal adanya ikan listrik “terpedo dan belut”
berabad abad sebelum listrik dipelajari.
Luigi Galvani seorang ahli anatomi dari italia , menemukan bukti
pertama bahwa listrik berperan dalam kontraksi otot pada tahun
1786. Beliu menyatakan bahwa apabila dua potong logam yang
berbeda dihubungkan dan ujung-ujung bebas dari keduanya
disentuhkan kebeberapa bagian otot seekor kodok yang telah mati,
otot kodok akan berkontraksi.
Alessandro Volta juga meneliti fenomena ini dan dalam prosesnya
menemukan baterai salah satu penemuan yang terpenting dalam
sejarah fisika. Temuan tersebut merupakan arus listrik tetap
pertama.
-
Listrik yang dihasilakan oleh tubuh berfungsi untuk
mengendalikan dan mengoprasikan saraf, otot dan berbagai
organ. Kerja otak pada dasarnya bersifat elektrik.
Sistim Saraf dan Neutron.
1.
2.
Sistim syaraf dibagi menjadi bagian :
Sistim syaraf pusat
Sistim syaraf otonom
-
Sistim Saraf Pusat
Terdiri dari otak, korda spinalis dan saraf perifer. Serat saraf
neuron yang menyalurkan informasi dari otak atau korda spenalis
keotot dan kelenjar. disebut pula dengan saraf eferen
Sistim saraf otonom
Mengendalikan berbagai organ internal, misal: Jantung, usus dan
kelenjar
-
Otak
-
-
Otak merupakan organ terpenting bagi tubuh dan mendapat
perlindungan khusus.
Otak dibungkus oleh tiga membran didalam tengkorak protektif dan
karena otak mengembang didalam cairan serebrospinalis “CSS”
yang berfunsi sebagai peredam kejut.
Otak terhubung dengan kardospinalis yang juga dikelilingi CSS dan
dilindungi oleh tulang belakang.
Potensial Listrik Saraf
-
-
Dipermukaan atau membran setiap neuron, terdapat beda potensial
listrik atau voltase akibat muatan negatif neto dipermukaan dalam
membrandan muatan positif neto dipermukaan luar.
Muatan neto adalah hasil dari intekasi rumit antara ion-ion negatif
dan positif.
Neuron dikatakan mengalami polarisasi dan bagian dalam sel
biasanya lebih negatif 6 sampai mV dari pada bagian luar. Beda
potensial ini disebut potensial intirahat neuro.
-
-
-
Penjelasan sederhana tentang potensial istirahat dapat diperoleh
dari suatu odel yang didalamnya terdapat sebuah membrean sangat
tipis yang memisahkan larutan netral KCL pekat awal.
Muatan yang terpisahberlaku sebagai kapasitor bermuatan yang
sederhana, menghasilakan medan listrik E yang mengarah dari kiri
kekanan.
Pembahasan tersebut menguraikan suatu model sederhana untuk
menjelaskan adanya beda potensial diantara kedua sisi membran,
dilain pihak potensi istirahat disebuah saraf jelas merupakan hal
yang lebih rumit.
Sinyal Listrik Dari Otot Elektromiogram
-
Informasi diagnosa tentang otot dapat diperoleh dari aktivitas listrik.
Dalam informasi diagnosis mengenai kelistrikann, pada dasarnya
menelusuri tentang transmisi potensial aksi dari akson keotot,
tempat potensial aksi menimbulkan kontraksi otot. EMG dapat
diperoleh dari otot atau unit motorik yang dirangsang secara elektris.
Sinyal Magnetik dari Jantung dan Otak
“ Magnetokardiogram dan
Magnetoensefalogram”
-
-
-
Karena aliran muatn listrik menghasilakan medan magnet ,arus
dijantung saat depolarisasi dan repolarisasi juga mengasilkan
medan magnet. Magnetikardiografi mengukur medan magnet yang
sangat lemah disekitar jantung.
Peredaman medan magnet jantung disebut magnetokadiografi
MKG . Medan magnet disekitar jantung adalah kira-kira 5 x 10
pangkat mines sebelas telsa (T) atau sekitar sepersejuta kekuatn
medanmagnet bumi. Denga stuna satuan centimeter gram deti
“cgs” untuk medan magnet adalah gauss ; T = sepuluh pangkat
empat gauss.
Untuk mengukur medan magnet yang lemah diperlukan ruangan
yang terlindung secara magnetik dan detektor medan magnet yang
sangat peka dengan alat yang namanya mognometer.
-
-
-
-
Salah satu detektor yang juga disebut SQUID bekerja pada suhu
tertentu dan dapat mendeteksi medan magnet tetap atau berubah
sampai sekecil 10 pangkat mines T.
Magnetometer SQUID juga digunakan untuk meredam medan
magnet yang mengelilingi otak.
Tidak semua medan magnet yang dihasilkan didalam tubuh terjadi
akobat arus ion. Tetapi tubuh juga dapat tercemar oleh bahan –
bahan magnetik.
Seorang pekerja asbestos menghirup serat-serat asbes yang
mengandung partikel-partikel besi oksida, sehingga medan magnet
dari besi tersebut bisa teroksidasi melalui paru sehingga jumlah
debu asbestos yang dihirup menandakan besar kecilnya medan
magnet dalam tubuh pekerja.
Biasanya medan magnet dari seorang asbestos sekitar seperseribu
dari 5 x 10 pangkat mines delaoan T
Riset Terakhir dari Kelistrikan Tubuh
-
-
-
Ditubuh banyak fenomena kelistrikan dan pemahaman kita tentang
fenomena tersebut sangatlah bergam.
Salah satu proses kehidupan yang dikendalikan secar elektrik
adalah pertumbuhan tulang
Tulang mengandung kalogen yang merupakan suatu bahan
piezoeletrik : apabila diberikan suatu gaya kepada kalogen akan
berbentuk potensial kecil. Kalogen biuasanya menghantarkan arus
bermuatan negatif
Kristal mineral tulang “apati” yang terletak dekat dengan kalogen
menghantarkan arus bermuatan positif
Pada tautan antara kedua jenis semikonduktor arus akan mengalir
kesuatu arah tepi dan ini adalah gagasan dasar dalam mengubah
sinyal ac menjadi dc.
Walaupun sistim saraf otonom tidak berada dibawah kendali
“ volunter” namun ini dapat dipengaruhi oeleh rangsangan ekternal.
-
-
-
Salah satu untuk mempegaruhi sistim dan telah dikjenal selama
beberapa saat adalah umpan balik hayati “biofeedback”
Pada umpan balik hayati indipidu secsrs sadar menjadi bagian dari
sirkuit umpan balik.
Sensor yang memantau suhu kulit , sinyal otak atau kerja saraf
subnyek mengasilkan sinyal yang diperkuat dan disajikan oleh
subjek yang kemudian mencoba melalui konsentrasi untuk
memperoleh efek yang diiginkan.
Melalui umpan balik hayati, funsi tubuh yang secara normal
dikendalikansecara sadar.
• ENERGI adalah;
KONSEP DALAM ILMU
FISIKA
Sumber Energi
MAKANAN
Bahan Bakar
Untuk Bekerja
MANFAAT
Daya Tubuh
Tubuh menggunakan energi dari makanan,
mengoperasikan organ sehingga menimbulkan panas
Kekebalan energi tubuh dapat di tulis sebagai suatu
persamaan sederhana
Perubahan
simpanan energi di
tubuh (makanan,
energi, lemak tubuh
dan panas tubuh
=
Pengeluaran
panas tubuh
Hukum pertama termodinamika
+
Kerja yang
di lakukan
Rumus Hukum termodinamika
• AU = AQ – AW
Ket: AU = Perubahan Simpanan Energi
AQ = Panas yang hilang
AW = Kerja yang di lakukan
ENERGI TUBUH
Energi satuan SI untuk energi newton – Meter (Nm)/Jule(J)
Alih Energi
KKal/menit
Produksi panas
KKal = Kalori makanan
Sehingga asupan makanan 2400 kalori / hari sama dengan
1 Kal = 4, 184 J
Maka
2400 KKal/hari = 1 x 107 J/hari
Makanan mengalami oksidasi setelah di konsumsi
Lavaoisier
(1784)
Konsumsi oksigen meningkat selama makan
Jaman sekarang oksidasi terjadi karena sel-sel tubuh
• Pada oksidasi melalui pembakaran terjadi
pembebasan panas
Panas yang di bebaskan
sebagai energi metabolisme sedangkan kecepatan
pembentukan energi di sebut laju metabolisme
Contoh : Oksidasi Glukosa
-66 H12 O6
C6 H12 O6
Ket :
6 H2O 6CO2 + 287 x 106 J
1 Mol Glukosa (0,18 Kg) Berikatan dengan
6 Mol 2 (0, 192 Kg) menghasilkan
6 Mol H2O (0, 108 Kg) dan Co2
(0, 264 Kg) serta membebaskan energi panas 2, 87 x 10
1.
2.
3.
4.
5.
Pengeluaran panas melalui radiasi
Pengeluaran panas melalui konveksi
Pengeluaran panas melalui evaporasi
Aliran darah vena membantu mengendalikan suhu tubuh
Efek Busana – c/o
a1.
Semua benda mengeluarkan energi dalam bentuk
radiasi elektromagnetik. Pada kondisi normal sekitar
separuh energi kita lenyap melalui radiasi bahkan
saat suhu ……………Jauh lebih rendah dari suhu
tubuh
a2
Pengeluaran panas melalui konveksi (HC) dapat di lihat dari
persamaan
Hc = Kc Ac (Ts-Ta).
Kc = parameter berganang pcl
Ac = Luas permukaan
Ts = Suhu Kulit
Ta = Suhu Udara
Apabila suhu udara 25°C dan luas permukaan efeltif 1,2m² tubuh
ttelanjang akan kehilangan
…..2,3 KKal / Jam melalui konveksi.
Jumlah ini sekitar 2% dari seluruh kehilangan panas tubuh.
- Jelas kehilangan panas melalui konveksi lebih besar
apabila
udara bergerak daripada udara diam
- Sesuai dengan konsep windehiil
- Suhu beragam lebih dingin dari suhu normal
• a3 Evaporasi = penguapan
• Pada saat diam metode pendinginan ini agak
kurang penting.
• Pada kondisi olahraga keringat basa keluar
lebih dari 1ų
• Pada saat biasa pengeluaran panas sekitar
14% dari
pengeluaran panas tubuh.
a4.
• Karena adanya radiasi panas dari tubuh maka
pemindahan
panas bergantung dari suhu
kulit.
• Setiap faktor yang mempengaruhi suhu kulit
juga mempengaruhi panas
• Pada musim panas atau lingkungan hangat,
darah vena kembali ke jantung. Mengalir dekat
kepermukaan kulit sehingga meningkat dan
akan meningkatkan panas tubuh.
ad5
Suhu normal 34°C – dengan suhu yang
nyaman 21°C dengan kecepatan
91m/ kelembabab
kurang dari 50%
Busana mampu….untuk mempertahankan
suasana yang dingin