Biologi Sekolah Menengah Atas · Grades 10–12

8Jantung dan Paru-paru Selama Usaha

Larilah menaiki empat lantai tangga lalu berhenti di puncaknya. Dadamu naik turun — empat puluh embusan tiap menit alih-alih dua belas, masing-masing tiga kali lebih dalam — dan jantungmu berdegup pada seratus tujuh puluh. Tidak ada satu pun tentang tangga itu yang menuntut kamu memutuskan hal ini; tubuhmu mengaturnya, dalam hitungan sekon, karena otot pada Bab 7 sedang menuntut oksigen sepuluh kali lebih banyak daripada semenit sebelumnya. Bab ini membahas sistem pengantarannya — paru-paru, jantung, pembuluh darah — dan bagaimana keluarannya dilipatgandakan ketika usaha dimulai.

8.1 Ventilasi

Definisi 8.1 (Ventilasi)

Yang disebut ventilasi paru adalah volume udara yang dipindahkan masuk dan keluar paru-paru tiap menit: volume satu embusan napas (volume tidal) dikalikan jumlah embusan tiap menit (frekuensi napas). Dalam keadaan istirahat, sekitar $0.5\,\mathrm{L}$ dua belas sampai lima belas kali tiap menit: $6\text{ to }8\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Di dalam paru-paru udaranya mencapai sekitar 300 juta alveolus, yaitu kantong berdinding tipis yang terbungkus kapiler, tempat oksigen berpindah ke dalam darah dan karbon dioksida keluar darinya.

Proposisi 8.2 (Ventilasi selama olahraga)

Selama olahraga, volume tidal dan frekuensinya sama-sama naik: orang dewasa yang bugar dapat menghirup $2.5\,\mathrm{L}$ empat puluh kali tiap menit, yaitu $100\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ atau lebih, lima belas kali nilai istirahatnya. Kenaikannya mulai dalam sekon pertama usahanya, sebelum ada perubahan apa pun dalam darahnya, dan mantap pada aras yang sebanding dengan oksigen yang sedang dipakai.

Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎

Sebuah spirogram: volume udara dalam paru-paru terhadap waktu. Bernapas tenang memindahkan 0.5\, L tiap embusan di sekitar aras tengah; inspirasi maksimal yang disusul ekspirasi maksimal menyapu kapasitas vitalnya, sekitar 4.5\, L; 1.2\, L yang tidak pernah dapat diembuskan adalah volume sisanya. — Sebuah spirogram: volume udara dalam paru-paru terhadap waktu. Bernapas tenang memindahkan $0.5\,\mathrm{L}$ tiap embusan di sekitar aras tengah; inspirasi maksimal yang disusul ekspirasi maksimal menyapu kapasitas vitalnya, sekitar $4.5\,\mathrm{L}$ ; $1.2\,\mathrm{L}$ yang tidak pernah dapat diembuskan adalah volume sisanya.

Contoh 8.3 (Membaca sebuah spirogram)

Pada gambarnya, empat embusan napas memakan $16\,\mathrm{s}$ : 15 embusan tiap menit sebesar $0.5\,\mathrm{L}$ , jadi $7.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Sapuan maksimalnya berjalan dari $5.7\,\mathrm{L}$ turun ke $1.2\,\mathrm{L}$ : kapasitas vital $4.5\,\mathrm{L}$ . Volume tidal $2.5\,\mathrm{L}$ selama olahraga memakai lebih dari separuh kapasitas itu, dan itulah sebabnya bernapas berat terasa seperti itu.

Mengukur volume paru-paru: subjeknya bernapas lewat corong mulut ke dalam spirometer, dengan hidung terjepit, dan alatnya merekam volume tiap embusan napasnya.

8.2 Jantung dan kedua peredarannya

Definisi 8.4 (Curah jantung)

Jantung adalah pompa ganda berisi empat ruang. Sisi kanannya menerima darah yang kembali dari organ dan mengirimkannya ke paru-paru (peredaran paru); sisi kirinya menerimanya kembali dari paru-paru dan mengirimkannya ke organ (peredaran sistemik). Katup di antara ruangnya dan pada pintu keluarnya membuat alirannya searah. Yang disebut curah jantung $Q$ adalah volume darah yang dipompa tiap sisi tiap menit: volume yang disemburkan tiap denyut, yaitu volume sekuncup $V_s$ , dikalikan frekuensi denyut jantung $f$ ,

Q = f \times V_s .

Dalam keadaan istirahat, $70$ denyut tiap menit sebesar $70\,\mathrm{mL}$ : sekitar $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ — seluruh volume darahnya sekali tiap menit.

Peredaran ganda. Biru: darah yang miskin oksigen, yang dipompa jantung kanan ke paru-paru. Merah: darah yang kaya oksigen, yang dipompa jantung kiri ke organ. Kedua sisinya berdenyut bersama dan memompa volume yang sama tiap menit.

Proposisi 8.5 (Curah jantung selama olahraga)

Selama olahraga frekuensi denyut jantung naik seiring daya yang diberikan, sampai maksimum kira-kira $220$ dikurangi umurnya dalam tahun, dan volume sekuncupnya ikut naik, sekitar separuh pada orang tak terlatih dan lebih banyak pada yang terlatih. Curah jantung orang dewasa muda berjalan dari $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ dalam keadaan istirahat ke $20\text{ to }25\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ pada usaha maksimal, dan ke $35\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ atau lebih pada juara olahraga ketahanan, yang volume sekuncupnya dapat melampaui $180\,\mathrm{mL}$ .

Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎

Frekuensi denyut jantung, volume sekuncup dan curah jantung seorang berumur dua puluh tahun pada daya yang meningkat. Volume sekuncupnya mendatar pada usaha sedang; di atas itu curahnya naik lewat frekuensinya saja, dan frekuensinya sendiri mendatar mendekati 220 - 20 = 200. — Frekuensi denyut jantung, volume sekuncup dan curah jantung seorang berumur dua puluh tahun pada daya yang meningkat. Volume sekuncupnya mendatar pada usaha sedang; di atas itu curahnya naik lewat frekuensinya saja, dan frekuensinya sendiri mendatar mendekati $220 - 20 = 200$ .

Contoh 8.6 (Curah pada $200\,\mathrm{W}$ )

Dari gambarnya: $f = 170$ tiap menit, $V_s = 115\,\mathrm{mL}$ , sehingga $Q = 170 \times 0.115 \approx 19.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ : empat kali curah istirahatnya. Jantungnya memindahkan seluruh volume darah tubuhnya empat kali tiap menit.

8.3 Mengantarkan darah ke tempat yang memerlukannya

Proposisi 8.7 (Pembagian ulang aliran darah)

Dalam keadaan istirahat ototnya menerima sekitar seperlima curah jantung; usus, hati dan ginjalnya mengambil separuhnya. Selama olahraga berat, arteri kecil otot yang bekerja melebar dan arteri usus serta ginjalnya menyempit: ototnya lalu menerima lebih dari empat perlima curah yang dirinya sendiri sudah berlipat empat — sekitar $20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ alih-alih $1\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , dua puluh kali lebih banyak. Bagian otaknya dijaga tetap dalam ukuran mutlak, dan bagian kulitnya naik untuk membawa kalornya pergi.

Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎

Ke mana curah jantungnya pergi, dalam keadaan istirahat (5\, L/ min) dan pada olahraga maksimal (24\, L/ min). Bagian ototnya berjalan dari seperlima menjadi lebih dari empat perlima; otaknya menjaga 0.75\, L/ min-nya sepanjang waktu. — Ke mana curah jantungnya pergi, dalam keadaan istirahat ( $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ) dan pada olahraga maksimal ( $24\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ). Bagian ototnya berjalan dari seperlima menjadi lebih dari empat perlima; otaknya menjaga $0.75\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ -nya sepanjang waktu.

Proposisi 8.8 (Pengantaran dan pengambilan oksigen)

Tiap liter darah arteri membawa sekitar $200\,\mathrm{mL}$ oksigen, yang hampir seluruhnya terikat pada hemoglobin sel darah merah. Dalam keadaan istirahat organnya menyingkirkan sekitar $50\,\mathrm{mL}$ dari tiap liter; selama olahraga otot yang bekerja menyingkirkan sampai $150\,\mathrm{mL}$ , tiga kali lebih banyak. Oksigen yang terpakai tiap menit adalah curah jantung dikalikan jumlah yang disingkirkan tiap liter — sehingga kenaikan lima kali lipat pada curahnya dan kenaikan tiga kali lipat pada pengambilannya bersama-sama memberi kenaikan lima belas kali lipat pada konsumsi oksigen Bab 7.

Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎

Contoh 8.9 (Anggaran oksigennya diperiksa)

Istirahat: $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ $\times$ $50\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ $= 250\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ , yaitu konsumsi istirahatnya. Usaha maksimal seorang murid terlatih: $23\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ $\times$ $150\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ $= 3.45\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ — yaitu $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks $50\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram bagi $69\,\mathrm{kg}$ , persis angka bab sebelumnya.

8.4 Bagaimana tanggapannya dikendalikan

Proposisi 8.10 (Kendali saraf dan hormon)

Jantung dan otot pernapasan dijalankan oleh pusat saraf di dasar otaknya. Dua perangkat saraf mencapai jantungnya: satu memperlambatnya, yang aktif dalam keadaan istirahat; satu mempercepatnya dan menguatkan tiap denyutnya. Pada awal olahraga, perintah otak kepada ototnya disalin ke pusat itu — jantungnya mempercepat diri dalam satu atau dua denyut — dan pengindra dalam otot serta sendinya melaporkan gerakannya. Lalu, seiring berlanjutnya olahraga, pengindra dalam arterinya mengukur karbon dioksida dan keasaman darahnya dan menyetel ventilasi serta denyut jantungnya agar tetap dekat ke nilai istirahatnya. Kelenjar adrenalnya menambahkan hormon adrenalin, yang memperkuat percepatannya dan melebarkan arteri ototnya.

Bukti percobaan. Memotong saraf pelambat seekor hewan menaikkan denyut jantung istirahatnya dari 70 menjadi sekitar 100; merangsangnya menghentikan jantungnya. Merangsang saraf pemercepatnya melipatduakan denyutnya. Seseorang yang diberi tahu untuk bersiap berusaha memperlihatkan denyut jantung yang naik sebelum bergerak; subjek yang menghirup udara yang diperkaya karbon dioksida meningkatkan ventilasinya dalam satu menit, dan subjek yang karbon dioksida darahnya dijaga tetap secara buatan selama olahraga tetap meningkatkannya pada awal gerakannya — kedua mekanismenya, yaitu antisipasi dan koreksi, sama-sama nyata. ∎

Metode 8.11 (Menghitung pengantaran oksigen)

Ventilasi: volume tidal $\times$ frekuensi. Hanya sekitar 70% tiap embusan napas yang mencapai alveolusnya; sisanya mengisi saluran udaranya.
Curah jantung: $Q = f \times V_s$ , dalam liter tiap menit jika $V_s$ dalam liter.
Oksigen yang terpakai tiap menit: $Q \times$ (oksigen yang disingkirkan tiap liter darah).
Aliran ke sebuah organ: bagiannya dari $Q$ . Bandingkan aliran mutlaknya, bukan bagiannya — bagian yang lebih kecil dari curah yang lebih besar dapat berarti darah yang lebih banyak.
Periksa: konsumsinya tidak dapat melampaui $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks, dan $f$ tidak dapat melampaui sekitar $220 -$ umurnya.

Catatan 8.12 (Di mana batasnya terletak)

Ventilasi dapat melampaui $150\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ dan darah yang meninggalkan paru-paru masih hampir jenuh pada usaha maksimal: paru-parunya bukan lehernya. Volume sekuncupnyalah lehernya: ia menetapkan berapa banyak darah, dan dengan demikian berapa banyak oksigen, yang diantar tiap denyut. Latihan ketahanan memperbesar jantung dan volume sekuncupnya — dan itulah sebabnya jantung istirahat yang terlatih berdenyut pada 45 alih-alih 70 untuk $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ yang sama, dan sebabnya $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks naik seiring latihan.

8.5 Latihan

Latihan 8.1 ★

Hitung ventilasi seseorang yang menghirup $0.6\,\mathrm{L}$ empat belas kali tiap menit; lalu ventilasi orang yang sama yang menghirup $2.2\,\mathrm{L}$ tiga puluh lima kali tiap menit.

Solusi

Solusi Latihan 8.1.

$0.6 \times 14 = 8.4\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; $2.2 \times 35 = 77\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

Latihan 8.2 ★

Rumuskan curah jantung dan berikan rumusnya. Hitung curahnya untuk denyut jantung 65 tiap menit dan volume sekuncup $75\,\mathrm{mL}$ .

Solusi

Solusi Latihan 8.2.

Volume darah yang dipompa satu sisi jantung tiap menit: $Q = f \times V_s$ . $65 \times 0.075 \approx 4.9\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

Latihan 8.3 ★

Telusuri jalur satu sel darah merah dari serambi kanan kembali ke serambi kanan, dengan menyebutkan ruang dan kedua peredarannya.

Solusi

Solusi Latihan 8.3.

Serambi kanan, bilik kanan, arteri paru, lalu paru-paru (peredaran paru), vena paru, serambi kiri, bilik kiri, aorta, lalu organ (peredaran sistemik), vena, dan kembali ke serambi kanan.

Latihan 8.4 ★

Dari gambar spirogramnya, sebutkan volume tidal, kapasitas vital dan volume sisanya.

Solusi

Solusi Latihan 8.4.

Volume tidal $0.5\,\mathrm{L}$ ; kapasitas vital $4.5\,\mathrm{L}$ ; volume sisa $1.2\,\mathrm{L}$ .

Latihan 8.5 ★

Berapa denyut jantung maksimal anak berumur 16 tahun? Berumur 60 tahun?

Solusi

Solusi Latihan 8.5.

Sekitar $220 - 16 = 204$ dan $220 - 60 = 160$ denyut tiap menit.

Latihan 8.6 ★★

Dari gambar denyut jantungnya, hitung curah jantung pada $100\,\mathrm{W}$ dan pada $300\,\mathrm{W}$ , serta faktor di antara keduanya.

Solusi

Solusi Latihan 8.6.

$100\,\mathrm{W}$ : $120 \times 0.105 \approx 12.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; $300\,\mathrm{W}$ : $198 \times 0.115 \approx 22.8\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; faktornya 1.8.

Latihan 8.7 ★★

Dalam keadaan istirahat usus dan ginjalnya menerima 50% dari $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; pada olahraga maksimal, 4% dari $24\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Hitung kedua alirannya. Mana yang berubah lebih besar, bagiannya atau aliran mutlaknya?

Solusi

Solusi Latihan 8.7.

Istirahat: $2.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; olahraga: $0.04 \times 24 \approx 1.0\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Bagiannya turun dua belas kali lipat, aliran mutlaknya hanya turun dengan faktor 2.6, karena curahnya sendiri sudah tumbuh.

Latihan 8.8 ★★

Seorang subjek punya curah jantung $18\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ dan ototnya menyingkirkan $140\,\mathrm{mL}$ oksigen tiap liter. Hitung konsumsi oksigennya. Apakah ia mendekati batas atas seorang murid terlatih?

Solusi

Solusi Latihan 8.8.

$18 \times 0.14 = 2.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ : sekitar tiga perempat dari $3.45\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ seorang murid terlatih — dekat ke sana bagi orang yang lebih kecil.

Latihan 8.9 ★★

Mengapa aliran darah otaknya tetap $0.75\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ sementara aliran ususnya dipotong dua pertiga selama olahraga? Pikirkan apa yang dapat ditahan tiap organnya.

Solusi

Solusi Latihan 8.9.

Otak tidak dapat menahan bahkan beberapa sekon tanpa oksigen dan glukosa, sehingga pasokannya dilindungi. Usus dan ginjal dapat menghentikan pencernaan dan penyaringan selama satu jam tanpa kerusakan, dan bagiannya dipinjamkan kepada ototnya.

Latihan 8.10 ★★

Seorang pesepeda terlatih punya denyut jantung istirahat 42 dan curah istirahat $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Hitung volume sekuncupnya dan bandingkan dengan volume sekuncup orang yang tak terlatih.

Solusi

Solusi Latihan 8.10.

$V_s = 5000/42 \approx 120\,\mathrm{mL}$ , berhadapan dengan sekitar $70\,\mathrm{mL}$ : jantungnya yang membesar mengantarkan curah istirahatnya dengan denyut yang jauh lebih sedikit.

Latihan 8.11 ★★

Jelaskan mengapa denyut jantungnya mulai naik sebelum langkah pertama sebuah lomba, dan apa yang akan terjadi pada pelari yang kendalinya hanya bekerja lewat pengindraan karbon dioksida darah.

Solusi

Solusi Latihan 8.11.

Perintah otak untuk bergerak, dan antisipasinya terhadap usaha itu, dikirim ke pusat jantung dan kelenjar adrenalnya sebelum ototnya bertindak. Pelari yang hanya bersandar pada pengindraan karbon dioksida akan berangkat dengan curah istirahat, menjalankan menit pertamanya dengan fermentasi, dan terpaksa melambat oleh asam laktat sebelum pengantarannya menyusul.

Latihan 8.12 ★★★

Dua subjek mencapai denyut jantung maksimal yang sama, yaitu 195. Yang satu punya volume sekuncup maksimal $110\,\mathrm{mL}$ , yang lain $160\,\mathrm{mL}$ . Dengan pengambilan oksigen yang sama sebesar $150\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ , hitung konsumsi oksigen maksimal keduanya, dan sebutkan apa yang diramalkan Catatan 8.12 tentang riwayat latihan keduanya.

Solusi

Solusi Latihan 8.12.

$195 \times 0.110 \times 0.150 \approx 3.2\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ dan $195 \times 0.160 \times 0.150 \approx 4.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Volume sekuncuplah yang diperbesar latihan: subjek yang kedua adalah yang terlatih untuk ketahanan.

Latihan 8.13 ★★★

Udara mengandung 21% oksigen. Seorang subjek berventilasi $100\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ pada usaha maksimal dan memakai $3.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ oksigen. Berapa bagian oksigen yang dihirupnya yang sungguh dipakainya? Apa yang dikerjakan sisanya?

Solusi

Solusi Latihan 8.13.

Oksigen yang dihirup: $0.21 \times 100 = 21\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; yang dipakai: $3.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , yaitu 17%. Sisanya diembuskan lagi — udara embusan masih memuat sekitar 16% oksigen, dan itulah sebabnya pernapasan buatan dari mulut ke mulut berhasil.

Latihan 8.14 ★★★

Sebuah obat menghalangi saraf pemercepat dan pengaruh adrenalin pada jantungnya, sehingga denyut jantungnya terbatas pada 110. Ramalkan pengaruhnya pada curah jantung saat usaha maksimal, pada $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks, dan pada apa yang dapat dilakukan pasiennya.

Solusi

Solusi Latihan 8.14.

Curahnya paling banyak sekitar $110 \times 0.12 \approx 13\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ alih-alih 24: $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks-nya turun hampir separuh, menjadi sekitar $2\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Pasiennya dapat berjalan dan bersepeda perlahan tetapi tidak dapat mempertahankan usaha berat apa pun.

Latihan 8.15 ★★★

Seseorang di tempat tinggi punya darah arteri yang membawa $150\,\mathrm{mL}$ oksigen tiap liter alih-alih $200$ . Dengan curah jantung maksimal yang sama dan pengambilan yang sama sebesar 75% oksigen yang diantarkan, hitung kehilangan $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks dalam persen. Usulkan satu penyesuaian yang dibuat tubuhnya dalam pekan-pekan berikutnya.

Solusi

Solusi Latihan 8.15.

Pengantaran tiap liter turun seperempat, pengambilannya tetap secara nisbi: $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks turun 25%. Sepanjang pekan-pekan berikutnya tubuhnya membuat lebih banyak sel darah merah, sehingga oksigen yang terbawa tiap liter naik kembali menuju $200\,\mathrm{mL}$ .

8.6 Soal: Uji Beban Jantung

Soal 8.1

Soal akhir pekan — sebuah uji olahraga oleh dokter jantung: denyut jantung, volume sekuncup, ventilasi dan pengambilan oksigen yang diukur pada daya yang meningkat, dan pelipatgandaan yang dicapainya bersama-sama

Tom, 17 tahun, bermassa $68\,\mathrm{kg}$ , mengayuh sepeda laboratorium sementara denyut jantung, ventilasi dan udara embusannya direkam. Hasilnya:

daya (W)	0	75	150	225	300
denyut jantung (tiap min)	62	105	140	175	198
volume sekuncup (mL)	72	100	116	120	120
volume tidal (L)	0.5	1.2	1.8	2.3	2.6
embusan napas tiap min	13	18	24	32	44
$\mathrm{O_2}$ yang disingkirkan tiap liter darah (mL)	52	90	120	145	155

Bagian I — Jantungnya.

Hitung curah jantung Tom pada tiap dayanya.
Dengan faktor berapa curahnya naik pada $300\,\mathrm{W}$ ? Bagian mana dari faktor itu yang berasal dari frekuensinya dan bagian mana dari volume sekuncupnya?
Di atas daya berapa volume sekuncupnya berhenti naik? Apa sendirian yang menaikkan curahnya di luar itu?
Bandingkan denyut jantung maksimal Tom dengan aturan praktisnya.
Curah istirahatnya sekitar $4.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Jika volume darahnya $5\,\mathrm{L}$ , berapa lama satu putaran penuh memakan waktu dalam keadaan istirahat, dan pada $300\,\mathrm{W}$ ?

Bagian II — Paru-parunya.

Hitung ventilasinya pada tiap dayanya.
Dengan faktor berapa ventilasinya naik pada $300\,\mathrm{W}$ ? Mana dari kedua faktornya, volume atau frekuensi, yang menyumbang lebih banyak?
Kapasitas vital Tom $5.0\,\mathrm{L}$ . Berapa bagiannya yang dipakai tiap embusan napas pada $300\,\mathrm{W}$ ?
Ventilasinya naik dengan faktor yang lebih besar daripada curah jantungnya. Apakah ini berarti paru-parunya membatasi kemampuannya? Pakai Catatan 8.12.
Hanya 70% tiap embusan napas yang mencapai alveolusnya. Hitung ventilasi alveolusnya dalam keadaan istirahat dan pada $300\,\mathrm{W}$ .

Bagian III — Oksigennya.

Hitung konsumsi oksigen Tom pada tiap dayanya, dari curah jantung dan oksigen yang disingkirkan tiap liternya.
Nyatakan nilainya pada $300\,\mathrm{W}$ dalam mililiter tiap menit tiap kilogram. Apakah itu sebuah $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks, dan milik subjek macam apa?
Dengan faktor berapa konsumsinya naik dari keadaan istirahat ke $300\,\mathrm{W}$ ? Pecahlah menjadi faktor dari jantungnya dan faktor dari pengambilannya.
Dengan $20\,\mathrm{kJ}$ tiap liter oksigen, hitung daya metabolismenya pada $300\,\mathrm{W}$ dan efisiensi ototnya (daya mekanis dibagi daya metabolisme di atas keadaan istirahat).
Gambarkan, atau lukiskan, konsumsi oksigen terhadap daya mekanisnya. Apakah linear? Di mana batas atasnya?

Bagian IV — Kendali dan putusannya.

Denyut jantung Tom mencapai 75 ketika ia duduk menunggu ujinya dimulai. Jelaskan.
Pada $300\,\mathrm{W}$ darah arterinya masih 95% jenuh dengan oksigen. Apa yang diberitahukannya tentang pertukaran di alveolusnya, dan tentang di mana batas $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks-nya terletak?
Dokter jantungnya mencatat bahwa ototnya kini menerima sekitar $20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ darah. Berapa bagian curahnya itu, dan ke mana sisa pembagian istirahatnya pergi?
Setelah enam bulan latihan, volume sekuncup maksimal Tom $140\,\mathrm{mL}$ pada frekuensi maksimal dan pengambilan yang sama. Hitung $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks barunya.
Nyatakan hasilnya: ketiga bilangan (jantung, pengambilan, ventilasi) yang dengannya tubuh Tom melipatgandakan pasokan oksigen istirahatnya, dan satu di antaranya yang diubah latihan.

Solusi

Solusi Soal 8.1.

1. $62 \times 0.072 \approx 4.5$ ; $105 \times 0.100 = 10.5$ ; $140 \times 0.116 \approx 16.2$ ; $175 \times 0.120 = 21.0$ ; $198 \times 0.120 \approx 23.8\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

2. $23.8/4.5 \approx 5.3$ : frekuensinya menyumbang $198/62 \approx 3.2$ , volume sekuncupnya $120/72 \approx 1.7$ , dan $3.2 \times 1.7 \approx 5.3$ .

3. Di atas sekitar $225\,\mathrm{W}$ volume sekuncupnya tetap $120\,\mathrm{mL}$ ; hanya denyut jantungnya yang menaikkan curahnya lebih jauh.

4. $220 - 17 = 203$ : angka 198-nya berada dalam ketelitian aturannya.

5. $5/4.5 \approx 1.1\,\mathrm{min}$ , sekitar $67\,\mathrm{s}$ ; pada $300\,\mathrm{W}$ , $5/23.8 \approx 0.21\,\mathrm{min}$ , sekitar $13\,\mathrm{s}$ .

6. $0.5 \times 13 = 6.5$ ; $1.2 \times 18 = 21.6$ ; $1.8 \times 24 = 43.2$ ; $2.3 \times 32 = 73.6$ ; $2.6 \times 44 \approx 114\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

7. $114/6.5 \approx 18$ : volume tidalnya naik 5.2 kali, frekuensinya 3.4 kali; volumenya menyumbang lebih banyak.

8. $2.6/5.0 = 52\%$ kapasitas vitalnya tiap embusan napas.

9. Tidak: ventilasinya punya cadangan yang besar dan darah yang meninggalkan paru-parunya tetap jenuh. Batasnya adalah volume sekuncup jantungnya, yang menetapkan berapa banyak oksigen yang diantarkan tiap denyut.

10. $0.7 \times 6.5 \approx 4.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ dan $0.7 \times 114 \approx 80\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

11. $4.5 \times 0.052 \approx 0.23$ ; $10.5 \times 0.090 \approx 0.95$ ; $16.2 \times 0.120 \approx 1.94$ ; $21.0 \times 0.145 \approx 3.05$ ; $23.8 \times 0.155 \approx 3.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

12. $3700/68 \approx 54\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram. Frekuensinya sudah mencapai maksimumnya dan kenaikan dari 225 ke $300\,\mathrm{W}$ kecil: inilah $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks-nya, milik seorang murid yang bugar dan terlatih.

13. $3.7/0.23 \approx 16$ : faktor jantungnya 5.3 dikalikan faktor pengambilannya $155/52 \approx 3.0$ .

14. $3.7 \times 20 = 74\,\mathrm{kJ}$ tiap menit, sekitar $1230\,\mathrm{W}$ ; dalam keadaan istirahat $0.23 \times 20/60 \approx 77\,\mathrm{W}$ ; di atas keadaan istirahat sekitar $1150\,\mathrm{W}$ , jadi efisiensinya $300/1150 \approx 26\%$ .

15. Kira-kira sebuah garis lurus dari $0.23$ ke $3.05\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ antara 0 dan $225\,\mathrm{W}$ , lalu membengkok: $75\,\mathrm{W}$ terakhir hanya menambah $0.65\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Batas atasnya sekitar $3.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

16. Antisipasi: harapan otaknya akan usaha itu diteruskan ke pusat jantung dan kelenjar adrenalnya, sehingga frekuensinya naik sebelum ada gerakan apa pun.

17. Alveolusnya mengoksigenkan darahnya sepenuhnya bahkan pada ventilasi dan curah maksimal; paru-parunya bukan batasnya. Batasnya adalah jumlah darah yang dapat dikirim jantungnya tiap menit.

18. $20/23.8 \approx 84\%$ . Usus dan ginjalnya, yang tadinya mengambil separuh curah istirahatnya, kini menerima sekitar $1\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; arterinya telah menyempit dan alirannya telah dialihkan ke ototnya.

19. $198 \times 0.140 \times 0.155 \approx 4.3\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , sekitar $63\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram.

20. Curah jantungnya berlipat 5.3, pengambilan oksigennya berlipat 3, ventilasinya berlipat 18; latihan mengubah volume sekuncup jantungnya, dan bersamanya batas atasnya.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 479 istilah di glosarium