Proses terjadinya pernapasan

                           MEKANISME TERJADINYA PERNAPASAN

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

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

1.    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.

2.    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.

Perubahan- perubahan berikut terjadi dalam komposisi udara dalam alveoli, yang 
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)

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.

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.

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 ;

                             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.

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 :

* 60-70% diangkut dalam bentuk HCO^3-  plasma darah. Asam karbonat  terbentuk 
dalam darah kemudian terurai menjadi ion H⁺ dan HCO^3-.

Persamaan reaksi

 H₂O+ CO₂  (asam karbonat)>>>>>> H₂CO₃ (ion bikarbonat) >>> H⁺ + HCO3^-.

* 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’. 

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.

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.

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;

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.