Penerapan Hukum Termodinamika dalam Metabolisme Tubuh

Oleh: Dr. Ir. Vina Serevina, M.M, Yohanna Emanina, Fisika Dasar, UNJ 2021

Ilmu fisika memiliki keterkaitan yang erat dengan kehidupan manusia, salah satunya yaitu hubungan antara ilmu fisika dengan metabolisme tubuh.

Metabolisme tubuh ini merupakan suatu proses kimia yang terjadi di dalam sel tubuh yang mengubah makanan dan minuman yang dikonsumsi menjadi energi. Energi diperlukan oleh tubuh agar sel dan jaringan tubuh tetap sehat, bertumbuh dan berkembang, serta fungsinya dapat berjalan dengan baik. Dengan adanya energi juga aktivitas sehari -- hari bisa berjalan dengan lancar.

Proses metabolisme dibagi menjadi dua yaitu anabolisme dan katabolisme. Katabolisme merupakan proses memecah bahan organic seperti proses memecah makanan agar nutrisi yang terkandung di dalamnya bisa dimanfaatkan oleh tubuh.Anabolisme merupakan proses memproduksi suatu zat, seperti produk protein dari asam amino. 

Secara umum, anabolisme memecah molekul organic (melepas energi) dan membentuk molekul organic (mengonsumsi energi). Karbohidrat, lemak (lipid), dan asam amino adalah molekul yang penting untuk kehidupan. Reaksi metabolism ini bisa memproduksi molekul -- molekul tersebut ketika pembangunan sel dan jaringan atau menggunakan nya sebagai sumber energi.

Dari sini kita dapat lihat energi sangat berperan penting. Salah satu ilmu fisika yang berkaitan dengan kasus ini yaitu hukum pertama termodinamika.

Hukum Pertama Termodinamika

Hukum pertama termodinamika merupakan hukum kekekalan energi yang fungsinya dalam berbagai proses, dan dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

Dok. Pribadi

Ketika energi yang tersimpan berkurang , kalor akan berpindah dari tubuh  dan tubuh akan menghasilkan kerja .

Sumber: sumberbelajar.belajar.kemdikbud.go.id

Perpindahan kalor dalam tubuh manusia terdiri dari kalor yang diproduksi dari proses metabolisme tubuh dan kalor yang hilang akibat dari proses konduksi, konveksi serta radiasi. Secara umum, perpindahan kalor dalam tubuh manusia dapat dituliskan dengan persamaan:

Dok. Pribadi

Hukum Pertama Termodinamika dan Tubuh Manusia

Untuk keseimbangan energi, di bawah kondisi steady-state di mana suhu tubuh inti dan suhu sekitar tetap konstan, kuantitas energi yang dihasilkan akan sama dengan kuantitas energi yang dihamburkan. Oleh karena itu, hukum pertama termodinamika dapat terjadi pada tubuh manusia. Energi total yang diproduksi di dalam tubuh disebut laju metabolisme (dM). Ini  terkait dengan total produksi energi metabolik tubuh (dH), dan kerja eksternal yang dilakukan oleh tubuh (dW), oleh persamaan:

Dok. Pribadi

Ada analogi yang jelas jika ini dibandingkan dengan ekspresi untuk Hukum Pertama. dH bervariasi dari satu orang ke orang lain, dan tergantung pada aktivitas yang terlibat di dalamnya, dan pada area permukaan tubuh. Rata-rata, luas permukaan tubuh sekitar 1,84 m2, massa pria rata-rata adalah 65-70 kg dan rata-rata massa wanita 55 kg. 

Untuk orang yang tidak aktif, tingkat metabolisme adalah sekitar 100 W, dan 400 W untuk seseorang yang terlibat dalam pekerjaan fisik yang berat. Transfer energi dalam proses metabolisme diatur oleh hukum Termodinamika Pertama untuk menentukan kuantitas energi yang dapat dihasilkan.

Inilah bukti secara nyata bahwa hukum pertama termodinamika memang benar terjadi pada tubuh manusia. Energi yang semula berasal dari makanan (lingkungan) diubah menjadi ATP yang berguna untuk menjalankan sistem pada tubuh manusia. Energi yang berasal dari lingkungan manusia tersebut hanya diubah ke bentuk lain (ATP). Dengan memiliki energi tersebut, manusia dapat melakukan aktivitas yang akan menimbulkan energi lain seperti energi potensial. 

Sesuai maksud hukum pertama termodinamika bahwa energi hanya dapat diubah kedalam bentuk lain. Dan dengan adanya energi, tubuh manusia menjadi seimbang. Ini karena semua sistem pada tubuh manusia dapat bekerja sesuai fungsinya karena energi yang didapatkan. Tentu keseimbangan ini tidak semata dari dalam tubuh manusia itu sendiri. Akan tetapi lingkungan juga berpengaruh terhadap tubuh manusia. Lingkungan akan berpengaruh pada transfer energi dan bagaimana manusia beradaptasi dengan lingkungannya.

Kesimpulan

1. Ilmu fisika berkaitan erat dengan kehidupan manusia.
2. Energi diperlukan oleh tubuh agar sel dan jaringan tubuh tetap sehat, bertumbuh dan berkembang, serta fungsinya dapat berjalan dengan baik.
3. Hukum Pertama Termodinamika benar terjadi di dalam tubuh manusia.
4. Energi yang semula berasal dari makanan diubah ke bentuk lain (ATP).
5. Dengan adanya energi, tubuh manusia bisa seimbang.
6. Energi yang diterima manusia dipengaruhi oleh suhu yang ada di lingkungannya yaitu suhu dingin dana tau panas.
7. Lingkungan memiliki pengaruh terhadap transfer energi dan seperti apa manusia tersebut beradaptasi dengan lingkungannya.

Penutup

Setelah membaca artikel ini, diharapkan artikel ini dapat membantu saudara/i sekalian dalam memahami dan mempelajari hubungan fisika dengan kehidupan kita. Jangan lupa untuk selalu menjaga lingkungan hidup kita di bumi ini supaya keseimbangan antara lingkungan dengan manusia dapat tetap terjaga. Selalu bersyukur kepada Yang Maha Kuasa atas anugrah dan kasihnya yang begitu besar kepada kita sehingga kita dapat melakukan aktivitas sehari -- hari dengan normal.

Dan juga diharapkan para pembaca selalu menjaga kesehatannya dan pola makannya agar terhindar dari gangguan yang akan mengganggu metabolism tubuh.

Daftar Pustaka

Suryantari, Risti. 2013. Problem Solving dengan Metode Identifikasi Variabel Skema: Tinjauan Terjadap Formulasi Hukum Pertama Termodinamika. Jurnal Fisika Indonesia, No: 49, Vol XVII

Kurniawan, Wawan. 2018. Integrasi Sains, QS. Al Intithaar Ayat 7 Termodinamika Pada Tubuh Manusia. Institut Agama Islam Negeri Salatiga. Hal 580 -- 581

https://www.alodokter.com/meningkatkan-metabolisme-tubuh-untuk-menurunkan-berat-badan

https://www.yumpu.com/id/document/read/45545139/metabolisme-tubuh-fisika-universitas-padjadjaran