Sistem metabolisme

Seorang penyelidik Amerika, Walter Cannon, memperkenalkan istilah “homeostasis” untuk mencirikan stabilitas internal fungsi tubuh manusia yang luar biasa. Suhu inti, volume cairan, pH darah, dan banyak fungsi tuhuh lain yang hampir tetap sama bahkan dalam lingkungan alami kita yang ekstrim.

Pada akhirnya, tubuh manusia juga mempertahankan keseimbangan antara asupan dan hasil energi. Asupan energi ditentukan oleh nutrisi, dari mana energi yang disimpan secara kimia dilepaskan selama proses metabolis dalam tubuh. Hasil energi sebagian bsar berupa panas dan kerja. Kerja diukur dari kegunaan energi secara fisik, misalnya energi diteruskan pada obyek luar. Jumlah kerja eksternal yang dilakukan seperti ini berbeda pada tiap orang, tergantung pada keadaan fisik dan olah raga yang dilakukan. Terdapat hubungan erat antara metabolis, peredaran darah, dan sistem pernapasan.


Metabolisme Manusia dan Kerjanya

Istilah “metabolisme” mengacu pada proses kimiawi dalam tubuh yang hidup. Dalam lingku kecil, istilah ini digunakan untuk menggambarkan (seluruh) proses pelepasan energi.

Keseimbangan antara asupan energi I (melalui nutrisi) dan hasilnya dapat dinyatakan dalam persamaan

I = M= H + W + S (2-1)
Dimana M sebagai energi metabolis yang dihasilkan, yang dibagi kedalam panas H yang harus dikeluarkan, kerja W, dan perubahan simpanan energi S dalam tubuh. (Perolehan S dihitung positif, hilangnya dihitung negatif.)

Anggap tidak terjadi perubahan simpanan energi dan tidak ada panas yang diperoleh dari atau hilang ke lingkungan, kita bisa menyederhanakan peramaan keseimbangan energi kedalam

I = H + W (2-2)

Dalam aktivitas sehari-hari, sekitar 5 persen saja atau kurang asupan energi diubah menajadi “kerja” – misalnya, energi diteruskan ke luar obyek; dalam keadaan baik, atlet yang dilatih saat malam mungkin dapat mencapai 25 persen. Sisanya, yang pasti merupakan porsi asupan terbesar, akhirnya diubah menjadi panas.

Kerja (dalam arti fisik) dilakukan oleh otot tulang, yang menggerakkan bagian-bagian tubuh melawan daya tahan eksternal. Untuk itu, otot dapat mengubah (dalam mitokondrianya) energi kimia menjadi kerja fisik atau energi. Dari istirahat, otot dapat meningkatkan penghasilan energinya sampai lima puluh kali lipat. Perbedaan yang sangat besar dalam kecepatan metabolis seperti ini tidak hanya memerlukan suplai nutrisi dan oksigen ke otot yang dapat beradaptasi dengan cepat, tetapi juga menghasilkan sejumlah besar produk sisa (sebagian besar berupa panas, karbon dioksida, dan air) yang harus dilepaskan. Oleh karenanya, selama kerja fisik dilakukan, kemampuan untuk mempertahankan ekuilibrium internal tubuh sangat tergantung pada fungsi peredaran darah dan pernapasan yang pada otot yang terlibat. Diantara fungsi-fungsi ini, pengendalian suhu tubuh khususnya penting. Fungsi ini berinteraksi dengan lingkungan luar, terutama suhu dan kelembaban sekitar, sebagaimana dibahas lebih rinci pada Bab 5.

Perubahan Energi dalam Tubuh Manusia

Pada organisme hidup, seperti tubuh manusia, perubahan energi melibatkan reaksi-reaksi kimia yang melepaskan energi, biasanya berupa panas, atau memerlukan energi. Reaksi yang melepaskan energi, yaitu katabolisme, bersifat eksergonik (atau eksortemik). Reaksi yang memerlukan energi, yaitu anabolisme, memerlukan asupan energi dan bersifat endergonik (atau endotermik). Biasanya, kerusakan ikatan molekuler bersifat eksogonik, sedangkan pembentukan ikatan bersifat endergonik. Kerusakan ikatan melepaskan jumlah energi yang berbeda, tergantung pada kombinasi molekuler. Seringnya, reaksi tidak hanya dari yang paling kompleks menuju keadaan yang paling sederhana, tetapi proses tercapai langkah demi langkah, dengan tahap-tahap menengah dan untuk sementara waktu tidak selesai.

Energi disuplai ke tubuh dalam makanan atau minuman. Energi terkandung dalam senyawa kimia khusus yang berubah sepanjang proses pencernaan dan kemudian, dalam asimilasi berikutnya, dikumpulkan lagi pada kombinasi molekuler yang berbeda. Kandungan energinya dapat dilepaskan untuk digunakan oleh tubuh; para ergonom utamanya tertarik dalam penggunaan energi oleh otot untuk melakukan kerja fisik.

JALUR ENERGI

Di mulut, pengunyahan menghancurkan struktur makanan secara mekanis, dan ludah mulai melakukan pemecahan kimia. 99,5 persen ludah berupa air (pelarut) dan 0,5 persennya berupa garam, enzim, dan bahan-bahan kimia lain. Lisozim enzim menghancurkan bakteri, sehingga melindungi membran selaput lendir dari infeksi dan melindungi gigi dari pembusukan. Enzim lain, salivari amilase, menghancurkan zat tepung.

Selama penelanan, pernapasan berhenti dan epiglotis menutup selama satu atau dua detik sehingga makanan dapat menghindari batang tenggorokan (trakea) dan meluncur ke kerongkongan (esofagus). Cairan memerlukan sekitar satu detik saja, tetapi makanan padat memerlukan sampai delapan detik untuk masuk ke perut.

Perut menghasilkan gelombang halus, dua atau empat per menit, yang mencampur makanan dengan getah lambung. Alkohol diserap paling banyak di perut karena perut memiliki getah lambung yang memecah protein secara kimia, tetapi tidak begitu memecah lemak dan karbohidrat. Makanan yang kaya karbohidrat meninggalkan perut dalam dua jam, sedangkan makanan yang mengandung protein lebih lambat; makanan berlemak tetap berada di perut sampai enam jam.


Isi perut bermuara pada ujung usus kecil, yang disebut duodenum (Bahasa latin untuk “12 jari,” yang menunjukkan panjang bagian usus tersebut). Disini, pencernaan kimia yang sebenarnya terjadi melalui pemecahan molekul-molekul besar yang kompleks menjadi yang lebih kecil. Molekul yang lebih kecil ini dapat diangkut melalui membran sel dan diserap kedalam darah dan limpa. Makanan memerlukan waktu tiga sampai lima jam untuk bergerak sepanjang usus kecil, yang berupa sebuah pipa berdiameter sekitar 3 cm dan panjang 7 m. Selama itu, sekitar 90 persen dari seluruh nutrisi diekstraksi.

Dalam usus besar berikutnya, pemrosesan akhir selesai dilakukan, dan sampah padat disisihkan sebagai tinja.

Makanan yang telah dicerna dan diserap diasimilasi – misalnya, dikumpulkan lagi kedalam molekul baru yang dapat digunakan untuk pertumbuhan badan dan perbaikan, atau dengan mudah diturunkan untuk melepaskan atau menyimpan energi.

Secara keseluruhan, diperlukan waktu 5 sampai 12 jam setelah makan untuk mengekstraksi nutrisinya dan membawanya ke sistem pencernaan.