Pembahasan mengenai fisiologi kerja dalam ergonomi mencakup pendahuluan mengenai fisiologi kerja, konsep metabolisme, energi ekspenditur, serta berbagai metode pengukuran kerja fisik. Pembahasan sekilas mengenai kelelahan dan penentuan waktu istirahat juga diberikan
3. Learning Outcomes
01 Memahami konsep dasar fisiologi manusia saat bekerja
02 Menganalisis aktivitas fisik pekerja
03
Melakukan perbaikan sistem kerja berdasarkan tolok ukur
fisiologi kerja
5. Pengaruh Pekerjaan Terhadap Manusia
dalam Suatu Sistem Kerja
• Kriteria Faali: kecepatan denyut jantung, konsumsi oksigen, tekanan
darah, tingkat penguapan, temperatur, komposisi kimiawi dalam darah
& air seni
• Kriteria Kejiwaan: kejenuhan, emosi, motivasi, sikap,dll
• Kriteria Hasil Kerja : output produk yang dihasilkan
6. REVIEW! Pengukuran Performansi Sistem Kerja
Performa Kerja dapat diukur
menggunakan kriteria waktu,
tenaga, dampak psikologis
dan sosiologis
Kriteria waktu
paling banyak
digunakan
Kriteria waktu
paling mudah
diukur dan menjadi
ukuran bagi siapa
saja
Performa Baik
Waktu Singkat
Tenaga Minim
Dampak Psikologis dan Sosiologis
Minim
8. Pembakaran Energi pada Manusia vs Mesin
Fungsi otot rangka adalah berkontraksi untuk menggerakkan bagian-bagian
tulang lebih dekat satu sama lain. Sebagian besar otot rangka melekat pada
tulang di sepanjang sendi.
Aktivitas “mesin” pada tubuh manusia melibatkan proses metabolisme yang
komplek yang memiliki kesamaan dengan proses pembakaran (combustion)
bahan bakar pada mesin
• Menghasilkan energi untuk memindahkan part/bagian
• Membutuhkan bahan bakar dan oksigen untuk memprosesnya
• Menghasilkan panas dan produk sampingan lainnya
9. Konsep Metabolisme (1)
Metabolisme adalah proses kimiawi dalam tubuh makhluk hidup penyusunan
atau penguraian dalam suatu zat tertentu agar dapat mudah terserap tubuh
Fitting the Human (Kroemer, 2017 hal 185)
Gambar 1
10. Konsep Metabolisme (2)
Proses menguraikan zat menjadi
partikel-partikel kecil yang nantinya
dirubah menjadi energi.
Katabolisme
Proses Penyusunan senyawa organik yang
berasal dari molekul tertentu agar dapat
mudah diserap oleh tubuh
Anabolisme
11. Diagram Konversi Energi mulai dari Proses Menelan
hingga diubah menjadi Panas dan Usaha (Work)
Ingestion Digestion Assimilation
Storage
Release
Body Maintenance
Heat
Muscle Use
Work
Gambar 2
12. Unit Energi
Joules (J) atau Calories (Cal).
Satuan Unit untuk Energi
Karbohidrat 18 kJ (4.2 Cal)
Protein 19 kJ (4.5 Cal)
Lemak 40 kJ (9.5 Cal)
Energi pada Nutrisi per gram
Watt, 1 W = 1J/s
1kcal/hour=1.163 W
Satuan Unit untuk Daya
1 cal = 4.19 J
1 J = 1 Nm= 0.2389 cal
J ke Cal dan sebaliknya
13. Komponen Metabolisme Total (1)
60% • Banyaknya energi yang dipakai untuk mempertahankan
fungsi vital tubuh
• Diukur saat tubuh istirahat fisik dan mental sempurna.
Metabolisme Basal
• Energi yang berhubungan dengan aktivitas fisik seperti
olahraga dan kerja manua
• Dibagi menjadi aktivitas fisik (physical activity) dan NEAT
Non Exercise Associated Thermogenesis
Activity Metabolism (Activity Thermogenesis)
Energi yang digunakan dalam proses pencernaan
Digestive Metabolism (Thermic Effect of Food)
30%
60%
10%
30%
10%
14. Komponen Metabolisme Total (2)
d d d dTMRd= BMRd+ AMRd + DMRd
Faktor-faktor yang Mempengaruhi BMR
• Berat badan
• Jenis kelamin
• Usia
• Ras
• Persentase lemak.
• Untuk laki-laki 20 tahun, BMRh/kg = 1.0 kcal/h=hour
per kg berat badan
• Untuk wanita 20 tahun, BMRh/kg = 0.9 kcal/h=hour
per kg berat badan
• Pengurangan 2% dari nilai awal per dekade (10 tahun)
diatas usia 20 tahun
BMR = Basal Metabolism Rate
AMR = Activity Metabolism Rate
DMR = Digestive Metabolism Rate
daily, h = hour
1
Tabel 1
15. Contoh 1: Menentukan Metabolisme Total
Tentukan metabolisme basal seorang wanita usia 35 tahun dengan berat 59 kg
BMRd= 0.873(59)(24)=1238 kcalBMRd= 0.873(59)(24)=1238 kcal
BMRm= 1238/1440=0.86 kcal/minBMRm= 1238/1440=0.86 kcal/min
Nilai BMR per menit dilakukan dengan membagi BMRd ke dalam menit (24 jam
= 1440 menit)
• Usia 35 tahun perlu koreksi waktu sebesar 1.5 (1.5 dekade > 20 thn)
• Koreksi 1.5 (0.02) = 0.03
• Adjusted BRMh/kg = 0.9(1-0.03)=0.873 kcal/hr per kg berat badan
Jawab
Untuk berat 59 kg selama 24 jam maka BMR harian
16. Menentukan Energy Expenditure Rates
ERm= BMRm+ AMRm
ERm= Expenditure Rate of the activity, kcal/min
DMRd = Digestive Metabolism Rate, kcal/day
Untuk melakukan aktivitas fisik seperti dalam tabel-tabel sebelumnya,
tubuh manusia harus mengeluarkan energi sebesar
TMRd= 0.1(BMRd+ AMRd)+BMRd+ AMRd
Tingkat metabolisme total harian sebesar
m = minute, d = day
DMRd
2
3
17. Konsumsi Energi Aktivitas Sehari-hari (1)
Pekerjaan Energi (kkal /menit)
Duduk 0.3
Jongkok (Kneeling) 0.5
Squat 0.5
Berdiri 0.6 – 2.2
Stooping
(Membungkuk)
0.8
Berjalan dengan beban
10 kg
3.6
Bersepeda 16 km/jam 5.2
Menaiki tangga
(kemiringan 30 derajat)
13.7
Tabel 2
18. Konsumsi Energi Aktivitas Sehari-hari (2)
Pekerjaan Kkal/min
Tidur BMR
Istirahat (duduk) 1.5
Berjalan (3km/jam) 2.8
Berjalan (4.5km/jam) 4.0
Berjalan (6km/jam) 5.2
Jogging (7.2km/jam) 7.5
Lari (12km/jam) 12.7
Naik tangga 100
langkah/min
13.7
Tabel 3
19. Konsumsi Energi Aktivitas Sehari-hari (3)
Pekerjaan Kkal/min Pekerjaan Kkal/min
Office work, duduk 1.6
Menggergaji kayu
manual
6.8
Office work, berdiri 1.8 Memotong kayu 8.0
Perakitan ringan,
duduk
2.2
Memotong rumput
dengan mesin
8.3
Menyoldir, duduk 2.7
Mencangkul/Menyekop
beban 7 kg
8.5
Membersihkan jendela 3.1 Naik tangga beban 8kg 9.0
Tukang batu 4.0
Naik tangga curam
beban 10kg
16.2
Tabel 4
20. Contoh 2: Menentukan Tingkat Metabolisme
Seorang wanita pekerja usia 35 tahun berat 65 kg dalam contoh sebelumnya
menghabiskan energi untuk berbagai kegiatan berikut
1. Tidur selama 8 jam
2. Bersepeda pulang pergi selama 1 jam dengan kecepatan 16km/jam
3. Berdiri selama 2 jam
4. Melakukan perakitan manual posisi duduk selama 6 jam
5. Menonton TV dan istirahat selama 7 jam
Tentukan tingkat metabolismenya selama 24 jam
Catatan:
Nilai dalam tabel berlaku untuk orang dengan berat 72kg (160lb) orang yang ditinjau
berbeda dilakukan adjusment dengan mengalikan nilai ER dalam tabel dengan rasio
W/72 (dalam kg) atau W/160 (dalam lb). W = berat badan
24. Konsumsi Oksigen Saat Bekerja
Saat tubuh bekerja, konsumsi
oksigen (O2 ) dan pelepasan
karbondioksida merupakan
salah satu indikator untuk
mengukur produksi energi
metabolisme
Misalkan secara umum rata-
rata nilai energi O2 adalah 5
kcal (21 kJ) per liter O2, maka
kita dapat mennghitung energi
yang diubah tubuh untuk suatu
aktivitas berdasarkan volume
O2 yang diserap
25. Denyut Jantung Saat Bekerja (1)
Denyut jantung saat bekerja
merupakan salah satu metode
yang paling banyak digunakan
untuk menghitung beban kerja
• Kondisi normal/ istirahat, laju
detak jantung manusia berkisar
diantara 60-70 detak/menit
• Kondisi bekerja, rata‐ rata laju
detak jantung naik menjadi 110
– 140 detak/menit karena
kebutuhan energi tinggi
sehingga jantung perlu bekerja
lebih keras memompa aliran
darah
26. Denyut Jantung Saat Bekerja (2)
• Denyut nadi pada saat istirahat (resting pulse) adalah rata‐rata denyut
nadi sebelum pekerjaan dimulai
• Denyut nadi selama bekerja (working pulse) adalah rata‐rata denyut nadi
selama seseorang bekerja
• Denyut nadi untuk kerja (work pulse) adalah selisih antara denyut nadi
selama bekerja dan selama istirahat
• Denyut nadi selama istirahat total (total recovery cost) adalah jumlah
aljabar denyut nadi dari berhentinya denyut pada saat suatu pekerjaan
selesai dikerjakan sampai dengan denyut berada pada kondisi istirahat
• Denyut kerja total (total work or cardiac cost) adalah jumlah denyut
jantung dari mulainya suatu pekerjaan sampai dengan denyut berada
pada kondisi istirahatnya (resting level)
27. Denyut Jantung Saat Bekerja (3)
• Alat ukur: cardiotachometer dan pulse meter
Cara Pengukuran
• Manual dg meraba denyutan pada arteri radialis
28. Konsumsi Energi (Energy Expenditure)
• Denyut jantung merupakan indikator fungsi peredaran darah
sedangkan konsumsi oksigen indikator konversi metabolisme
• Denyut jantung dan konsumsi oksigen saling berhubungan dengan
kerja fisik
• Denyut jantung dapat digunakan untuk mengukur konsumsi oksigen
• Konsep oxygen deficit and oxygen debt
31. Klasifikasi Beban Kerja berdasarkan Energy
Expenditure dan Denyut Jantung
Klasifikasi
By energy expenditure
By heart rate
kJ/min Kcal/min
Light, easy 10 2.5 90 atau kurang
Medium, moderate 20 5 100
Heavy, hard 30 7.5 120
Very heavy 40 10 140
Extremely heavy 50 12.5 160 atau lebih
Tabel 6
32. Nilai VO2 max, MET, dan RPE berbagai
Aktivitas fisik
RPE= Rating Perceived Effort (Bjorg Scale)
MET = Metabolism Equivalent Task, 1 MET ≈
penyerapan oksigen 0.250 L/min
33. Perubahan Fungsi Fisiologis dari Istirahat ke
Kerja/Usaha Maksimal
Konsumsi Energi Dari 1 ke 20 kkal/min x 20
Penyerapan Oksigen Dari 0.2 – 4 L x 20
Aktivitas Jantung Denyut jantung dari 60 – 180 detak/min x 3
Volume Stroke dari 50 – 150ml x 3
Cardiac Output = minute volume x heart rate;
dari 5 – 35 L/min
x 7
Tekanan darah, systolic, dari 90 – 270mmHg x 3
Pernapasan Breathing rate dari 10 – 50 napas/min x 5
Minute volume = tidal volume x breathing rate; dari 5
– 100 L/min
x 20
Tabel 7
34. Kenaikan Denyut Jantung Saat Bekerja berat dan
Saat Kerja Fisik Ringan kondisi steady-sate
Gambar 5
35. Rekomendasi Energy Expenditure (EE) dan Denyut Jantung
Pekerja untuk 8 Jam Kerja per Hari (1)
Indeks Fisiologis Laki-laki Wanita
Tingkat energi ekspenditure aktivitas fisik
(maksimum rata-rata pembobotan berdasarkan
waktu (time-weighted average) sepanjang shift
kerja) 𝐸𝑅
5.0 kkal/min 4.0 kkal/min
Energi ekspenditure aktivitas fisik untuk satu shift 8
jam kerja
2400 kkal 1920 kkal
Denyut jantung 𝐻𝑅 120 detak/min 110 detak/min
Nilai dalam tabel ini adalah time-weighted average values sepanjang shift kerja
Tabel 8
36. Rekomendasi Energy Expenditure dan Denyut Jantung
Pekerja untuk 8 Jam Kerja per Hari (2)
Untuk menghitung time-weighted average values pada periode waktu tertentu
Time-weighted average values adalah nilai yang telah diberi pembobotan berdasarkan
waktu, artinya saat bekerja ada periode pekerja bekerja melebihi waktu ini yang
akhirnya dikompensasi dengan saat ia bekerja menggunakan energi ekspenditur lebih
rendah
𝐸𝑅= time-weighted average values; kkal/min
𝐸𝑅 = Energi ekspenditure selama periode ke –i; kkal/min
𝑇 = lama periode (waktu) ke –i; min=menit
4
37. Contoh 3: Menentukan Energi Ekspenditure Rata-rata
Seorang laki-laki melakukan pekerjaan bersifat repetitif selama 4 jam setiap pagi yang
membutuhkan EE sebesar 7.5 kkal/min. Setiap jam ia bekerja selama 40 menit dan
beristirahat 20 menit. Selama waktu istirahat, EE yang digunakan 1.5 kkal/min. Hitung
tingkat energi ekspenditure setelah pembobotan rata-rata berdasarkan waktu
= kal/min
Perhatikan nilai 5.5 kkal/min ini melebihi rekomendasi berdasarkan tabel untuk
pekerja laki-laki 5.0 kkal/min
Jawab
38. Konsumsi Energi Beberapa Pekerjaan
Pekerjaan
Kilo kalori per hari
Laki-laki Wanita
Bookkeeper 2400 2000
Sekretaris 2700 2250
Supir Bis 3000 2500
Operator Mesin 3300 2750
Buruh 3900 3250
Tukang kayu 3900 3250
Pekerja tambang 4200
Penebang kayu 4500
Atlet 4000 4250
Tabel 9
40. Permendagri No 12 / 2008
Menurut Permendagri No. 12/2008, beban kerja adalah besaran
pekerjaan yang harus dipikul oleh suatu jabatan/unit organisasi dan
merupakan hasil kali antara volume kerja dan norma waktu
41. Faktor-faktor Mempengaruhi Kapasitas Kerja
Personal
Usia
Berat Badan
Jenis Kelamin
Konsumsi Alkohol
Merokok
Gaya hidup aktif / tidak aktif
Olahraga
Status Gizi
Motivasi
Lingkungan
Polusi Udara
Kualitas udara dalam ruang
Ventilasi
Ketinggian
Kebisingan
Suhu ekstrim panas atau dingin
Lebih Detil
42. Hubungan antara Manusia dengan Faktor-faktor
yang Mempengaruhi Beban Kerja Fisik
LebihDetil
Gambar 6
44. Pengukuran Beban Kerja Fisik
Pengukuran Konsumsi
Oksigen saat seseorang
melakukan pekerjaan
• Tabel
• Pengukuran Subyektif
• Estimasi dari Denyut jantung
• Job Task Analysis
Langsung Tidak Langsung
More Complex
More Accurate
45. Pengukuran Secara Langsung
Metode klasik untuk mengukur beban kerja fisik atau energi
ekspenditur saat bekerja menggunakan Douglas Bag atau
oxylog
46. Pengukuran Tidak Langsung dengan Tabel
Definisi Umum
Tinjau ulang pembahasan sebelumnya tentang metabolisme dan
contoh kasus serta merujuk pada tabel 6, 7, 8
Dibutuhkan data denyut jantung pekerja saat bekerja / beraktivitas
lalu dikonversi ke rumus atau tabel yang sesuai
48. Pengukuran Tidak Langsung
dengan Estimasi dari Denyut Jantung
Data denyut jantung saat bekerja
/ beraktivitas dikonversi ke data
konsumsi oksigen
Menyusun acuan denyut
jantung dan konsumsi
oksigen di laboratorium
Data Konsumsi
Oksigen dikonversi ke
Energi Ekspenditur
Menghitung Energi Ekspenditur berdasarkan kalibrasi denyut jantung
dan konsumsi oksigen
49. FATIGUE & WAKTU ISTIRAHAT
01
02 Waktu Istirahat (Rest Period)
Menentukan Waktu Istirahat (Rest Period)03
Workplace Fatigue (Kelelahan Kerja)
50. Workplace Fatigue (Kelelahan Kerja) (1)
Kelelahan (tiredness) ekstrem dan penurunan fungsi
kapasitas tubuh yang dialami selama dan akhir hari kerja
Definisi Umum
Kelelahan Ekstrim
Penurunan Fungsi Kapasitas Tubuh
Saat Bekerja
• Kehabisan energi
• Kapasitas dan atau motivasi untuk merespon
stimulus tertentu atau terlibat dalam suatu
jenis akivitas atau perilaku
• Melibatkan 3 sumber energi: fisik, mental,
kognitif
• Berlangsung pada hari kerja
51. Workplace Fatigue (Kelelahan Kerja) (2)
Physical Work
Fatigue
Kelelahan fisik ekstrim
dan penurunan
kapasitas tubuh
melakukan aktivitas
fisik
Kelelahan mental
ekstrim dan
penurunan
kapasitas tubuh
melakukan
aktivitas kognitif
Mental Work
Fatigue
Emotional Work
Fatigue
Kelelahan emosi
ekstrim dan
penurunan
kapasitas tubuh
melakukan
aktivitas emosi
53. Dampak Fatigue
Motivasi kerja menurun
Waktu reaksi lebih lama
Kewaspadaan berkurang
Konsentrasi kerja terganggu
Koordinasi psikomotor menurun
Muncul masalah pada ingatan atau memori dan proses informasi
Kemampuan menilai sesuatu berkurang
54. Waktu Istirahat (Rest Periods)
• Pemulihan dari kelelahan otot,
kenaikan denyut jantung, dan
penumpukan asam laktat dalam sel
otot
• Aspek psikologis dan fisiologis
Fungsi Waktu Istirahat
• Short breaks berkisar 5-10 min,
jika kerja < rekomendasi EE
(lihat tabel 8)
• Short breaks lebih lama jika EE
melebihi rekomendasi untuk
memulihkan tubuh dari
kelelahan.
Short Breaks vs Long Breaks
Rest breaks dianggap sebagai bagian jam
kerja, lebih singkat, dimasukkan dalam
perhitungan waktu baku.
Rest Breaks ≠ Lunch Breaks
Rest breaks yang pendek namun sering
lebih disarankan berkaitan dengan
recovery paling tajam pada awal break
kerja sebagaimana pada kurva energi dan
denyut jantung (lihat gambar 4 dan 5)
Pemberian Rest Breaks
55. Menentukan Lama Rest Break (1)
𝐸𝑅= time-weighted average values; kkal/min, 5 kkal/min untuk laki-laki, 4 kkal/min untuk
wanita (lihat tabel 8)
𝑇 = lama stirahat (rest); menit (min)
𝑇 = lama kerja; menit(min)
𝐸𝑅 = tingkat energi ekspenditur yang berhubungan dengan aktivitas fisik
𝐸𝑅 = tingkat metabolisme saat istirahat, sedikit di atas metabolisme basal (lihat tabel 3)
5
56. Contoh 4: Menentukan Lama Rest Break
Seorang laki-laki melakukan pekerjaan fisik dengan energi ekspenditur (EE) sebesar
8.2 kkal/min selama 20 menit. Berapa lama rest break yang dibutuhkan setelah waktu
kerja berakhir?
Dari tabel 8 rekomendasi EE untuk laki-laki 5.0 kkal/min, tingkat EE saat istirahat
(tabel 3) 1.5 kkal/min. Berdasarkan persamaan (5), maka
Jawab
57. Menentukan Lama Rest Break (2)
6
Alternatif lain menghitung waktu break menggunakan waktu total TT (total time)
Waktu total termasuk waktu kerja dan waktu istirahat (dalam menit)
58. Contoh 5: Menentukan Proporsi Waktu Istirahat (1)
Seorang pekerja laki-laki bekerja fisik diselingi beberapa kali rest untuk kelelahan
selama satu shift 8 jam. Tingkat EE untuk pekerjaan tersebut sebesar 8.2 kkal/min.
a. Bagaimanakah pembagian satu shift 8 jam menjadi waktu kerja dan rest breaks?
b. Apakah pembagian ini sejalan dengan contoh 4?
c. Apakah time-weighted average energy expenditure rate untuk satu shift telah sesuai
rekomendasi?
a. Berdasarkan rekomendasi EE untuk laki-laki 5.0 kkal/min dan tingkat EE saat
istirahat 1.5 kkal/min, proporsi total waktu kerja yang digunakan untuk rest
breaks adalah
Jawab
59. Contoh 5: Menentukan Proporsi Waktu Istirahat (2)
Dengan demikian untuk 1 shift 8 jam kerja
• Waktu kerja 52.24% (0.5224 x 8 = 4.179 jam)
• Rest breaks 47.76% (0.4776 x 8 = 3.821 jam)
b. Siklus total waktu kerja - rest pada contoh 4 adalah
TT = 20.0 + 18.29 = 38.29 menit. Maka proporsi rest time dengan total time adalah
Proporsi ini sama dengan perhitungan (a) setelah pembulatan menunjukkan bahwa
pembagian waktu kerja dan istirahat konsisten dengan perhitungan pada contoh 4
60. Contoh 5: Menentukan Proporsi Waktu Istirahat (3)
c. Time-weighted average energy expenditure rate selama satu shift 8 jam kerja
Pekerja akan mengalami kelelahan ekstrim jika harus bekerja selama 4.179 jam dan
diikuti rest selama 3.821 jam sehingga diperlukan penjadwalan siklus kerja-istirahat
yang tepat seperti contoh 4
61. Referensi
• Groover, M.P, 2014, Work Systems, Pearson India
• Bridger, 1997, Introduction to Ergonomics, McGraw Hill
• Kroemer, Karl, H.E., 2017,Fitting the Task: Introduction to Human
Factors/Ergonomics, 7th edition, CRC Press.
• Frone, M.R. And Tidwell, M.C.O., 2015, The Meaning and Measurement of Work
Fatigue: Development and Evaluation of the Three-Dimensional Work Fatigue
Inventory (3D-WFI), Journal of Occupational Health Psychology, 20(3): 273-288
• Sadeghniiat-Haghighi, K., and Yazdi, Z, 2015, Fatigue management in the workplace,
Industrial Psychiatry Journal, 24(1): 12-17