Modul ini membahas tentang fluida air dan cairan tubuh, termasuk darah. Pokok bahasan meliputi pengertian fluida dan tekanan, kerja jantung, serta sistem peredaran darah. Konsep-konsep fisika seperti fluida, tekanan, osmosis, dan difusi diterapkan untuk memahami fisiologi tubuh manusia khususnya sistem peredaran darah dan pernapasan.

1. Australia Indonesia Partnership for
Health Systems Strengthening
(AIPHSS)
Pusat Pendidikan dan Pelatihan Tenaga Kesehatan
Badan Pengembangan dan Pemberdayaan Sumber Daya Manusia
Jakarta 2015
H. Washudi
KEGIATAN BELAJAR 2
FLUIDA AIR DAN CAIRAN TUBUH
SEMESTER 1
FISIKA DAN BIOLOGI
Fisika
MODUL 3

2. 2
Modul Pendidikan Jarak Jauh, Jenjang Diploma 3 Program Studi Keperawatan
Kegiatan
Belajar 2
Fluida Air dan Cairan Tubuh
Tujuan Pembelajaran Umum
Tujuan Pembelajaran Khusus
I. Tujuan Pembelajaran
Setelah menyelesaikan kegiatan belajar 2, diharapkan Anda dapat: memahami Fluida dan
cairan tubuh manusia dalam praktek keperawatan.
II. Pokok - Pokok Materi
Setelah menyelesaikan kegiatan belajar 1, diharapkan Anda dapat :
1. Menjelaskan pengertian fluida dan konsep tekanan.
2. Menjelaskan kerja jantung
3. Menjelaskan sistem peredaran darah
4. Menjelaskan sistem pernafasan
Pada kegiatan belajar 2 ini akan dibahas tentang fluida dan cairan tubuh manusia yaitu
darah. Konsep fluida berkaitan erat dengan peredaran darah dalam tubuh serta gas dalam
paru-paru manusia. Cairan dan gas sangat berkaitan dengan kebutuhan dasar dan fisiologis
tubuh manusia, sehingga diharapkan konsep fisika dapat menjadi teori pendukung untuk
melakukan aplikasi didunia keperawatan.
Pokok - Pokok Materi

3. Modul Pendidikan Jarak Jauh, Pendidikan Tinggi Kesehatan
3
Uraian
Materi
1. Pengertian fluida dan tekanan
• Adalah zat alir (baik cairan maupun gas), yang
dibidang Kesehatan: dipelajari sistem peredaran
darah dan injeksi cairan ke dalam tubuh. Fluida
didefinisikan sebagai zat yang dapat mengalir
yaitu zat cair dan zat gas. Zat cair meliputi air,
darah, asam, H2SO4, air laut dsb. Secara umum
dibedakan menjadi 2 bagian yaitu fludia statik
dan fluida dinamik
• Fluida atau zat yang dapat mengalir meliputi zat
cair dan gas. Contoh zat cair meliputi air, darah,
asam sulfat (H2SO4), air laut , dsb. Sedangkan
zat gas meliputi udara, oksigen, nitrogen, CO2,
dan sebagainya. Ilmu yang mempelajari fluida
yang tak bergerak disebut hidrostatika.
• Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan
luas atau P = F/A
• Satuan Tekanan dalam SI:
Gambar 2.1 : Implementasi Fluida di bidang kesehatan
( )
Pa1N/m1
meter
newton1 2
2
==
Bila kita berada di dalam air, kita akan mendapat
tekanan yang dinamakan tekanan hidrostatis.
Tekanan hidrostatis adalah tekanan yang dihasilkan
oleh fluida setinggi kedalaman h tempat kita berada
diukur dari permukaan. Tekanan hidrostatis fluida
pada kedalaman h dari suatu bidang acuan:
p= po + rgh
p = tekanan hidrostatis,
= tekanan pada kedalaman h (N/m2)
po = tekanan udara pada permukaan (N/m2)
r = massa jenis fluida (kg/m3)
g = gravitasi (m/det2)
h = kedalaman fluida diukur dari suatu
bidang acuan (m)
• Dalam satuan SI, satuan tekanan adalah N/m2
atau Pa atau Pascal dan dalam satuan c.g.s
adalah dyne/cm2.
• Ada juga satuan praktis yang sering digunakan
seperti atm,bar, mbar, Torr.
• Konversi satuan SI ke satuan praktis
1 atm = 76 cmHg = 1, 013 x 106
dyne/cm2
= 1, 013 x 105 N/m2
1 bar = 1 x 106 dyne/cm2 = 1 x
105 N/m2
1 Torr = 1 mm Hg
1 atm = 760 Torr
• Dalam dunia kedokteran, satuan
tekanan yang paling banyak
digunakan didasarkan pada tinggi
kolom air raksa (Hg) yang menyatakan
besarnya tekanan tersebut.
• Secara umum tekanan yang
dinyatakan oleh tinggi cairan: P = rgh
Dimana : P = tekanan;
r = massa jenis cairan;
g = p e r c e p a t a n
gravitasi = 9,80 m/s2;
h = tinggi cairan

4. 4
Modul Pendidikan Jarak Jauh, Jenjang Diploma 3 Program Studi Keperawatan
Manusia hidup di lingkungan bertekanan 1 atm, Lebih praktis suatu tekanan dinyatakan
dalam selisih antara tekanan tersebut dengan tekanan atmosfir. Selisih tekanan atau tekanan
relatif dikenal sebagai gauge pressure. Ada beberapa bagian tubuh manusia yang mempunyai
tekanan gauge yang negatif. Ketika menarik nafas tekanan dalam paru-paru harus lebih rendah
dari pada tekanan udara luar. Perbedaan tekanan akan menyebabkan adanya aliran fluida.
Beberapa proses biologis tak lepas dari pembahasan yang
menyangkut sifat molekul molekul. Sebagai contoh adalah
ketika meneteskan pewarna pada suatu larutan dalam suatu
wadah, secara perlahan seluruh bagian larutan akan berubah
warna. Proses ini disebut difusi.
HukumFick:Arahdifusidaridaerahyangmemilikikonsentrasi
tinggi ke konsentrasi rendah. Laju difusi berbanding langsung
dengan perbedaan konsentrasi antara dua daerah. Hampir
semua proses difusi di alam berlangsung melalui membrane.
Membran dapat bersifat dapat dilewati atau permeabel,
tetapi umumnya membran pada sel-sel mahluk hidup bersifat
selectively permeable atau semipermeabel, yaitu hanya dapat
dilewati oleh molekul molekul tertentu.
Jika seseorang menderita sakit pada bagian
kanan jantung, berarti bagian yang menerima
darah dari pembuluh vena ini tidak menerima
bekalan darah dengan semestinya, dan tekanan
pembuluh kapiler akan meningkat. Hal ini akan
menyebabkan timbulnya osmosis balikan
pada sepanjang kapiler dan menimbulkan
cairan interstitial yang disebut edema atau
pembengkakan. Dialysis adalah difusi bebagai
molekul selain darah yang melewati membran
semipermeabel. Dalam dialysis membran
biasanya tidak permeable terhadap molekul
molekul yang berukuran besar.
Dialysisbalikanataufiltrasiataupenyaringan
dapat terjadi bila tekanan pada daerah dengan
konsentrasi tinggi mampu melawan arah
dialysis normal. Fungsi ginjal dan efek diuretik
adalah contoh dialysis yang terjadi pada tubuh
Gambar 2.2 : contoh difusi tinta
osmosis relatif. Osmosis balikan dapat terjadi
jika tekanan balik atau back pressure lebih besar
daripada tekanan osmosis. Osmosis balikan
dapat terjadi jika pada sisi kanan tabung diberi
tekanan yang menyebabkan kedua permukaan
larutan sejajar kembali. Dalam kehidupan sehari
hari osmosis terjadi pada penyerapan air oleh
akar tumbuh tumbuhan, pemindahan air untuk
mengeringkan sambungan antar tulang.
Gambar 2.3 : ilustrasi osmosis
Proses perpindahan air melalui membran semipermeabel karena perbedaan konsentrasi
larutan antara dua daerah yang dipisahkan memebran tersebut disebut osmosis.
Perpindahan air untuk mencapai keseimbangan larutan dapat saja menimbulkan perbedaan
ketinggian. Perbedaan ketinggian sebagai akibat dari proses osmosis menimbulkan tekanan
manusia. Active transport (pemindahan aktif), yaitu membran secara aktif memiliki energi
untuk memindahkan substansi substansi Reabsorbsi pada ginjal, penyerapan enzim pada
usus, dan sel syaraf merupakan contoh contoh dari pemindahan aktif.
Gambar 2.4 : ilustrasi dialysis

5. Modul Pendidikan Jarak Jauh, Pendidikan Tinggi Kesehatan
5
2. Menjelaskan kerja jantung
Jumlah darah pada orang dewasa 4,5 liter. Pada orang dewasa normal, setiap kontaraksi
otot jantung memompa sekitar 80 ml darah, dan setiap satu menit sel darah merah telah
beredar komplit satu siklus dalam tubuh. Pada proses
ini jantung melakukan kerja. Tekanan di kedua pompa
jantung tidaklah sama. Di sistem pulmonal tekanannya
rendah (Tekanan maksimum/sistole = 25 mm Hg). Pada
sirkulasi sistemik tekanan puncak/sistole sekitar 120
mm Hg. Pada fase istirahat (diastole) tekanan sekitar 80
mm Hg. Otot yang menggerakkan ventrikel kiri memiliki
ketebalan sekitar tiga kali lipat dibandingkan dengan
ventrikel kanan. Saat kita bekerja berat atau berolah raga,
tekanan darah dapat meningkat sebesar 50% dan volume
darah yang dipompa dapat meningkat 5 kali lipat sehingga
terjadi peningkatan energi yang dikeluarkan oleh jantung.
Untuk mengukur tekanan darah Rev Stephen Hales (1733)
mula2 menggunakan pipa gelas dihubungkan langsung ke
pembuluh arteri kuda dengan pengantara trackea angsa.
Di dalam pipa, darah akan naik dan mencapai ketinggian kira-kira 1,3 m dihitung dari
posisi jantung. Ketinggian tersebut dapat dicari dengan menggunakan harga rata-rata tekanan
darah pada jantung sebesar 100 mmHg, massa jenis (rapat massa) darah sebesar 1040 kg/m3
: rHg . g . hHg = rdarah . g . Hdarah
(13600 kg/m3).g (100 mm) = (1040 kg/m3).g. hdarah
hdarah = 1308 mm = 1,3 m
Pada lokasi dekat telapak kaki, tekanan darah menjadi 200 mmHg atau setara dengan
2,6 meter darah. Tingginya tekanan pada kaki ini disebabkan oleh berat darah antara jantung
dan kaki yang menekan ke bawah (jarak jantung dari telapak kaki sekitar 1,3 meter). Dengan
sedikit perhitungan dapat dipahami bahwa peningkatan tekanan darah sebesar 10 (10 mmHg)
menyebabkan kenaikan tinggi kolom darah sebanyak 131 mm. Tekanan darah 150 berarti tinggi
kolom darah dalam pipa (dihitung dari telapak kaki) adalah 1,95 m.
Dalam praktek, pengukuran tekanan
darah biasanya dengan alat yang bernama
sphygmomanometer. Alat ini terdiri atas :pembalut/
gelang; dalam pembalut ini terdapat rongga yang dapat
diberi tekanan.manometer yang dihubungkan dengan
pembalut tersebut untuk mengukur tekanannya.
Dalam bentuknya yang asli, yang digunakan adalah
manometer air raksa dan stetoskop.
Aliran darah biasanya mengalir secara laminer/
sream line, tetapi pada beberapa tempat terjadi
turbulensi misalnya pada valvula jantung (katup
jantung).
Dengan menggunakan sphygmomanometer
dan pembalut dililitkan pada lengan bagian atas,
aliran darah akan dibuat turbulensi dan menghasilkan
fibrasi sehingga bunyi jantung dapat didengar dengan
menggunakan stetoskop.
Aliran laminer dapat diubah menjadi turbulensi
apabila pembuluh secara berangsur-angsur diciutkan
Gambar 2.5 : Ilustrasi jantung kita
Gambar 2.6 : Sphygmomanometer

6. 6
Modul Pendidikan Jarak Jauh, Jenjang Diploma 3 Program Studi Keperawatan
jari-jarinya dan kecepatan aliran secara bertahap ditingkatkan sehingga mencapai kecepatan
kritis.
3. Menjelaskan sistem peredaran darah
Cara kerja pengukuran tekanan darah adalah
Mula-mula pembalut dililitkan pada lengan bagian
atas dan tekanannya dinaikkan secara cepat dengan
bantuan semacam pompa tangan hingga tekanannya
dapat mengentikan aliran darah. Kemudian dengan
membuka sedikit katup pada pompa tersebut, tekanan
diturunkan secara agak lambat. Pada saat yang sama,
suara dalam pembuluh darah pada lengan bawah
didengarkan dengan stetoskop dan penunjukkan pada
manometer diamati.
Ketika tekanan pembalut masih lebih tinggi
daripada tekanan systole, darah tidak mampu
menembus jepitan pembalut sehingga tidak ada suara yang terdengar melalui stetoskop.
Pada saat tekanan pembalut turun di bawah tekanan systole, terjadi aliran darah turbulen
yang menyemprot melalui arteri. Desakan darah yang mengalir menerobos jepitan pembalut
ke arah lengan bawah menimbul-kan getaran suara yang terdeteksi dengan stetoskop. Bunyi-
bunyi ini disebut bunyi Korotkoff atau K. Tekanan pada saat bunyi K pertama kali terdengar
menunjukkan tekanan Sistole. Seiring dengan menurunnya tekanan bunyi K semakin keras
kemudian mereda.
Bila tekanan pembalut lebih rendah dibandingkan dengan tekanan diastole, suara
yang terdengar akan berubah atau menjadi hilang. Saat bunyi K menghilang atau berubah
menunujukkan tekanan diastolic. Tekanan darah dicatat sebagai tekanan yang ditunjukkan
oleh manometer pada saat munculnya suara karena desakan aliran darah (tekanan systole)
dan di saat berubah atau hilangnya lagi suara tersebut (tekanan diastole).
Pada saat ini telah terdapat pengukur tekanan darah yang bekerja secara elektronik,
namun masih berdasarkan prinsip sphygmomanometer. Pembalut yang bertekanan tetap
digunakan, sedangkan saat munculnya suara (tekanan systole) dan saat berubah/hilangnya
suara (tekanan diastole) dideteksi secara elektronik. Hasil pengukuran langsung di-tampilkan
pada peraga digital. Seringkali alat ini memperagakan pula jumlah denyut jantung per menit.
4. Mekanisme Pernapasan
• Sepasang paru-paru rata-rata dapat menyimpan sekitar 6 liter udara, Tetapi hanya sebagian
Gambar 2.7 : Cara pengukuran tekanan darah
kecil dari kapasitas ini digunakan selama
bernafasnormal,Volumeparu-paruseseorang
bergantung kepada perbedaan ukuran fisik
paru-paru, berhubungan juga dengan kondisi
saat inspirasi dan ekspirasi, Nilai volume paru-
paru bergantung pada usia dan tinggi dan
berat orang.
• Total lung capacity (TLC) = 6 L. Volume udara
yang tersimpan di paru-paru pada akhir
inspirasi maksimum.
• Vital capacity (VC) = 4.8 L. Jumlah udara yang
dapat dikeluarkan dari paru-paru setelah Gambar 2.8 : paru-paru kita
inspirasi maksimum.
• Tidal volume (TV) = 500 ml. Jumlah udara yang dihirup dan dikeluarkan selama pernafasan
normal.
• Residual volume (RV) = 1.2 L. Jumlah udara di dalam paru-paru setelah ekspirasi maksimal.
• Expiratory reserve volume (ERV) = 1.2 L. Jumlah udara tambahan yang dapat dikeluarkan

7. Modul Pendidikan Jarak Jauh, Pendidikan Tinggi Kesehatan
7
setelah ekspirasi normal.
• Padaakkhirpernafasannormal,paru-parumengandungresidualvolumeditambahexpiratory
reserve volume, atau sekira 2.4 liter. Jika seseorang dapat mengeluarkan udara sebanyak
mungkin maka hanya volume residu 1,2 liter yang tersisa.
• Inspiratory reserve volume (IRV) = 3.6 L. Tambahan udara yang masih dapat dihirup setelah
volume tidal masuk paru-paru
• Functional residual capacity (ERV + RV) = 2.4 L. Jumlah udara dalam paru-paru setelah volume
tidal keluar.
• Inspiratory capacity (IC) = Jumlah udara yang dapat dihirup setelah volume tidal keluar
• Anatomical dead volume (or dead space)
= 150 mL. The volume of the conducting
airways.
• Mekanisme pernafasan pada manusia
disebut pernafasan Tidal. Pernafasan
Tidal artinya udara yang masuk dan
keluar paru-paru melalui jalan yang sama.
Kapasitas paru-paru total bergantung
pada usia, berat, jenis kelamin dan aktifitas
fisik seseorang. Sebagai contoh wanita
mempunyai kapasitas paru-paru lebih
rendah 20–25% dibandingkan laki-laki.
Perokok berat mempunyai kapasitas paru-
paru lebih rendah dibanding bukan perokok.
Kapasitas paru-paru bergantung pula pada
ketinggian. Seseorang yang lahir dan hidup
Gambar 2.9 : Pernafasan tidal
di dataran rendah mempunyai kapsitas
yang lebih kecil dibanding orang yang hidup
di dataran tinggi. Hal ini disebabkan lapisan
atmosfir mempunyai kerapatan yang kecil
pada dataran tinggi, sehingga volume udara
yang sama mengandung sedikit molekul,
termasuk oksigen. Paru-paru akan tumbuh
lebih besar agar dapat memproses udara
lebih banyak. Seseorang yang pergi dari
dataran rendah ke dataran tinggi sering
mengalami “sakit ketinggian, karena paru-
paru tidak dapat memproses oksigen yang
cukup untuk kebutuhan tubuhnya. Tidal
volume, vital capacity, inspiratory capacity
and expiratory reserve volume dapat diukur
dengan spirometer. Penentuan residual
volume dapat dilakukan oleh radiographic
planemetry, body plethysmography, closed
circuit dilution and nitrogen washout.
• Ada empat elemen dasar pada tes fungsi
paru-paru :
• Tidal volume (TV): Volume udara pada
seseorang normal ketika masuk dan
keluar
• Inspiratory reserve volume (IRV): Jumlah
volume udara maksimum yang dapat
ditambahkan ke volume tidal
• Expiratory reserve volume (ERV):
Volume udara maksimum yang dapat
dikeluarkan kembali setelah ekspirasi
narmal.
• Residual volume (RV): Jumlah udara
yang selalu ada di dalam paru-paru
dan tidak pernah dikeluarkan. Jumlah
udara yang tersisa di paru-paru setelah
ekspirasi maksimum.
• Hasilnya dapat digunakan untuk membagi
penyakit paru-paru ke dalam dua bagian
yaitu restrictive diseases (volume paru-
paru menurun), dan obstructive diseases
(volume paru-paru normal, tetapi kecepatan
aliran udara terganggu).
• Dari volume ini sejumlah kapasitas paru-
paru dapat dihitung :
Total lung capacity (TLC): Volume paru-
paru total (volume total udara dalam
paru-paru setelah inspirasi maksimum)
TLC = IRV + TV + ERV + RV
Functional residual capacity (FRC): Jumlah
udara yang tersisa di paru-paru selama
pernafasan normal.
FRC = ERV + RV
• Respiratory quotient = RQ = Kecepatan
produksi CO2 /Kecepatan konsumsi O2. RQ

8. 8
Modul Pendidikan Jarak Jauh, Jenjang Diploma 3 Program Studi Keperawatan
dapat berbeda pada kondisi diet dan exercise, Pada kondisi normal RQ = 0.8.
• Tekanan rata-rata gas oksigen pada manusia ketika istirahat adalah :
Outside air = 160 torr (mm Hg)
Alveolar air = 105 torr
Arteriole blood = 100 torr
Rangkuman
Tugas
Mandiri
Venous blood = 40 torr
Cells << 40 torr
Fluida adalah aliran gas dan udara. Aspek kesehatan yang etrkait dengan hal ini adalah cairan,
peredaran darah, dan pernafasan. Kegunaan dibidang kesehatan meliputi aliran pengukuran
cairan tubuh, permeabilitas membrane, peredaran darah, tekanan darah, fungsi paru, dan
pernapasan.
1. Sebutkan bagian-bagian alat spigmomanometer
2. Jelaskan cara kerja alat spignomanometer
3. Praktekan cara pengukuran tekanan darah
4. praktekan cara mengetahui fungsi paru

9. Hak Cipta Kementrian Republik Indonesia Bekerjasama Dengan
Australia Indonesia for Health Systems Strengthening (AIPHSS)
2015