Sistem Respirasi atau Pernapasan pada Manusia

Sistem Respirasi atau Pernapasan pada Manusia, Sistem pernapasan atau respirasi berfungsi sebagai pendistribusi udara dan penukar gas sehingga oksigen dapat disuplai ke dan karbon dioksida dikeluarkan dari sel-sel tubuh. Saluran penghantar udara yang membawa udara ke dalam paru adalah hidung, faring, laring, trakea, bronkus, dan bronkiolus. Fungsi lain daripada faring adalah menelan, resonansi suara, dan artikulasi sedangkan fungsi lain daripada laring adalah penghasil suara dan proteksi jalan napas.

Sistem Respirasi atau Pernapasan pada Manusia

Pengertian Respirasi atau Pernapasan

Pengertian pernafasan atau respirasi adalah suatu proses mulai dari pengambilan oksigen, pengeluaran karbohidrat hingga penggunaan energi di dalam tubuh. Menusia dalam bernapas menghirup oksigen dalam udara bebas dan membuang karbondioksida ke lingkungan.

Dengan mempelajari struktur faring dan laring secara makroskopis dan mikroskopis, mengerti mekanisme dan proses pernapasan secara fisiologis, kita dapat mengetahui faktor apa saja yang menyebabkan terjadinya batuk, serak dan sakit saat menelan.

Struktur Makroskopis Pharynn (Tekak)

 Penampang sagital pharunx dan larynx

Pharynx adalah sebuah pipa musculomembranosa, panjang 12-14 cm, membentang dari basis cranii sampai setinggi vertebra cervial 6 atau tepi bawah cartilago cricoidea.paling lebar di bagian superior, nerukuran 3,5 cm. Di sebelah caudal dilanjutkan dengan oesophagus (kerongkongan). Pada batas pharynx dengan oesophagus lebarnya menjadi sekitar 1,5 cm; tempat ini merupakan bagian tersempit saluran pencernaan, selain appendix vermiformis.

Di sebelah cranial pharynx dibatasi oleh bagian posterior corpus ossis sphenoidalis dan pars basilaris osissis occipitalis. Di sebelah dorsal dan lateral pharynx terdapat jaringan penyambung longgar yang menenpati spatium peripharyngeale. Di sebelah dorsal, jaringan penyambung longgar tersebut memisahkan pharynx dari fascia alaris. Di sebelah ventral, pharynx terbuka ke dalam rongga hidung, mulut dan larynx; dengan demikian dinding anteriornya tidak sempurna.

Dari atas ke bawah tiap sisi pharynx melekat pada lamina medialis processus pterygoidei, raphe pterygomandibularis, mandibula,lidah, oshyoideum, cartilago thyreoidea dan cartilago cricoidea. Ke arah lateralpharynx berhubungan dengan cavum tympani lewat tuba pharyngotympanica (auditiva Eustachii) dan berturut-turut dari cranial ke caudal, berbatasan dengan processus styloideus dan otot-ototnya. Spatium peripharyngeale terdiri atas dua bagian yakni spatium parapharyngeale dan spatium retro pharyngeale

Pembagian daerah pharynx

Pharynx dibagi menjadi tiga bagian (dapat dilihat di gambar 2) yakni:

1.    Nasopharynx (Epipharynx)

Nasopharynx berada di sebelah dorsal hidung dan sebelah cranial palatum molle berdinding statik, kecuali palatum molle. Rongga nasopharynx tidak pernah tertutup, berbeda dari ororpharynx dan laryngopharynx. Ke arah ventral nasopharynx berhubungan dengan rongga hidung melalui choanae (apertura nasalis posterior), yang masing-masing terpisah oleh septum nasi. Nasopharynx dan oropharynx berhubungan melalui isthmus pharyngeum ini tertutup pleh elevasi palatum molle dan pembentukan lipatan Passavant (“fold of Passavant”) di dinding dorsal pharynx. Pada masing-masing dinding lateral nasopharynx dijumpai ostium pharyngeale tubae auditivae, yakni di sebelah dorsal dan caudal ujung posterior concha nasalis inferior. Di sebelah dorsocranial, lubang ini dibatasi oleh elevasi tuba yang dibentuk oleh mukosa yang menutupi ujung pharyngeal tulang rawan tuba auditiva.

2.    Ororpharynx (Mesopharynx)

Oropharunx terbentang mulai dari palatum molle sampai tepi atas epiglottis atau setingga corpus vertebra cervical 2 dan 3 bagian atas. Di sebelah ventral berhubangan dengan cavum oris melalui isthmus oropharyngeum (isthimus faucium) dan berhadapan dengan aspek pharyngeal lidah. Dinding lateral oropharynx terdiri atas aecus palatopharyngeus dan tonsilla palatina, arcus palatopharyngeus terletak di sebelah dorsal arcus paatoglossus, turun dari uvula menuju sisi pharynx, sebagai lipatan mukosa yang menutuoi miskulus palatopharyngeus membentuk sinus tonsillaris yang berbentuk segitiga dan berisi tonsilla palatina.

3.    Laryngopharynx (Hypopharynx)

Laryngopharynx membentng dari tepi cranial epiglottis sampai tepi inferior cartilagi cricoidea atau mulai setinggi bagian bawah corpus vertebrata cervical 3 sampai bagian atas vertebracervical 6. Ke arah caudal laryngopharynx dilanjutkan sebagai oesopahgus. Di dinding anteriornya yang tidak sempurna, terdapat pintu masuk ke dalam larynx (aditus laryngis) dan di bawah auditus laryngis ini terdapat permukaan posterior cartilago arytaenoidea dan cartilago cricoidea. Pada masing-masing sisi ventro-caudo-lateral auditus laryngis ini terdapat fossa/recessus piriformis yang dibatasi di sebelah medial oleh plica aryepiglottica dan di sebelah lateral oleh cartilago thyreoidea dan membrana thyreiodea.

Dari luar ke dalam pharynx mempunyai lapisan lapisan:

1.    Tunica adventitia

Terletak di permukaan luar lapisan otot lingkar pharynx. Di daerah oropharynx fascia ini disebut fascia buccopharyngea; setelah melekat pada raphe pterygomandibularis, fascia ini melintas ke muka melewati raphe tersebut, untuk berlanjutsebagai fascia buccinatoria yang menutupi muskulus buccinator. Di sebelah luar fascia ini, yakni di dalam spatium peripharyngeale, terdapat jadringan ikat longgar.

2.    Tunica/lamina muscularis

Lapisan otot pharynx yang terdiri atas: tiga otot lingkar/sirkular yakni muskulus constrictor pharyngis inferior, muskulus constrictor pharyngis medius, dan muskulus constrictor pharyngis superior; serta tiga otot yang masing-masing turun dari processus styloideus, torus tubarius cartilaginis tubae auditivae dan palatum molle, yakni muskulus stylopharyngeus, muskulus salpingopharyngeus dan muskulus palatopharyngeus.

3.    Tunica/membrana fibrosa

Lapisan ini tebal di sebelah atas, terutama di tempatyang tidak ada lapisan otot; terletak antara tunica mucosa dan tunika muscularis. Di sebelah medial terhadap canalis caroticus,fascia pharyngobasilaris ini melekat pada pars basilaris ossis occipitalik dan pars petrosa ossis temporalis, melengkung di caudal tuba auditiva; di sebelah ventral melekat pada tepi posterior lamina medialis processus pterigoidei dan raphe pterygomandibularis. Sewatktu turun, lapis membrana fibrosa ini berkurang ketebalannya, tetapi bagian tengah permukaan posterior selaput ini diperkuat oleh pita fibrosa yang melekat pada tuberculum pharyngeum ossis occipitalis dan turun sebagai raphe pharyngis.

4.    Tunica mucosa

Lapisan ini bervariasi strukturnya dan dilanjutkan ke dalam tuba auditiva, cavum nasi, mulut dan larynx. Sebagian besar mukosa naspharynx bersilia dan menyerupai mukosa rongga hidung. Selebihnya, serupa dengan epitel rongga mulut, yakni epitel squamosa bertingkat.

Struktur Mikroskopis Pharynx

Pharynx merupakan ruangan di belakang kavum nasi yang menghubungkan traktus digestivus dengan traktus respiratorius. Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya pharynx dapat di bagi menjadi 3 bagian yang akan dilihat sisi histologisnya satu per satu:

1.    Nasopharynx

Terdapat epitel bertingkat torak bersilia bersel goblet, kelenjar campur yang terletak di bawah membrana basalis pada lamina propria. Pada bagian posterior terdapat jaringan limfoid yang membentuk tonsila faringea yang sering membesar dan meradang (adenoiditis). Di nasopharynx terdapat muara dari saluran yang menghubungkan rongga hidung dan telinga tengah disebut osteum faringeum tuba auditiva yang dikelilingi banyak kelompok jaringan limfoid disebut tonsila tuba faringea.

2.    Oropharynx

Terdiri atas epitel berlapis gepeng tanpa lapisan tanduk dan terletak di belakang rongga mulut dan permukaan belakang lidah. Oropharynx akan dilanjutkan e bagian atas menjadi epitel mulutdan ke bawah ke epitel oesophagus. Di dalam organ ini terdapat tonsila palatina yang sering meradang disebut tonsilitis.

3.    Laryngopharynx

Terdiri dari bermacam variasi sel epitel, sebagian besar epitel berlapis gepeng tanpa lapisan tanduk. Laryngipharynx terletak di belakang larynx.^3,4,5

Struktur Makroskopis Larynx (Pangkal Tenggorok)

Larynx merupakan saluran udara yang bersifat sphincter dan juga organ pembentuk suara, membentang antara lidah sampai trachea. Larynx berada di antara pembuluh-pembuluh darah besarleherdan di sebelah ventral tertutup oleh kulit, fascia-fascia dan otot-otot depressor lidah. Ke arah atas larynx terbukake dalam laryngopharynx; dinding posterior larynx menjadi dinding anterior laryngopharynx. Ke arah bawah larynx dilanjutkan sebagai trachea.

Skematis susunan tulang rawan larynx.

Tulang-tulang rawan larynx (dapat dilihat dari gambar 4) terdiri atas:

1. Cartilagio Thryeoida

Tulang rawan larynx terbesar, terdiri atas dua lamina persegi empat yang tepi anteriornya menyatu ke arah inferior, membentuk sebuah sudut yang menonjol yang dikenal sebagai prominentia laryngea (“Adam’s Apple”)

2. Cartilago Cricoidea

Berbentuk semu cincin stempel, membentuk bagian inferior dinding larynx. Arcusnya yang etak di sebelah ventral, teraba di sebelah caudal prominentia laryngea, dan terpisah darinya oleh lekukan yang berisi conus elasticus yang elastik. Masing-masing sisi cartilago cricoidea, di batas antara lamina dan arcus, bersendi dengan cornu inferius cartilago thryeodiea.

3. Cartilago Epiglottis

Epiglottis merupakan tulang rawan berbentuk daun, di sebelah dorsal lidah dan corpus ossis hyoidei, di ventral aditus laryngis, berproyeksi serong ke atas. Batang daunnya yang sempit dihubungkan dengan ligamen thryreo-epiglotticum ke bagian dorsal prominentia laryngea. Tiap sisi epiglottis dilekatkan ke masing-masing cartilago arytaenoidea oleh plica aryepiglottica.

4. Cartilago Arytaenoidea

Terletak di bagian belakang larynx, sebelah superolateral lamina cartilago cricoidea. Berbentuk piramid dengan tiga permukaan, dua proessus, sebuah basis dan apex.

a. Cartilago Cuneiforme

Masing-masing berada dalam plica aryepiglottica, di sebelah anterior terhadap cartilago corniculatum.

b. Cartilago Cornilatum

Terletak disebelah posterior, dalam pica aryepiglottica. Bersandar pada apexcartilago arytaenoidea.

Struktur Mikroskopis Laring

Laring merupakan bagian yang menghubungkan faring dengan trakea. Pada lamina propria laring terdapat tulang rawan hialin dan elastin yang berfungsi sebagai katup yang mencegah masuknya makanan dan sebagai alat penghasil suara pada fungsi fonasi. Epiglotis merupakan juluran dari tepian laring, meluas ke faring dan memiliki permukaan lingual dan laringeal. Bagian lingual dan apikal epiglotis ditutupi oleh epitel gepeng berlapis, sedangkan permukaan laringeal ditutupi oleh epitel respirasi bertingkat bersilindris bersilia. Di bawah epitel terdapat kelenjar campuran mukosa dan serosa.

Di bawah epiglotis, mukosanya membentuk dua lipatan yang meluas ke dalam lumen laring: pasangan lipatan atas membentuk pita suara palsu (plika vestibularis) yang terdiri dari epitel respirasi dan kelenjar serosa, serta di lipatan bawah membentuk pita suara sejati yang terdiri dari epitel berlapis gepeng, ligamentum vokalis (serat elastin) dan muskulus vokalis (otot rangka). Otot muskulus vokalis akan membantu terbentuknya suara dengan frekuensi yang berbeda-beda.^3,4,5

Mekanisme Pernapasan

Tujuan dari pernapasan adalah untuk menyediakan oksigen bagi jaringan dan membuang karbon dioksida. Untuk mencapai tujuan ini, pernapasan dapat dibagi menjadi empat fungsi utama yaitu ventilasi paru, yang berarti masuk dan keluarnya udara antara atmosfir dan alveoli paru; difusi oksigen dan karbon dioksida antara alveoli dan darah; pengangkutan oksigen dan karbon dioksida dalam darah dan cairan tubuh ke dan dari sel jaringan tubuh; dan pengaturan ventilasi dan hal-hal lain dari pernapasan.

Saluran penghantar udara yang membawa udara ke dalam paru adalah hidung, faring, laring, trakea, bronkus, dan bronkiolus. Saluran pernapasan dari hidung sampai bronkiolus dilapisi oleh membrana mukosa bersilia. Ketika masuk vestibulum nasi udara disaring, dihangatkan, dan dilembabkan oleh mukosa respirasi yang terdiri dari epitel toraks bertigkat, bersilia, dan bersel goblet. Permukaan epitel diliputi oleh cairan mukus. Gerakan silia mendorong mukus ke posterior di dalam rongga hidung dan ke superior pada sistem pernapasan bawah menuju ke faring. Udara mengalir dari faring menuju laring atau kotak suara. Selanjutnya menuju glotis dan akan bermuara di trakea. Trakea disokong oleh cincin tulang rawan berbentuk seperti sepatu kuda yang panjangnya kurang lebih 12,5 cm. Trakea akan bercabang yang dinamakan bifurcatio trachealis dimana pada percabangan tersebut ada bangungan yang bernama carina. Percabangan itu akan berlanjut sebagai bronkus primarius dexter et sinister yang akan kembali bercabang menjadi bronkus sekundus atau bronkus lobaris. Bronkus lobaris akan bercabang menjadi bronkus tertius atau segmentalis yang akan berlanjut menjadi bronkiolus terminalis. Setelah bronkiolus terminalis terdapat asinus yang merupakan unit fungsional paru, yaitu tempat pertukaran gas. Asinus terdiri dari bronkiolus respiratorius, duktus alveolaris, dan sakus alveolaris terminalis. Terdapat dua tipe sel alveolar : pneumosit tipe I, merupakan lapisan tipis yang menyebar dan menutupi lebih dari 90% daerah permukaan, dan pneumosit tipe II yang bertanggung jawab atas sekresi surfaktan

Sistem pernapasan merupakan sistem yang berfungsi untuk mengabsorbsi oksigen dan mengeluarkan karbondioksida dalam tubuh yang bertujuan untuk mempertahankan homeostasis. Fungsi ini disebut sebagai respirasi. Sistem pernapasan dimulai dari rongga hidung/mulut hingga ke alveolus, di mana pada alveolus terjadi pertukaran oksigen dan karbondioksida dengan pembuluh darah.

Sistem pernapasan biasanya dibagi menjadi 2 daerah utama:

1. Bagian konduksi, meliputi rongga hidung, nasofaring, laring, trakea, bronkus, bronkiolus dan bronkiolus terminalis

2. Bagian respirasi, meliputi bronkiolus respiratorius, duktus alveolaris dan alveolus.

Gambar 6.Saluran pernapasan, secara umum dibagi menjadi pars konduksi dan pars respirasi.

Pernapasan pada manusia berlangsung dengan cara mengubah tekanan udara di dalam paru-paru. Perubahan tekanan ini menyebabkan udara dapat keluar dan masuk dari dan ke dalam Paru-paru yang disebut bernapas.

Proses bernapas pada manusia melalui 2 (dua) tahap :

1. Inspirasi (penghirupan)

Tahap inspirasi terjadi akibat otot tulang rusuk dan diafragma berkontraksi. Volume rongga dada dan paru-paru meningkat ketika diafragma bergerak turun ke bawah dan sangkar tulang rusuk membesar. Tekanan udara dalam paru-paru akan turun di bawah tekanan udara atmosfer, dan udara akan mengalir ke dalam paru-paru.

2. Ekspirasi (penghembusan)

Tahap ekspirasi terjadi akibat otot tulang rusuk dan diafragma berelaksasi. Volume rongga dada dan paru-paru mengecil ketika diafragma bergerak naik dan sangkar tulang rusuk mengecil. Tekanan udara dalam paru-paru akan naik melebihi tekanan udara atmosfer, dan udara akan mengalir keluar dari paru-paru.

Otot-otot Pernapasan

Paru-paru dapat dikembangkempiskan melalui dua cara: pertama dengan pgerakan naik turunnya diafragma untuk memperbesar dan memperkecil rongga dada, dan kedua dengan depresi dan elevasi tulang iga untuk memperbesar atau memperkecil diameter anteroposterios rongga dada.

Pernapasan normal dan tenang dapat dicapai dnegan hampir sempurna melalui metode pertama, yaitu gerakan diafragma. Selama inspirasi, kontraksi diafragma menarik permukaan bawah paru ke arah bawah. Kemudian selama ekspirasi, diafragma mengadakan relaksasi, dan sifat elastis daya lenting paru (elastic recoil), dindiing dada, dan struktur abdomen akan menekan paru-paru dan mengeluarkan udara. Namun, selama bernapas kuat, daya elastis tidak cukup untuk menghasilkan ekspirasi cepat yang diperlukan, sehingga mengkompresi paru.

Metode kedua untuk mengembangkan paru adalah dengan mengangkat rangka iga. Pengembangan paru ini dapat terjadi karena pada posisi istirahat iga miring ke bawah, dengan demikian sternum turun ke belakang ke arah kolumna vertebralis. Tetapi, bila rangka iga dielevasikan, tulang iga langsung maju sehingga sternum sekarang bergerak ke depan menjauhi spinal, membentuk jarak anteroposterior dada kira-kira 20% lebih besar selama inspirasi maksimum dibandingkan selama ekspirasi. Otot oaling penting yang mengangkat rangka iga adalah otot intercostalis eksterna, tetapi otot-otot lain yangmembantunya adalah sternocleidomastoideus, mengangkat sternum ke atas, serratus anterior, mengangkat sebagian besar iga; dan, scalenus, menangkat dua iga pertama.

Otot-otot yang menarik rangka iga ke bawah selama ekspirasi adalah rektus abdominis, yang mempunyai efek tarikan ke arah bawah yang sangat kuat terhadap iga-iga bagian bawah pada saat yang bersamaan ketika otot-otot ini dan otot-otot abdomen lainnya menekan isi abdomen ke ayas ke arah diafragma, dan intercostalis internus.

Selama ekspirasi tulang-tulang iga membentuk sudut ke bawah dan otot interkostalis eksternus memanjang ke depan dan ke bawah. Bila otot-otot ini berkontraksi, otot tersebut menarik tulang iga bagian atas ke depan dalam hubungannya dengan tulang iga yang lebih bawah, keadaan ini menghasilkan daya ungkit pada tulang iga untuk menangkatnya ke atas,dengan demikian menimbulkan inspirasi. Otot interkostalis internus memiliki fungsi berlawanan, yang berfungsi sebagai otot-otot ekspirasi, karena otot-otot ini membentuk sudur antara tulang iga dalam arah yang berlawanan dan menghasilkan daya ungkit yang berlawanan pula.

Perubahan Tekanan

Paru-paru merupakan struktur elastis yng akan mengempis seperti balon dan mengeluarkan semua udaranya melalui trakea bila tidak ada kekuatan untuk mempertahankan pengembangannya. Juga, tidak terdapat plekatan antara paru-paru dan dinding rangka dada kecuali pada bagian paru yang tergantung pada hilumnya dari mediastinum. Paru-paru sebetulnya mengapung dalam rongga toraks, dikelilingi oleh suatu lapisan tipis cairan pleura yang menjadi pelumas bagi gerakan paru di dalam rongga. Cairan yang berlebihan akan dihisap terus menerus ke dalam saluran limfatik untuk menjaga agar terdapat sedikit isapan antara permukaan viseral dari pleura paru dan permukaan parietal pleura dari ringga toraks. Oleh karena itu, kedua paru menetap pada dinding toraks seolah-olah terlekat padanya, kecuali ketika dada melakukan pengembangan dan berkontraksi, maka paru-paru dapat bergeser secara bebas karena terlumas dengan baik. Tekanan pleura adalah tekanan cairan dalam ruang sempit antara pleura parudan oleura dinding dada. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, normalnya terdapat sedikit isapan, yang berarti suatutekanan negatif yang ringan. Tekanan pleura yang normal pada awal inspirasi adalah sekitar -5 sentimeter air, yang merupakan nilai isap yang dibutuhkan untuk mempertahankan paru agar tetap terbuka sampai nilai istirahatnya. Kemudian, selama inspirasi normal, pengembangan rangka dada akan menarik paru ke arah luar dengan kekuatan yang lebih besar dan menyebabkan tekanan menjadi lebih negatif. Hubungan antara tekanan pleura dan perubahan volume paru ini meningkatkan negativitas tekanan pleura selama inspirasi. Kemudian, selama eskpisrasi, peristiwa yang terjadi adalah kebalikannya.

Tekanan alveolus adalah tekanan udara di bagian dalam alveoli paru. Ketika glotis terbuka, dan tidak ada udara yang mengalir ke dalam atau ke luar paru, maka tekanan pada semua bagian jalan napas, sampai alveoli, semuanya sama dengan tekanan atmosfer, yang dianggap sebagai tekanan acuan 0 dalam jalan napas. Untuk menyebabkan udara mengalir ke dalam alveoli selama inspirasi, maka tekanan alveoliharus turun sampai nilainya sedikit di bawah tekanan atmosfer. Selama ekspirasi, terjadi tekanan yang berlawanan dimana tekanan alveolus meningat.

Akhirnya, terdapat perbedaan antara tekanan alveolus dan tekanan pleura. Perbedaan ini disebut tekanan transpulmonal. Ini merupakan perbedaan antara tekanan alveoli dan tekanan pada permukaan luar paru, dan ini adalah nilai daya elastis dalam paru yang cenderung mengempiskan paru pada setiap pernapasan, yang disebut daya lenting paru.

Setelah alveoli diventilasi dengan udara segar, langkah selanjutnya dalam proses pernapasan adalah difusi oksigen dari alveoli ke pembuluh darah paru dan difusi karbon dioksida dalam arah sebaliknya, keluar dari pembuluh darah. Proses difusi secara sederhana merupakan gerak molekul-molekul secara acak yang menjalin jalan ke seluruh arah melalui membran pernapasan dan cairan yang berdekatan.

Semua gas yang berhbungan dengan fisiologi pernapasan adalah molekul-molekul sederhana yang dapat bergerak bebas di antara satu sama lain, suatu proses yang disebut difusi. Untuk terjadinya difusi harus ada sumber energi yang dihasilkan oleh gerakan kinetik molekul itu sendiri.

Tekanan disebabkan oleh berbagai benturan dari molekul-molekul yang bergerak melawan permukaan. Oleh karena itu, tekanan gas pada permukaan saluran pernapasan dan alveoli sebanding dengan jumlah kekuatan benturan dari seluruh molekul gas yang membentur permukaan pada keadaan tertentu. Ini berarti bahwa tekanan berbanding langsung dengan konsentrasi molekul-molekul gas.

Pada fisiologi pernapasan, banyak sekali campuran gas-gas terutama oksigen, nitrogen, dan karbondioksida. Kecepatan difusi masing-masing gas ini berbanding langsung dengan tekananyang disebabkan oleh gas itu sendiri, yang disebut tekanan parsial gas.

Gas yang terlarut dalam air atau jaringan tubuh juga menggunakan tekanan, sebab moekul gas yang larut bergerak secara acak dan mempunyai energi kinetik. Selanjutnya, bila molekul gasyang terlarut dalam cairan mengenai permukaan seperti membran sel, molekul gas itu menggunakan tekanan parsialnya senditi seperti halnya dengan suatu gas dalam fase gas. Tekanan parsial dari gas yang larut sebagian dinyatakan sama seperi tekanan parsial gas dalam keadaan gas.

Tekanan parsial gas dalam larutan ditentukan tidak hanya oleh konsentrasinya tetapi juga oleh koefisien kelarutan gas. Beberapa tipe molekul, secara fisika atau kimiawi ditarik ke molekul air, sedangkan yang lainnya ditolak. Bila molekul-molekul ditarik, lebih banyak molekul gas tersebut yang dapat terlarut tanpa menghasilkan tekanan parsial berlebihan dalam larutan. Sebaliknya pada molekul yang ditolak, akan menghasilkan tekanan yang berlebihan dengan lebih sedikit molekul yang terlarut. Hubungan ini dapat dinyatakan dengan rumus tekanan parsial sama dengan konsentrasi gas yang terlarut dibagi dengan koefisien kelarutan, yaitu hukum Henry.

Tekanan parsial masing-masing gas dalam campuran gas pernapasan alveolus cenderung memaksa molekul gas tersebut masuk ke larutan di dalam darahkapiler alveolus. Sebaliknya, molekul dari gas yang sama, tang telah terlarut dalam darah, memantul secara acak dalam cairan darah dan sebagian dari molekul yang memantul ini masuk kembalike dalam alveoli. Kecepatan masuk molekul ini sebandng dengan tekanan parsialnya dalam darah.

Transportasi Oksigen dan Karbondioksida

Jumlah oksigen yang diambil melalui udara pernapasan tergantung pada kebutuhan dan hal tersebut biasanya dipengaruhi oleh jenis pekerjaan, ukuran tubuh, serta jumlah maupun jenis bahan makanan yang dimakan.

Pekerja-pekerja berat termasuk atlit lebih banyak membutuhkan oksigen dibanding pekerja ringan. Demikian juga seseorang yang memiliki ukuran tubuh lebih besar dengan sendirinya membutuhkan oksigen lebih banyak. Selanjutnya, seseorang yang memiliki kebiasaan memakan lebih banyak daging akan membutuhkan lebih banyak oksigen daripada seorang vegetarian.

Dalam keadaan biasa, manusia membutuhkan sekitar 300 cc oksigen sehari (24 jam) atau sekitar 0,5 cc tiap menit. Kebutuhan tersebut berbanding lurus dengan volume udara inspirasi dan ekspirasi biasa kecuali dalam keadaan tertentu saat konsentrasi oksigen udara inspirasi berkurang atau karena sebab lain, misalnya konsentrasi hemoglobin darah berkurang.

Oksigen yang dibutuhkan berdifusi masuk ke darah dalam kapiler darah yang menyelubungi alveolus. Selanjutnya, sebagian besar oksigen diikat oleh zat warna darah atau pigmen darah (hemoglobin) untuk diangkut ke sel-sel jaringan tubuh.

Hemoglobin yang terdapat dalam butir darah merah atau eritrosit ini tersusun oleh senyawa hemin atauhematin yang mengandung unsur besi dan globin yang berupa protein.  Gambar 7. Pertukaran oksigen

Reaksi di atas dipengaruhi oleh kadar O₂, kadar CO₂, tekanan O₂ (P O₂), perbedaan kadar O₂ dalam jaringan, dan kadar O₂ di udara. Proses difusi oksigen ke dalam arteri demikian juga difusi CO₂ dari arteri dipengaruhi oleh tekanan O₂ dalam udara inspirasi.

Tekanan seluruh udara lingkungan sekitar 1 atmosfir atau 760 mm Hg, sedangkan tekanan O₂ di lingkungan sekitar 160 mm Hg. Tekanan oksigen di lingkungan lebih tinggi dari pada tekanan oksigen dalam alveolus paru-paru dan arteri yang hanya 104 mm Hg. Oleh karena itu oksigen dapat masuk ke paru-paru secara difusi.

Dari paru-paru, O₂ akan mengalir lewat vena pulmonalis yang tekanan O₂ nya 104 mm; menuju ke jantung. Dari jantung O₂ mengalir lewat arteri sistemik yang tekanan O₂ nya 104 mm hg menuju ke jaringan tubuh yang tekanan O₂ nya 0 - 40 mm hg. Di jaringan, O₂ ini akan dipergunakan. Dari jaringan CO₂ akan mengalir lewat vena sistemik ke jantung. Tekanan CO₂ di jaringan di atas 45 mm hg, lebih tinggi dibandingkan vena sistemik yang hanya 45 mm Hg. Dari jantung, CO₂ mengalir lewat arteri pulmonalis yang tekanan O₂ nya sama yaitu 45 mm hg. Dari arteri pulmonalis CO₂ masuk ke paru-paru lalu dilepaskan ke udara bebas.

Setiap 100 mm3 darah dengan tekanan oksigen 100 mm Hg dapat mengangkut 19 cc oksigen. Bila tekanan oksigen hanya 40 mm Hg maka hanya ada sekitar 12 cc oksigen yang bertahan dalam darah vena. Dengan demikian kemampuan hemoglobin untuk mengikat oksigen adalah 7 cc per 100 mm3 darah.^2,3

Pengangkutan sekitar 200 mm³ C0₂ keluar tubuh umumnya berlangsung menurut reaksi kimia berikut:

C0₂ + H₂0 Þ (karbonat anhidrase) H₂CO₃

Tiap liter darah hanya dapat melarutkan 4,3 cc CO₂ sehingga mempengaruhi pH darah menjadi 4,5 karena terbentuknya asam karbonat.

Pengangkutan CO₂ oleh darah dapat dilaksanakan melalui 3 Cara yakni sebagai berikut.

1. Karbon dioksida larut dalam plasma, dan membentuk asam karbonat dengan enzim anhidrase (7% dari seluruh CO₂).

2. Karbon dioksida terikat pada hemoglobin dalam bentuk karbomino hemoglobin (23% dari seluruh CO₂).

3. Karbon dioksida terikat dalam gugus ion bikarbonat (HCO₃) melalui proses berantai pertukaran klorida (70% dari seluruh CO₂). Reaksinya adalah sebagai berikut.

CO₂ + H₂O Þ H₂CO₃ Þ H+ + HCO^-3

Volume Pernapasan

Gambar 8. Grafik volume udara pernapasan.

Metode sederhana untuk memperlajari ventilasi paru adalah dengan mencatat volume udara yang masuk dan keluar paru-paru, suatu proses yang disebut spirometri. Spirometri ini terdiri dari sebuah drum yang dibalikan di atas bak air, dan drum tersebut diimbangi oleh suatu beban. Dalam drum terdapat gas untuk bernapas, biasanya udara atau oksigen; dan sebuah pipa yang menghubungkan mulut dengan ruang gas. Apabila seseorang bernapas dari dan ke dalam ruang ini, drum akan naik turun dengan terjadi perekaman yang sesuai di atas gilungan kertas yang berputar. Gambar 8 adalah sebuah spirogram yang menunjukan perubahan volume paru pada berbagai kondisi pernapasan.

Pada gambar 8 dituliskan empat voume paru, bila semuanya dijumlahkan, sama dengan voume maksimal paru yang mengembang. Arti dari masing-masing volume ini adalah sebagai berikut:

1. Volume tidal

Volume udara yang diinspirasi atau diekspirasi setiap kali bernapas normal. Besarnya kira-kira 500 millimeter pada laki-laki dewasa.

2. Volume cadangan inspirasi

Volume udara ekstra yang dapat diinspirasi setelah dan di atas volume tidal normal bila dilakukan inspirasi kuat; biasanya mencapai 3000 millimeter.

3. Volume cadangan ekspirasi

Volume udara ekstra maksimal yang dapat diekspirasi melalui ekspirasi kuat pada akhir ekspirasi tidal normal; jumlah normalnya adalah sekitar 1100 millimeter.

4. Volume residu

Volume udara yang masih tetap berada di dalam paru setelah ekspirasi paling kuat; volume ini besarnya kira-kira 1200 millimeter.

Untuk menguraikan peristiwa-peristiwa dalam siklus paru, kadang-kadang perlu menyatukan dua atau lebih volume di atas. Kombinasi seperti itu disebut kapasitas paru. Di gambar 8 dituliskan berbagai kapasitas paru yang penting, yang dapat diuraikan sebagai berikut:

1. Kapasitas inspirasi

Volume tidak ditambah volume cadangan inspirasi. Ini adalah jumlah udara (kira-kira 3500 millimeter) yang dapat dihirup oleh seseorang, dimulai pada tingkat ekspirasi normal dan pengembangan paru sampai jumlah maksimum.

2. Kapasitas residu fungsional

Volume cadangan respirasi ditambah volume residu. Ini adalah jumlah udara yang tersisa dalam paru pada akhir ekspirasi normal (kira-kira 2300 millimeter).

3. Kapasitas vital

Volume cadangan inspirasi ditambah volume tidal dan volume cadangan ekspirasi. Ini adalah jumlah udara maksimum yang dapat dikeluarkan seseorang dari paru, setelah terlebih dahulu mengisi paru secara maksimum dan kemudian mengeluarkan sebanyak-banyaknya (kira-kira 4600 millimeter).

4. Kapasitas paru total

Volume maksimum yang dapat mengembangkan paru sebesar mungkin dengan inspirasi sekuat mungkin (kira-kira 5800 millimeter); jumlah ini sama dengan kapasitas vital ditambah volume residu.^2,3,6

Pengendalian Pernapasan

Mekanisme pernapasan diatur dan dikendalikan dua faktor utama: kimiawi dan pengendalian oleh saraf. Beberapa faktor tertentu merangsang pusat pernapasan yang terletak didalam medula oblongata dan kalau dirangsang, pusat itu mengeluarkan impuls yang disalurkan saraf spinalis keotot pernapasan yaitu otot diafragma dan otot interkostalis.

Pengendalian oleh syaraf

pusat pernapasan ialah suatu pusat otomatik didalam medula oblongata yang mengeluarkan impuls eferen keotot pernapasan. Melalui beberapa radiks saraf servikalis impuls ini diantarkan ke diafragma oleh saraf frenikus. Dibagian yang lebih rendah pada sumsum belakang, impulsnya berjalan dari daerah toraks melalui saraf interkostalis untuk merangsang otot interkostalis. Impuls ini menimbulkan kontraksi ritmik pada otot diafragma dan interkostal yang berkecepatan kira-kira lima belas menit. Impuls aferen yang dirangsang pemekaran gelembung udara dihantarkan saraf vagus kepusat pernapasan didalam medula.

Pengendalian secara kimiawi

Faktor kimiawi ini adalah faktor utama dalam pengendalian dan pengaturan frekuensi, kecepatan dan kedalaman gerakan pernapasan. Pusat pernapasan didalam sumsum sangat peka pada reaksi kadar alkali darah harus dipertahankan. Karbondioksida adalah produk asam dari metaboisme dan bahan kimia yang asam ini merangsang pusat pernapasan untuk mengirim keluar impuls saraf yang bekerja atas otot pernapasan.

Kedua pengendalian, baik melalui saraf maupun secara kimiawi adalah penting. Tanpa salah satunya orang tak dapat bernapas terus. Dalam paralisa otot pernapasan (interkostal dan diafragma) digunakan ventilasi paru-paru atau suatu alat pernapasan buatan lainnya untuk melanjutkan pernapasan, sebab dada harus bergerak supaya udara dapat dikeluarmasukkan paru-paru.

Kecepatan pernapasan pada wanita lebih tinggi daripada pria. Kalau bernapas secara normal, ekspirasi akan menyusul inspirasi dan kemudian ada istirahat sebentar. Inspirasi-ekspirasi-istirahat. Inspirasi atau menarik napas adalah proses aktif yang diselenggarakan kerja otot. Kontraksi diafragma meluas rongga dada dari atas sampai kebawah yaitu ventrikal. Penikan iga-iga dan sternum yang ditimbulkan kontraksi otot interkostalis, meluaskan rongga dada kekedua sisi dan dari belakang kedepan. Paru-paru yang bersifat elastis mengembang untuk mengisi ruang yang membesar itu dan udara ditarik masuk kedalam saluran udara. Otot interkostal eksterna diberi peran sebagai otot tambahan, hanya bila inspirasi menjadi gerak sadar. Pada ekspirasi udara dipaksa keluar oleh pengenduran otot dan karena paru-paru kempis kembali yang disebabkan sifat elastis paru-paru itu. Gerakan ini adalah proses pasif.

Ketika pernapasan sangat kuat, gerakan dada bertambah. Otot leher dan bahu membantu menarik iga-iga dan sternum keatas. Otot sebelah belakang dan abdomen juga dibawa bergerak dan alae nasi (cuping atau sayap hidung) dapat kembang kempis.

Mata Dunia