MEKANISME TERJADINYA PERNAPASAN
H2O+ CO2
(asam karbonat)>>>>>> H2CO3 (ion bikarbonat) >>> H+ + HCO3-.
Masuk keluarnya udara dalam paru-paru dipengaruhi oleh perbedaan tekanan udara dalam rongga dada dengan tekanan udara di luar tubuh. Jika tekanan di luar rongga dada lebih besar maka udara akan masuk. Sebaliknya, apabila tekanan dalam rongga dada lebih besar maka udara akan keluar.
Pernapasan adalah suatu proses yang terjadi secara otomatis walau dalam keadaan tertidur sekalipun karena sistem pernapasan dipengaruhi oleh susunan saraf otonom
Pernapasan adalah suatu proses yang terjadi secara otomatis walau dalam keadaan tertidur sekalipun karena sistem pernapasan dipengaruhi oleh susunan saraf otonom
Sistem respiratori dibagi menjadi 2 bagian :
Bagian konduksi
§ hanya berperan untuk menyalurkan udara atau gas
§ Divisi ini dimulai dari rongga hidung, faring, laring, trakea, bronkus, hingga terminal bronkiolus.
Bagian respiratorius
§ Merupakan bagian paru yang berhubungan dengan proses pertukaran gas.
§ Divisi ini dimulai dari bronkiolus respiratorius hingga alveoli, udara memenuhi kantung paru-paru dan terjadilah pertukaran gas antara udara dan darah.
Urutan saluran pernapasan :
Hidung à faring à laring à trakea à bronkus (kanan & kiri) à bronkiolus à bronkiolus terminalis à bronkiolus respiratorius à duktus alveolaris à sakus alveolaris à alveolus ® sel-sel tubuh
Respirasi terdiri dari 2 proses :
ü respirasi eksternal
§ pertukaran gas (oksigen dan karbon dioksida) antara cairan interstisial tubuh dengan lingkungan luar untuk memenuhi kebutuhan respirasi sel.
ü respirasi internal
§ proses absorpsi oksigen dan pelepasan karbon dioksida dari sel
§ disebut juga respirasi selular, terjadinya di mitokondria.
Hubungan
timbale-balik antara tekanan atmosfir, tekanan intra-alveolus dan tekanan
intrapleura penting dalam mekanika pernapasan. Udara cenderung berubah
berselang bergerak dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah,
yaitu menuruni gradient tekanan. Udara mengalir masuk dan keluar paru selama
proses bernafas dengan mengikuti penurunan gradient tekanan yang berubah
berselang seling antara alveolus dan atmosfir akibat aktifitas siklik otot-otot
pernapasan. Terdapat tiga tekanan berbeda yang penting oada ventilasi :
1.
Tekanan
Atmosfir (Barometrik) adalah tekanan yang
ditimbulkan oleh berat udara diatmosfir terhadap benda-benda di permukaan bumi.
Di ketinggian permukaan laut, tekanan ini sama dengan 760 mmHg. Tekanan
atmosfir berkurang seiring dengan penambahan ketinggian diatas permukaan laut
karena kolom udara diatas permukaan bumi menurun.dapat terjadi fluktuasi minor
tekanan atmosfir akibat perubahan kondisi-kondisi cuaca ( yaitu, pada saat
tekanan barometric meningkat/menurun).
2.
Tekanan
intra-alveolus, yang juga dikenal sebagai tekanan
intrapulmonalis, adalah tekanan didalam alveolus. Karena alveolus berhubungan
dengan atmosfir melalui saluran pernafasan, udara dengan cepat mengalir
mengikuti penurunan gradient tekanan setiap kali terjadi perbedaan antara
tekanan intra-alveolus dan tekanan atmosfir; udara terus mengalir sampai
tekanan keduanya simbang.
3.
Tekanan
Intra-pleura, adalah tekanan didalam kantung
pleura. Tekanan ini juga dikenal sebagai tekanan intra toraks, yaitu tekanan
yang terjadi diluar paru didalam rongga toraks. Tekanan intra-pleura biasanya
lebih kecil daripada tekanan atmosfir, rata-rata 756 mmHg saat istirahat.
Tekanan intra-pleura tidak diseimbangkan dengan tekanan atmosfir atau
intra-alveolus, karena tidak terdapat hubungan langsung antara rongga pleura
dan atmosfir/ paru. Karena kantung pleura adalah suatu kantung tertutup tanpa
lubang, udara tidak dapat masuk/keluar walaupun terdapat gradient konsentrasi
antara kantung itu dan sekitarnya.
Ventilasi, atau bernafas, adalah proses pergerakan
udara masuk keluar paru secara berkala sehingga udara alveolus yang lama dan
telah ikut serta dalam pertukara O2 dan CO2 dengan darah kapiler paru diganri
oleh udara atmosfir segar. Ventilasi secara mekanis dilaksanakan dengan
mengubah-ubah secara berselamg seling arah gradient tekanan untuk aliran udara
antara atmosfir dan alveolus melalui ekspansi dan penciutan berkala paru.
Kontraksi dan relasasi otot-otot inspirasi (terutama diafragma) yang
berganti-ganti secara tidak langsung menimbulkan inflasi dan deflasi periodic
paru dengan secara berkala mengembang kempiskan rongga toraks, dengan paru
secara pasif mengikuti gerakannya. Karena kontraksi otot inspirasi memerlukan
energy, inspirasi adalah proses aktif, tetapi ekspirasi adalah proses pasif
pada bernafas tenang karena ekspirasi terjadi melalui penciutan elastic paru
sewaktu otot-otot ekspirasi melemas tanpa memerlukan energy. Untuk ekspirasi
aktif yang lebih kuat, kontraksi otot-otot ekspirasi (otot abdomen) semakin
memeperkecil ukuran rongga torak dan paru, yang semakin meningkatkan gradient
tekanan intra-alveolus terhadap atmosfir. Semakin besar gradient antara
alveolus dan atmosfir (dalam kedua arah), semakin besar laju aliran darah,
karena udara terus mengalir sampai tekanan intra-alveolus seimbang dengan
tekanan atmosfir.
Mekanisme pernapasan
- inspirasi
Pada prinsipnya, pertukaran/pengaliran gas terjadi apabila
terdapat perbedaan tekanan
pada dua tempat atau lebih yang mana gas/udara
tersebut akan mengalir dari tempat
dengan tekanan tinggi ke tempat dengan
tekanan rendah. Inspirasi terjadi apabila terjadi
perbedaan tekanan antara
alveoli dan udara luar, dimana tekanan intraalveoli lebih
rendah dari tekanan
udara luar (atmosfer). Pada inspirasi biasa tekanan ini berkisar
antara -1
sampai -3 mmHg. Pada inspirasi mendalam tekanan intraalveoli dapat
mencapai -30
mmHg. Penurunan tekana intrapulmonal (intraalveoli) pada waktu inspirasi
disebabkan oleh mengembangnya rongga toraks akibat kontraksi otot-otot
inspirasi. Pada
waktu inspirasi costa tertarik ke caudal, diafragma
berkontraksi menyebabkan diafragma
turun ke bawah dan menyebabkan rongga dada
membesar/mengembang.
- ekspirasi
Ekspirasi berlangsung bila tekanan intrapulmonal lebih
tinggi daripada tekanan udara luar
sehingga udara bergerak ke luar paru.
Peningkatan tekanan di dalam rongga paru terjadi
bila volume rongga paru
mengecil akibat proses penguncupan yang disebabkan oleh daya
elastis jaringan
paru dan relaksasi diafragma dan otot-otot inspirasi. Pada proses ekspirasi
biasa tekanan intrapulmonal berkisar antara +1 sampai +3 mmHg.
Mekanisme Pernafasan Manusia.
Pada saat bernafas terjadi kegiatang
inspirasi dan ekspirasi. Inspirasi adalah pemasukan gas O2 dan udara atmosfer
ke dalam paru-paru, sedangkan espirasi adalah pengeluaran gas CO2 dan uap air
dari paru-paru ke luar tubuh.setiap menitnya kita melakukan kegiatang inspirasi
dan espitrasi kurang lebih 16-18 kali. Pernafasan pada manusia dapat
digolongkan menjadi 2, yaitu:
a. Pernafasan dada
Pada pernafasan dada otot yang
berperan penting adalah otot antar tulang rusuk interkostalis. Otot tulang
rusuk dapat dibedakan menjadi dua, yaitu otot tulang rusuk luar yang berperan
dalam mengangkat tulang-tulang rusuk dan tulang rusuk dalam yang berfungsi
menurunkan atau mengembalikan tulang rusuk ke posisi semula. Bila otot antar
tulang rusuk luar berkontraksi, maka tulang rusuk akan terangkat sehingga volume
dada bertanbah besar. Bertambah besarnya akan menybabkan tekanan dalam rongga
dada lebih kecil dari pada tekanan rongga dada luar. Karena tekanan uada kecil
pada rongga dada menyebabkan aliran udara mengalir dari luar tubuh dan masuk ke
dalam tubuh, proses ini disebut proses Inspirasi. Sedangkan pada proses
Ekspirasi terjadi apabila kontraksi dari otot dalam, tulang rusuk kembali ke
posisi semuladan menyebabkan tekanan udara didalam tubuh meningkat. Sehingga
udara dalam paru-paru tertekan dalam rongga dada, dan aliran udara terdorong ke
luar tubuh, proses ini disebut Ekspirasi
b.
Pernafasan perut
Pada pernafasan ini otot yang
berperan aktif adalah otot diafragma dan otot dinding rongga perut. Bila otot
diafragma berkontraksi, posisi diafragma akan mendatar. Hal itu menyebabkan
volume rongga dada bertambah besar sehingga tekanan udaranya semakin kecil.
Penurunan tekanan udara menyebabkan mengembangnya paru-paru, sehingga udara
mengalir masuk ke paru- paru(inspirasi). Bila otot diafragma bereaksi dan otot
dinding perut berkontraksi, isi rongga perut akan terdesak ke diafragma
sehingga diafragma cekung ke arah rongga dada. Sehingga volume rongga dada
mengecil dan tekanannya meningkat. Meningkatnya tekanan rongga dada menyebabkan
isi rongga paru-paru terdesak ke luar dan terjadilah proses ekspirasi.
Pernapasan
jaringan atau pernapasan interna
Darah
yang telah menjenuhkan hemoglobinnya dengan oksigen (oksihemoglobin)
mengitari seluruh tubuh dan mencapai kapiler, dimana darah bergerak sangat lambat. Sel
jaringan memungut oksigen dari hemoglobin untuk memungkinkan oksigen berlangsung
dan darah menerima sebagai gantinya hasil buangan oksidasi yaitu karbondioksida.
mengitari seluruh tubuh dan mencapai kapiler, dimana darah bergerak sangat lambat. Sel
jaringan memungut oksigen dari hemoglobin untuk memungkinkan oksigen berlangsung
dan darah menerima sebagai gantinya hasil buangan oksidasi yaitu karbondioksida.
Perubahan-
perubahan berikut terjadi dalam komposisi udara dalam alveoli, yang
disebabkan pernapasan eksterna dan pernapasan interna atau penapasan jaringan.
disebabkan pernapasan eksterna dan pernapasan interna atau penapasan jaringan.
Udara
(atmosfer) yang dihirup :
Nitrogen
: 79 %
Oksigen
: 20 %
Karbondioksida : 0-0,4 %
Udara
yang masuk alveoli mempunyai suhu dan kelembaban atmosfer.
Udara
yang dihembuskan
Nitrogen
: 79 %
Oksigen
: 16 %
Karbon
dioksida : 4-0,4
Udara
yang dihembuskan jenuh dengan uap air dan mempunyai suhu yang sama dengan
badan (20 persen panas badan hilang untuk pemanasan udara yang dikeluarkan)
badan (20 persen panas badan hilang untuk pemanasan udara yang dikeluarkan)
Daya
muat udara di paru
Besarnya
daya muat udara oleh paru-paru ialah 4.500 ml sampai 5.000 ml atau 4,5
sampai 5 liter udara. Hanya sebagian kecil dari udara ini, kira-kira 1/10nya atau 500 ml
adalah udara pasang surut (tidal air), yaitu yang dihirup masuk dan dihembuskan ke luar
pada pernapasan biasa dengan tenang.
sampai 5 liter udara. Hanya sebagian kecil dari udara ini, kira-kira 1/10nya atau 500 ml
adalah udara pasang surut (tidal air), yaitu yang dihirup masuk dan dihembuskan ke luar
pada pernapasan biasa dengan tenang.
Kapasitas
tidal.
Volume udara yang dapat dicapai masuk dan keluar paru-paru pada penarikan napas dan
pengeluaran napas paling kuat, disebut kapasitas vital paru-paru. Diukurnya dengan alat
spirometer. Pada seorang laki-laki, normal 4-5 liter dan pada seorang perempuan 3-4
liter. Kapasitas itu berkurang pada penyakit paru-paru , pada penyakit jantung (yang
menimbulkan kongesti paru-paru) dan pada kelemahan otot pernapasan.
Volume udara yang dapat dicapai masuk dan keluar paru-paru pada penarikan napas dan
pengeluaran napas paling kuat, disebut kapasitas vital paru-paru. Diukurnya dengan alat
spirometer. Pada seorang laki-laki, normal 4-5 liter dan pada seorang perempuan 3-4
liter. Kapasitas itu berkurang pada penyakit paru-paru , pada penyakit jantung (yang
menimbulkan kongesti paru-paru) dan pada kelemahan otot pernapasan.
Mekanisme Pertukaran O2 Dan CO2
a.
Proses pengangkutan oksigen (O2)
Setelah menembus selaput alveolus paru-paru, oksigen yang
masuk ke dalam darah
kemudian diikat oleh hemoglobin , sisanya sekitar 2-3 % akan diangkut oleh plasma
darah. Hemoglobin aktif mengikat O2 sehingga akan terjadi persamaan reksi ;
kemudian diikat oleh hemoglobin , sisanya sekitar 2-3 % akan diangkut oleh plasma
darah. Hemoglobin aktif mengikat O2 sehingga akan terjadi persamaan reksi ;
Hb4 + 4O2 >>>>>>>> 4HbO2
Reaksi sebelah kanan berlangsung di dalam kapiler darah
alveoluus paru-paru, sedangkan
reaksi sebelah kiri berlangsung di dalam jaringan tubuh. Reaksi ini dapat berlangsung
bolak-balik. Karena terdapat tekanan parsial O2 antara paru- paru, darah dan jaringan
tubuh. Tekanan parsial O2 di paru-paru > arteri > jaringan tubuh > vena. Kadar
O2 di vena lebih kecil dari pada di arteri.
reaksi sebelah kiri berlangsung di dalam jaringan tubuh. Reaksi ini dapat berlangsung
bolak-balik. Karena terdapat tekanan parsial O2 antara paru- paru, darah dan jaringan
tubuh. Tekanan parsial O2 di paru-paru > arteri > jaringan tubuh > vena. Kadar
O2 di vena lebih kecil dari pada di arteri.
b. Proses pengangkutan
karbondioksida (CO2)
Proses oksidasi biologis dalam sel menghasilkan zat sisa
berupa air dan CO2. makin
besar penggunaan O2 untuk respirasi, makin besar pula dihasilkan CO2. Bila jumlah CO2
dalam tubuh berlebihan akan menimbulkan gangguan. Oleh sebab itu zat ini harus
dikeluarkan. Di dalam darah CO2 di angkut ke dalam paru-paru dalam bentuk :
besar penggunaan O2 untuk respirasi, makin besar pula dihasilkan CO2. Bila jumlah CO2
dalam tubuh berlebihan akan menimbulkan gangguan. Oleh sebab itu zat ini harus
dikeluarkan. Di dalam darah CO2 di angkut ke dalam paru-paru dalam bentuk :
* 60-70% diangkut dalam bentuk HCO3- plasma darah. Asam karbonat terbentuk
dalam darah kemudian terurai menjadi ion H+ dan HCO3-.
dalam darah kemudian terurai menjadi ion H+ dan HCO3-.
Persamaan reaksi
* 25% diikat oleh gugus asam amino
dari Hb membentuk karbominohemoglobin.
Dengan reaksi :
CO2 + Hb (karbomino
hemoglobin) >>>>>>HbCO2.
* 5-10% diangkut plasma darah dalam
bentuk senyawa asam karbonat.
Apabila tejadi gangguan pengangkutan CO2 kadar asam karbonat akan meningkat
sehingga akan menyebabkan kadar alkali darah yang berperan sebagai senyawa
buffer menurun. Sehingga menyebabkan pula terjadinya gangguan fisiologis yang
disebut ’Asiodosisi’.
Apabila tejadi gangguan pengangkutan CO2 kadar asam karbonat akan meningkat
sehingga akan menyebabkan kadar alkali darah yang berperan sebagai senyawa
buffer menurun. Sehingga menyebabkan pula terjadinya gangguan fisiologis yang
disebut ’Asiodosisi’.
Pernapasan pertama pada bayi baru lahir
Oklusi sirkulasi placenta mengakibatkan tahanan
sirkulasi sistemik meningkat tiba-tiba
melampaui tekanan a.pulmonalis sehingga foramen oval tertutup bersamaan dengan
duktus arteriosis karena kontraksi otot polos pembuluhnya. Pemutusan sirkulasi placenta
menimbulkan asfiksia hebat (rangsangan untuk inspirasi pertama melalui kontraksi
diafragma). Tekanan intrapleura turun, akibtanya paru mengembang. Sekali udara masuk
tidak dapat seluruhnya dikeluarkan mengakibatkan volume minimal.
melampaui tekanan a.pulmonalis sehingga foramen oval tertutup bersamaan dengan
duktus arteriosis karena kontraksi otot polos pembuluhnya. Pemutusan sirkulasi placenta
menimbulkan asfiksia hebat (rangsangan untuk inspirasi pertama melalui kontraksi
diafragma). Tekanan intrapleura turun, akibtanya paru mengembang. Sekali udara masuk
tidak dapat seluruhnya dikeluarkan mengakibatkan volume minimal.
Sifat elastisitas jaringan paru disebabkan oleh;
a. Recoil
elastic = seberapa mudah paru kembali kebentuknya setelah diregangkan.
b. Compliance
= seberapa besar usaha yang dilakukan untuk meregangkan atau mengembangkan
paru.
Factor yang dapat mempengaruhi compliance, yaitu;
1. Volume
paru saat pengukuran besar compliance turun
2. Fibrosis
paru, compliance turun
3. Kongesti
dan edema paru, tahanan jalan napas naik, compliance turun
4. Emfisema,
daya recoil hilang compliance naik
5. Tegangan
permukaan alveoli ada lapisan surfaktan, menurunkan tegangan permukaan,
compliance meningkat.
Surfaktan paru berkerja sebagai stabilitas paru
Dengan menurunkan tegangan permukaan alveolus, maka
akan berdampak
meningkatkan compliance paru, sehingga mengurangi kerja yang diperlukan untuk
mengembangkan paru dan menurunkan kecendrrungan paru menciut, sehingga paru
tidak mudah kolaps.
meningkatkan compliance paru, sehingga mengurangi kerja yang diperlukan untuk
mengembangkan paru dan menurunkan kecendrrungan paru menciut, sehingga paru
tidak mudah kolaps.
Ruang rugi
1. Udara
yang mengisi jalan udara penghantar (hidung, faring, trakea, bronki, dan bronkiolus) tidak berpartisipasi dalam pertukaran udara disebut ruang rugi
anatomi.
2. Sedangkan
ruang rugi fisiologi = ruang rugi anatomi + ruang rugi alveolar. Ruang rugi
alveolar adalah area alveoli yang tidak berfungsi.
Proses difusi
O2
alveol mendifusi ke darah kapiler
CO2 darah kapiler mendifusi ke alveoli, proses
ini berlangsung terus-menerus, sebab;
ini berlangsung terus-menerus, sebab;
a. Alveoli
selalu berisi udara ±2500 ml pada akhir ekspirasi tenang
b. Aliran
darah di kapiler paru juga terus-menerus, walaupun diastole ventrikel
(fungsinya melemah) dan waktu menahan napas difusi terus berlangsung.