Kesesuaian Sistem Badan Terhadap Hukum-Hukum Fisika

Untuk menjelaskan bagaimana kesesuaian sistem badan terhadap hukum-hukum Fisika sanggup dijelaskan dengan banyak sekali contoh berikut.

a.         Listrik berperan penting di dalam kontrol sistem fungsi badan manusia. Muatan listrik memilih respon seluler terhadap stimulasi, mencakup resting state, treshold state, active state. Resting state adalah respon dasar sel dikala besar stimulasi di bawah batas minimum aktifasi sel; threshold state adalah respon sel dikala besar stimulasi mencapai batas minimum aktifasi sel; active state adalah respon sel dikala 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 melaksanakan fagositosis dan sel otot yang berkontraksi.

            Di dalam badan manusia, kita mengenal dua pecahan kompartemen besar yang berisi cairan. Bagian yang terletak di dalam sel, dibatasi oleh membran sel disebut cair intra sel (cis). Sedangkan pecahan yang terletak di luar sel disebut dengan cair ekstra sel (ces). Komponen penyusun cis dan ces sebagian besar ialah 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 dikala 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 ialah 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 gampang dirangsang atau kurang sensitif. Contoh ialah sel syaraf yang berselubung myelin pada pecahan aksonnya. Selubung myelin menyebabkan ketebalan membran akson syaraf bertambah sehingga pada pecahan yang terdapat myelin, akson syaraf menjadi kurang sensitif atau tidak gampang dirangsang.

b.         Manusia diciptakan bisa bangun dan berjalan dengan tegak, berbeda dengan golongan monyet atau simpanse. Prinsip inilah yang penting untuk selalu diingat dan menjadi teladan dasar mendiskusikan biomekanika badan manusia. Tuhan menganugerahkan 2 pasang extremitas, yaitu : tangan dan kaki sebagai anggota gerak utama. Organ badan utama di dalam biomekanika ialah otot dan rangka. Kedua organ tersebut membentuk sistem lokomotoris. Otot merupakan jaringan kontraktil yang mempunyai elastisitas. Gaya yang dihasilkan oleh otot bersama-sama menyerupai dengan gaya pada pegas, yang disebut dengan gaya recoil. Sifat dari gaya recoil ialah 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 menyerupai kolagen dan jaringan ikat penyekat antar alveolus. Biomekanika badan insan sanggup dipandang pada dua fungsi utama, yaitu stabilitas dikala membisu dan bergerak. Stabilitas dikala membisu dan bergerak melibatkan beberapa sistem gaya yang bekerja baik pada badan maupun pada lingkungan. Kontrol dan manipulasi terhadap sisitem gaya inilah yang diyakini menjadi klarifikasi banyak sekali fenomena medis.

Pemahaman wacana stabilitas statis tidak terlepas dari pengertian sistem tuas tubuh.

Pada dasarnya keseimbangan sistem gaya badan 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 ialah 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 mempunyai sifat mengalir. Tubuh manusia

memliki 2 macam zat yang mengalir, yaitu udara di dalam jalan masuk 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 mempunyai molekul yang lebih terikat longgar, lantaran itu terdapat gaya adhesi dan kohesi. Tekanan fluida cair muncul akhir gravitas sehingga selalu tegak lurus terhadap bidang tekan.

Fluida Gas Pada Respirasi

Gas merupakan materi baku proses respirasi. Sebagian orang beropini bahwa gas yang dihirup dikala ide berbeda dengan gas yang keluar dikala ekspirasi. Pendapat ini telah usang dipathkan oleh Dalton yang mengungkapkan 2 aturan penting, yaitu:

1. tekanan udara merupakan kumulatif dari tekanan parsial komponen gas penyusunya,

2. komponen tekanan parsial O₂ selalu lebih besar dari CO₂ baik dikala ide maupun

ekspirasi.

Gas yang masuk ke dalam paru dikala insprasi mengisi sebagian besar jalan napas mulai dari jalan masuk napas atas yang berdiameter besar sampai jalan masuk 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 jalan masuk napas lain hampir tidak berubah. Hal inilah yang menyebabkan tekanan dan presentase O₂ dikala ekspirasi tetap lebih besar. Hukum Dalton menjelaskan mengapa mekanisme proteksi napas buatan kondusif dilakukan dan sangat bermanfaat. Gas ekspirasi merupakan materi baku proteksi napas buatan.

Alveolus merupakan unit fungsional dari sistem respirasi. Alveolus harus terus mengembang dan dihentikan kolaps. Upaya badan 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 gampang lantaran 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 aturan yang diringkas dalam sebuah persamaan berikut

 ;   = resistensi ,  = tekanan , v = kecepatan alir.

Sesak napas sanggup disebabkan oleh peningkatan tekanan udara yang melalui jalan napas, menyerupai pada kondisi emfisema dimana begitu besar tekanan udara di dalam paru melalui jalan masuk napas yang menyempit dikala ekspirasi. Sebaliknya penurunan kecepatanalir udara  insprasi menandakan adanya resistensi yang besar terutama pada jalan masuk napas atas. Kondisi ini menandakan adanya obstruksi, baik yang bersifat parsial maupun total. Untuk mendapat volume paru bersama-sama dibutuhkan konversi melalui aplikasi aturan Boyle Gay Lussac yang meyatakan bahwa hasil kali dari tekanan dan volume akan tetap selamanya konstan sehingga kalau tekanan dan volume diukur pada dua kondisi berbeda, hasil kalinya tetap akan sama. Kondisi berbeda tersebut ialah 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 badan pada suhu

= suhu badan 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 dikala ide maupun ekspirasi dalam bentuk grafik yang mengikuti gerakan napas. Kelemahan pengukuran memakai spirometer ialah tidak bisa 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 aturan yang menyerupai dengan aturan 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 ialah konstan. Bernauli ikut membuktikan kebenaran dari aturan 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 memilih sifat aliran.

Aliran darah sanggup dibedakan menjadi dua jenis, yaitu anutan laminar dan tubulen. Arah anutan laminar sejajar dengan bidang pembuluh darah yang dilalui dan bersifat tenang. Sedangkan anutan turbulen arahnya berputar dan tidak terkendali.

Pada massa jenis dan viskositas yang tetap, perubahan sifat anutan darah dari laminar menjadi turbulen disebabkan oleh peningkatan tekanan (P) dan kecepatan (v). Perubahan anutan darah sanggup diprediksikan melalui pengukuran bilangan Reynould. Bilangan Reynould yang melebihi 2000 menujukan potensi anutan turbulensi pada pembuluh darah tersebut. Hal ini mengindikasikan adanya peningkatan tekanan yang sanggup disebabkan faktor internal atau eksternal. Salah satu faktor internal yang sering dikaitkan dengan anutan turbulensi ialah atherosklerosis.