Pokok bahasannya terdiri dari :1. Proses Kimia dan Fisiologi yang Mempengaruhi Difusi O2 dan CO2

2. Pertukaran O2 dan CO2 selama respirasi3. Transportasi O2 di dalam darah4. Transportasi CO2 di dalam darah5. Regulasi Respirasi pada keseimbangan asam basa6. Pengukuran keseimbangan asam basa : pH darah

Respirasi merupakan pertukaran dua gas yaitu O2 dan CO2 antara tubuh dan lingkungannya.

Fungsi dari respirasi itu lumayan banyak lho. Ada 10 fungsi respirasi di dalam tubuh kita :1. Menyediakan O2 pada sel dan jaringan2. Mengeliminasi hasil respirasi seluler berupa CO2

3. Melindungi permukaan respiratorik dari pengaruh lingkungan4. Membantu mempertahankan keseimbangan asam dan basa tubuh5. Membantu mengontrol suhu tubuh6. Berpartisipasi dalam berbicara, membaui, dan bernyanyi7. Keseimbangan cairan (hilangnya cairan sebanyak 200-500cc/hari pada frekuensi napas 14-

16x/menit8. Membantu venous return darah ke atrium kanan selama fase inspirasi9. Endokrin : keseimbangan bahan vaso-aktif, histamin, serotonin, ECF, dan angisotensin10. Perlindungan terhadap infeksi : makrofag yang akan membunuh bakteri

Bagaimana proses respirasi? Nah, proses respirasi dibedakan menjadi 4 proses, yaitu:1. Ventilasi pulmonal , aliran masuk dan keluarnya udara antara atmosfer dan alveoli2. Difusi, O2, dan CO2 antara alveoli dan darah3. Transpor O2 dan CO2 dari dan ke sel melalui darah4. Regulasi ventilasi

Respirasi dibagi menjadi 2, yaitu:1. Respirasi eksternal

Difusi O2 dari udara pada alveoli paru-paru ke darah pada kapiler pulmonal dan difusi CO2

dari darah pada kapiler pulmonal ke udara pada alveoli paru-paru.2. Respirasi internal

Pertukaran O2 dan CO2 diantara kapiler sistemik dan sel jaringan.

I. Proses Kimia dan Fisiologi yang Mempengaruhi Difusi O2 dan CO21. Hukum Boyle

Tekanan x Volume = Konstan, pada suhu dan masa yang tetap dari gas ideal.

BIOKIMIA GIZIJUDUL : RESPIRASI

DOSEN : Dra. Prasetyatuti, Apt, M.Kes

PERTEMUAN : IX (5 Mei 2014)

TIM HO : Hana, Maya, Lala, Nadia, Sita, Fenty, Laila, Ipeh, Atika d, Ratri (GK 2012)

Contoh : pada suhu 0⁰C dan tekanan 1 atm (760 mmHg), 1 g mol gas volumenyamenduduki 22,4 L; jika volume gas diturunkan menjadi setengahnya (11,2 L), makatekanan meningkat menjadi 2 atm atau 1520 mmHg. Jika volume gas menjadi 44,8 L,tekanan akan menurun menjadi 0,5 atm atau 380 mmHg.

2. Hukum Gay-LussacVolume = Konstanta x Suhu (⁰K)Berdasarkan massa gas pada tekanan konstan, ketika suhu berubah, volume gas jugaberubah secara proposional sesuai dengan peningkatan atau penurunan suhu (derajatKelvin).Contoh : 1 g mol gas ideal, pada suhu 273⁰K (0⁰C) volumenya 22,4 L. Jika suhu gasditingkatkan menjadi 310⁰K (37⁰C), maka volumenya 25,4 L.

3. Hukum Gas IdealPV = nRTP = TekananV = Volumen = kuantitas massa gasR = KetetapanT = Suhu absolut (⁰K)

4. Hukum DaltonHukum Dalton berisikan tentang tekanan parsial yang berbunyi, setiap gas jika terdapatdalam campuran, masing-masing tetap pada tekanan sendiri-sendiri atau dengan katalain bahwa tekanan total dari semua gas adalah sama dengan jumlah tekanan masing-masing gas.Tekanan parsial (Px) : tekanan gas spesifik di dalam campuran gasContoh: Tekanan parsial atmosfer adalah 760 mmHgP (udara total) = P(O2)+p(N2)+P(CO2)+P(H2O) atau 20,84% O2+78,62% N2+ 0,04%CO2+ 0,5% air

760 mmHg = 159+594,7+0,3+5,0 mmHgAtm Air Alveolar Air Exhaled Air

Nitrogen 78,6%Oxygen 20,9% 13,6% 16%Carbon dioxide 0,04% 5,2% 4,5%Other gases 0,06%

Tekanan parsial menentukan perpindahan O2 dan CO2 diantara :1. Atmosfer dengan paru-paru2. Paru-paru dan darah3. Darah dan selSetiap gas berdifusi melewati membran permiabel dari tekanan parsial tinggi ke tekananparsial rendah. Dan, semakin besar perbedaan tekanan parsial, semakin cepatkecepatan berdifusi.Atmosfer udara terdiri dari:Nitrogen : 78,62%Oksigen : 20,84%Karbondioksida : 0,04%Air : 0,5%Pada suhu 37⁰C, tekanan uap air adalah 47 mmHg dimana jumlah tekanan parsialkomponen lain harus 713 mmHg (760 mmHg – 47 mmHg = 713 mmHg)

5. Hukum Henry

Hukum Henry berbunyi, jumlah gas yang larut dalam cairan akan proposional dengantekanan parsial dan kelarutannya. Dalam cairan tubuh kemampuan gas untuk tetap tinggiketika tekanan parsialnya tinggi dan mempunyai kelarutan dalam air juga tinggi.CO2 lebih banyak diserap dalam plasma darah karena kelarutannya 24 kali lebih besardaripada kelarutan O2. Nah, hal ini juga yang mempengaruhi pH.N2 , tidak memiliki efek yang jelas dalam fungsi tubuh kelarutan sangat rendah padaplasma darahKoefisien kelarutan gas pada suhu 37⁰C dan tekanan 1 atm

Oxygen 00.024Carbon dioxide 00.57Carbon monoxide 00.018Nitrogen 00.012Helium 00.008

Kecepatan difusi dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya :1. Perbedaan tekanan parsial gas di atas cairan dan di bawah cairan2. Luas permukaan dari interfase gas-cair3. Berat molekul4. Kelarutan gas dalam cairan5. Velocity/Kecepatan gerak molekul

Kecepatan pertukaran gas pulmonar dan sistemik bergantung pada :1. Perbedaan tekanan parsial pada masing-masing gas2. Luas permukaan yang tersedia untuk pertukaran gas3. Jarak difusi4. Berat molekul5. Kelarutan gas

Sehingga didapatkan rumus:Keterangan:DR = Diffusion rate= × ×√ PD = Partial difference

A = AreaS = SolubilityD = DistanceMW = Molecular Weight

Konsentrasi Ion Hidrogen pada Sistem Respirasi

Keterangan :Gambar di kiri terjadi peningkatan ion H sehingga CO2 banyak terbentuk dan akhirnyakeluarGambar di tengah terjadi kondisi seimbang dimana H+ + HCO3

- ↔ H2CO3

Gambar di kanan terjadi penurunan ion H sehingga reaksinya berbalikReaksi ini juga akan terjadi pada ginjal dan eritrosit Enzim yang membantu proses iniadalah enzim karbonat.

II. Pertukaran O2 dan CO2 selama respirasiTekanan O2 darah bila memasuki kapiler pulmonal adalah 40 mmHg. Tekanan O2 dalamalveoli 104 mmHg. Karena area permukaan yang luas dan sangat tipis pada membranrespirasi, maka pengambilan O2 dari alveolus ke kapiler pulmonal berjalan sangat cepat danberdifusi aktif. Sebaliknya di jaringan perifer, tekanan O2 yang tinggi pada darah arteri (95mmHg) berdifusi dengan perbedaan gradien ke dalam cairan interstisial dengan tekanan O2

rata-rata 40 mmHg.Pertukaran Gas di Paru-paru dan Jaringan

Normal Blood Gas ValuesParameter Arterial Mixed Venous Capillary

pH 7.35 – 7.45 7.31 – 7.41 7.35 – 7.45PO2 80 – 100 mmHg 35 – 40 mmHg Less than arterial*O2 saturation 95% - 97% 70% - 75% Less than arterialPCO2 35 – 45 mmHg 40 – 50 mmHg 35 – 45 mmHgHCO3 22 -26 mEq/L 22 -26 mEq/L 22 – 26 mEq/LTotal CO2 content 20 – 27 mEq/L 20 -27 mEq/L 20 – 27 mEq/LBase excess +2 to -2 +2 to -2 +2 to -2

III. Transportasi O2 dalam darahOksigen diangkut oleh darah dalam dua bentuk, yaitu hemoglobin (98,5%) tetapi sebagiankecil terlarut dalam plasma (sekitar 1,5% jika PaO2<14kPa). Hemoglobin merupakanmolekul utama yang bertanggung jawab mentranspor O2 dan CO2 dalam darah. Dalamkeadaan normal 97-98% O2 ditranspor secara reversible dari paru-paru ke jaringan oleh Hb.Berikut ini adalah reaksinya:

Hb + O2 ↔ HbO2

Ini reaksinya bolak-balik. HbO2 nanti akhirnya akan dibawa ke jaringan. HbO2 nanti juga bisadipecah jadi Hb dan O2. Dimana Hb akan membawa CO2 dari jaringan ke paru-paru dan O2

nanti dibawa ke jaringan. Nah, reaksi tersebut ditentukan oleh PO2 medium disekitar Hb.Pada PO2 104 mmHg (dalam darah) Hb 97% jenuh. Pada PO2 40 mmHg, Hb 70% jenuh.

Catatan : Hb dikatakan jenuh apabila keempat cincin porpirinnya mengikat O2.Hubungan antara % kejenuhan Hb+PO2 dapat digambarkan dengan ”kurva disosiasioksigen hemeglobin” yang bergantung pada PCO2 dalam darah.1 g Hb mengikat 1,34 ml O2 = [Hb]:14,5 g/dl darah → jumlah O2 yang dapat dibawa sebagaiHbO adalah 14,5 x 1,34 = 19,4 ml/dl darah. O2 terlarut secara fisik: 0,33 ml.dl. Kapasitas O2

darah 20 ml/dl, kapasitas O2 darah → [Hb] darah (Konentrasi Hemoglobin). Bentuk kurvadisosiasi HbO2 adalah sigmoid, pada kondisi normal Ph = 7 dan PCO2 40 mmHg.

Kurva Disosiasi Oksigen Hemoglobin

Ada 2 sifat penting :1. Bagian yang relatif datar pada PO2 di atas 70-80 mmHg → pelepasan O2 dari HbO2 sangat

sedikit, sehingga mempunyai afinitas tinggi2. Bagian yang relatif curam pada PO2 di bawah 40 mmHg → pelepasan O2 dari HbO2 tidak

proposional, Hb yang dilepas sangat banyak.Pergeseran kurva disosiasi HbO2: Ke kanan disebabkan oleh afinitas terhadap O2 berkurang (kenaikan diphospogliserate)

sehingga mengakibatkan pembebasan O2 lebih banyak dari oksihemoglobin (HbO2) padasuatu tekanan O2.Pergeseran ini dipicu oleh beberapa faktor seperti, kenaikan H+, adanya asam laktat danasam bikarbonat, kenaikan PCO2 atau yang disebut dengan efek Bohr, kenaikantemperatur karena ada penurunan tekanan atmosfer, kenaikan 2,3-difosfogliserat (DPG)eritrosit, dan peningkatan bifosfogliserat (BPG) oleh tiroksin, GH, epinefrin, norepinefrin,dan kolesterol.Untuk kenaikan H+, adanya asam laktat dan asam bikarbonat, dan juga kenaikan PCO2

disebabkan adanya kenaikan kebutuhan O2 dalam jaringan sedangkan, untuk kenaikantemperatur disebabkan karena adanya penurunan tekanan atmosfer.

Ke kiri disebabkan oleh afinitas Hb terhadap O2 meningkat sehingga mengakibatkanpengurangan pembebasan O2 dari oksihemoglobin pada suatu tekanan O2.Pergeseran ini dipicu oleh kenaikan hemoglobin fetal (HbF) dalam eritrosit, karbonmonoksida (CO), dan methemoglobinemia.Hb berikatan dengan CO 240 kali lebih kuat dibanding O2. Adanya CO pada salah satutempat pada heme menyebakan O2 pada tempat lain di heme berikatan dengan afinitastinggi. Hal ini yang menyebabkan Hb kesulitan melepas O2 pada jaringan dan mempunyaiefek menggeser kurva ke kiri.Methemioglobinemia merupakan hasil oksidasi dari hemoglobin karena adanya radikalbebas jadi, bentuk Hbnya abnormal. Sehingga Fe2+ di Hb diubah menjadi Fe3+.

The Bohr Effect

IV.Transpor CO2 di dalam darahKarbon dioksida (CO2) bereaksi dengan air membentuk asam karbonat, yang akanberdisosiasi menjadi ion hidrogen (H+) dan ion bikarbonat (HCO3

-) :CO2 + H2O ↔ H2CO3 → H+ + HCO3

-

Pada reaksi ini dikatalis oleh enzim carbonic anhidrase yang terdapat pada eritrosit dandihambat oleh acetal amine. Sebanyak 99,9% CO2 akan diubah menjadi HCO3

-, hanya 0,1%yang tidak terdisosiasi.Hb merupakan buffer utama dalam darah. Hb akan mengubah hidrogen bebas dari darah kebentuk

H ++HCO3- +KHb ↔ HHb + K ++ HCO3

-

Ini terjadi hanya pada sel darah. Impermeabel terhadap K+, permeabel terhadap HCO3-

berdifusi ke plasma dan ion lain masuk eritrosit (Cl-).Transport CO2 :- 7% dissolved in plasma- 23% sebagai Hb- CO2

- 70% sebagai HCO3-

Saat dalam kondisi istirahat, proses metabolisme sel jaringan membutuhkan sekitar 250 mLO2 dan memproduksi sekitar 200 mL CO2 setiap menit.

C6H12O6 + 6O2 6H2O +ATPBentuk baru dari CO2 ditransportasikan dalam sel jaringan ke paru-paru melalui enammekanisme berbeda, 3 melalui plasma dan 3 melalui sel darah merah.Dalam Plasma DarahDi dalam plasma, sekitar 1% CO2 yang dilarutkan dalam plasma secara kimia berkombinasidengan gugus amino bebas dan membentuk senyawa carbamino. Sekitar 5% CO2 yangterlarut dalam plasma mengalami ionisasi sebagai bicarbonate. CO2 yang terlarut di dalamplasma menyumbang sekitar 5% dari total CO2 yang dikeluarkan di paru-paru.Dalam RBCCO2 terlarut di dalam cairan intracellular dari nilai RBC (Red Blood Cell) kira-kira 5% daritotal CO2 yang dikeluarkan di paru-paru. Sekitar 21% dari CO2 berkombinasi denganhemoglobin RBC membentuk carbamino-Hb. Sebagian besar CO2(sekitar 63%)ditransportasi dari sel jaringan ke paru-paru dalam bentuk bicarbonate.

Pertukaran antara ion bikarbonat dengan ion Cl melewati membran eritrosit yang disebut“The Chloride Shift”. Sedangkan peristiwa pengikatan CO2 dengan Hb disebut “HaldaneEffects”.

CO2 Transport and Cl- Movement

V. Regulasi Respirasi dalam Keseimbangan Asam BasaKekuatan pengontrolan buffer dari sebuah sistem buffer yang terbesar saat pH=pKapH cairan tubuh ekstraseluler adalah 7,4pKa dari bikarbonat-CO2 sistem buffer adalah 6,1Chloride shift/pergeseran klorida adalah keluarnya ion bikarbonat (keluar eritrosit) denganion Cl- (masuk eritrosit) di dalam membran (saling bertukaran).Handerson-Hasselbalch equation :

Penjagaan dari pH range yang dapat diterima dalam cairan extracellular dikerjakan oleh tigamekanisme :- Chemical Buffer reaksi sangat cepat (kurang dari satu detik)- Respiratory Regulation reaksi sedang (detik ke menit)- Renal (Kidney) Regulation reaksi lambat (menit sampai jam)

Pertukaran antara ion bikarbonat dengan ion Cl melewati membran eritrosit yang disebut“The Chloride Shift”. Sedangkan peristiwa pengikatan CO2 dengan Hb disebut “HaldaneEffects”.

CO2 Transport and Cl- Movement

V. Regulasi Respirasi dalam Keseimbangan Asam BasaKekuatan pengontrolan buffer dari sebuah sistem buffer yang terbesar saat pH=pKapH cairan tubuh ekstraseluler adalah 7,4pKa dari bikarbonat-CO2 sistem buffer adalah 6,1Chloride shift/pergeseran klorida adalah keluarnya ion bikarbonat (keluar eritrosit) denganion Cl- (masuk eritrosit) di dalam membran (saling bertukaran).Handerson-Hasselbalch equation :

Penjagaan dari pH range yang dapat diterima dalam cairan extracellular dikerjakan oleh tigamekanisme :- Chemical Buffer reaksi sangat cepat (kurang dari satu detik)- Respiratory Regulation reaksi sedang (detik ke menit)- Renal (Kidney) Regulation reaksi lambat (menit sampai jam)

Pertukaran antara ion bikarbonat dengan ion Cl melewati membran eritrosit yang disebut“The Chloride Shift”. Sedangkan peristiwa pengikatan CO2 dengan Hb disebut “HaldaneEffects”.

CO2 Transport and Cl- Movement

V. Regulasi Respirasi dalam Keseimbangan Asam BasaKekuatan pengontrolan buffer dari sebuah sistem buffer yang terbesar saat pH=pKapH cairan tubuh ekstraseluler adalah 7,4pKa dari bikarbonat-CO2 sistem buffer adalah 6,1Chloride shift/pergeseran klorida adalah keluarnya ion bikarbonat (keluar eritrosit) denganion Cl- (masuk eritrosit) di dalam membran (saling bertukaran).Handerson-Hasselbalch equation :

Penjagaan dari pH range yang dapat diterima dalam cairan extracellular dikerjakan oleh tigamekanisme :- Chemical Buffer reaksi sangat cepat (kurang dari satu detik)- Respiratory Regulation reaksi sedang (detik ke menit)- Renal (Kidney) Regulation reaksi lambat (menit sampai jam)

Chemical BufferTubuh membutuhkan buffer pH dalam darah untuk menjaga melawat perubahan tiba-tibadalam keasaman. Dan buffer pH bekerja secara kimia untuk memperkecil perubahan pHlarutan.Buffer System Pairs

Weak Acid Weak Base % Total Buffer ActionCarbonic Acid Sodium Bicarbonate 53Hemoglobin Potassium Hemoglobinate 35Oxyhemoglobin Potassium Oxyhemoglobin 35Plasma Protein Proteinate 7Acid Organic Phosphate Alkaline Organic Phosphate 3Acid Inorganic Phosphate Alkaline Inorganic Phosphate 2

Respiratory RegulationCO2 adalah produk penting dari metabolisme dan secara kontas diproduksi oleh sel dandarah membawa CO2 ke paru-paru untuk dikeluarkan.Ketika bernafas dinaikkan, level CO2 darah turun dan menjadi lebih basa. Sedangkan ketikabernafas diturunkan, level CO2 darah naik dan menjadi lebih asam. Dengan penambahankecepatan dan kedalaman pernafasan, pusat kontrol pernafasan dan paru-paru bisamengatur pH darah setiap saat.

Kidney RegulationKelebihan asam akan dikeluarkan oleh ginjal, sebagian besar dalam bentuk ammonia. Ginjalmemiliki beberapa kemampuan untuk mengubah jumlah asam atau basa yang dikeluarkan,tetapi umumnya membutuhkan waktu beberapa hari.

Ketidakseimbangan Asam Basa

Gangguan akibat ketidakseimbangan asam basa1. Respiratorik

Asidosis : disebabkan oleh peningkatan CO2, sedangkan HCO3- tetap. Terjadi pada

sistem pernapasan seperti pneumonia, asthma atau deperesi pusat pernapasan,emphysema, kegagalan kongesti. Kompensasinya adalah ginjal akan menambahbikarbonat.Alkalosis : disebakan oleh penurunan CO2, sedangkan HCO3

- tetap. Kompensasinyaadalah ginjal mengeksresi banyak bikarbonat. Contoh : hepatic coma.

2. MetabolicAsidosis : disebabkan oleh penurunan HCO3

- sedangkan CO2 tetap. Terjadi pada orangyang kena DM yang tak terkontrol dengan ketosisi, gagal ginjal, keracunan garamasam, kehilangan cairan usus yang berlebihan. Kompensasinya adalah banyakmengeluarkan CO2 = hiperventilasi.Alkalosis : disebabkan peningkatan HCO3

-, sedangkan CO2 tetap. Kompensasinyaadalah pernapasan yang berkurang /menahan CO2 (hipoventilasi). Contoh: vomiting

Hipoventilasi : cara menaikkan CO2 dengan mengurangi keluaran CO2

Hiperventilasi : cara menurunkan CO2 dengan meningkatkan keluaran CO2

Kontrol sistem pernapasanPusat respirasi Medullary rhythmicity area Pneumotaxic area Apneustic Area