Mekanisme Pertukaran Gas Oksigen (02)dan Karbondioksida (CO2)

Udara lingkungan dapat dihirup masuk ke dalam tubuh makhluk hidup melalui dua cara, yakni pernapasan secara langsung dan pernapasan tak langsung. Pengambilan udara secara langsung dapat dilakukan oleh permukaan tubuh lewat proses difusi. Sementara udara yang dimasukan ke dalam tubuh melalui saluran pernapasan dinamakan pernapasan tidak langsung.

Saat kita bernapas, udara diambil dan dikeluarkan melalui paruparu. Dengan lain kata, kita melakukan pernapasan secara tidak langsung lewat paru-paru. Walaupun begitu, proses difusi pada pernapasan langsung tetap terjadi pada paru-paru. Bagian paru-paru yang meng alami

proses difusi dengan udara yaitu gelembung halus kecil atau alveolus.

Oleh karena itu, berdasarkan proses terjadinya pernapasan, manusia mempunyai dua tahap mekanisme pertukaran gas. Pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida yang dimaksud yakni mekanisme pernapasan eksternal dan internal.

a. Pernafasan Eksternal

Ketika kita menghirup udara dari lingkungan luar, udara tersebut akan masuk ke dalam paru-paru. Udara masuk yang mengandung oksigen tersebut akan diikat darah lewat difusi. Pada saat yang sama, darah yang mengandung karbondioksida akan dilepaskan. Proses pertukaran oksigen (O2) dan karbondioksida (CO2) antara udara dan darah dalam paru-paru dinamakan pernapasan eksternal.

Saat sel darah merah (eritrosit) masuk ke dalam kapiler paru-paru, sebagian besar CO2 yang diangkut berbentuk ion bikarbonat (HCO- 3) . Dengan bantuan enzim karbonat anhidrase, karbondioksida (CO2) air (H2O) yang tinggal sedikit dalam darah akan segera berdifusi keluar. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut.

Seketika itu juga, hemoglobin tereduksi (yang disimbolkan HHb) melepaskan ion-ion hidrogen (H+) sehingga hemoglobin (Hb)-nya juga ikut terlepas. Kemudian,

hemoglobin akan berikatan dengan oksigen (O2) menjadi oksihemoglobin (disingkat HbO2).

Proses difusi dapat terjadi pada paru-paru (alveolus), karena adaperbedaan tekanan parsial antara udara dan darah dalam alveolus. Tekanan parsial membuat konsentrasi

oksigen dan karbondioksida pada darah dan udara berbeda.

Tekanan parsial oksigen yang kita hirup akan lebih besar dibandingkan tekanan parsial oksigen pada alveolus paru-paru. Dengan kata lain, konsentrasi oksigen pada udara lebih tinggi daripada konsentrasi oksigen pada darah. Oleh karena itu, oksigen dari udara akan berdifusi menuju darah pada alveolus paru-paru.

Sementara itu, tekanan parsial karbondioksida dalam darah lebih besar dibandingkan tekanan parsial karbondioksida pada udara. Sehingga, konsentrasi karbondioksida pada darah akan lebih kecil di bandingkan konsentrasi karbondioksida pada udara. Akibatnya, karbondioksida pada darah berdifusi menuju udara dan akan dibawa keluar tubuh lewat hidung.

b. Pernafasan Internal

Berbeda dengan pernapasan eksternal, proses terjadinya pertukaran gas pada pernapasan internal berlangsung di dalam jaringan tubuh. Proses pertukaran oksigen dalam darah dan karbondioksida tersebut berlangsung dalam respirasi seluler.

Setelah oksihemoglobin (HbO2) dalam paru-paru terbentuk, oksigen akan lepas, dan selanjutnya menuju cairan jaringan tubuh. Oksigen tersebut akan digunakan dalam proses metabolisme sel. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.

Proses masuknya oksigen ke dalam cairan jaringan tubuh juga melalui proses difusi. Proses difusi ini terjadi karena adanya perbedaan tekanan parsial oksigen dan

karbondioksida antara darah dan cairan jaringan. Tekanan parsial oksigen dalam cairan jaringan, lebih rendah dibandingkan oksigen yang berada dalam darah. Artinya konsentrasi oksigen dalam cairan jaringan lebih rendah. Oleh karena itu, oksigen dalam darah mengalir menuju cairan jaringan.

Sementara itu, tekanan karbondioksida pada darah lebih rendah daripada cairan jaringan. Akibatnya, karbondioksida yang terkandung dalam sel-sel tubuh berdifusi ke dalam darah. Karbondioksida yang diangkut oleh darah, sebagian kecilnya akan berikatan bersama hemoglobin membentuk karboksi hemoglobin (HbCO2). Reaksinya sebagai berikut.

Namun, sebagian besar karbondioksida tersebut masuk ke dalam plasma darah dan bergabung dengan air menjadi asam karbonat (H2CO3). Oleh enzim

anhidrase, asam karbonat akan segera terurai menjadi dua ion, yakni ion hidrogen (H+) dan ion bikarbonat (HCO- Persamaan reaksinya sebagai berikut.

CO2 yang diangkut darah ini tidak semuanya dibebaskan ke luar tubuh oleh paru-paru, akan tetapi hanya 10%-nya saja. Sisanya yang berupa ion-ion bikarbonat

yang tetap berada dalam darah. Ion-ion bikarbonat di dalam darah berfungsi sebagai bu. er atau larutan penyangga.\ Lebih tepatnya, ion tersebut berperan penting dalam menjaga stabilitas pH (derajat keasaman) darah.

22222222Mekanisme Pertukaran Gas O2 dan CO2

Bernafas yaitu emngabil dan mengeluarkan udara pernapasan melalui paru-paru. Kemudian arti

yang lebih khusus adalah pertukaran gas yang terjadi didala sel dengan “lingkungannya”. Pada

pernapasan langsung, pengambilan udara pernapasan dilakukan secara langsung oleh permukaan

tubuh danj pada peranpasan tidak langsung adalah melalui saluran pernapasan.

Manusia bernapas secara tidak langsung, artinya udar pernapasan tidak bertdifusi langsung

melalui seluruh permukaan kulit. Selaput tipis tempat berlangsungya difusi gas tersebut terlindung di

bagian dalam tubuh, berupa gelembung paru-paru. Pernapasan atau pertukaran gas pada manusia

berlangsung melalui dua tahap yaitu pernapasan luar (eksternal) dan pernapasan dalam (internal).

a. Pernapasan Luar (Eksternal)

Pernapasan luar adalah pertukaran gas di dalam paru-paru. Sehingga berlangsung difusi gas dari

luar masuk kedalam aliran darah. Dengan kata lain, pernapasan luar adalah pertukaran gas (O2 dan

CO2) anatar udara dan darah.

Pada Pernapasan luar, darah kana keluar masuk ke dalam kapiler paru-paru yang mengangkut sebagian besar karbon dioksida sebagai ion bikarbonat ( −

3

HCO)

dengan persamaan reaksi seperti berikut ini. H plus tambah hco 3 min menjadi h2co33 2 3

CO H HCO H → + − +

Ketika karbon dioksida yang tinggal sedikit keluar dari dalam darah, maka terjadi reaksi seperti di bawah ini. H2co3 menjadi h2o tambah co22 2 3 2

CO O H CO H + →

Enzim karbonat anhidrase yang terdapat dalam sel-sel darah merah dapat mempercepat reaksi.

Ketika reaksi berlangsung hemoglobin melepaskan ion-ion hydrogen yang telah diangkut; H Hb

menjadi Hb. Hb merupakan singkatan dari haemoglobin, yaitu jenis protein dalam sel darah merah.

Selanjutnya hemoglobin siap untuk mengikat oksigen dan menjadi oksihemoglobin. Untuk

memudahakn penulisan Hb yang mengikat oksigen disingkat HbO2. hb tambah o2 menjadi hbo2

2 2

HbO O Hb → +

Selama pernapasan luar, di dalam paru-paru akan terjadi pertukaran gas yaitu CO2 meninggalakan

darah dan O2 masuk ke dalam secara difusi. Terjadinya difusi O2 dan CO2 ini karena adanya perbedaan

tekan parsial. Tekanan udara luar sebeasr 1 atm (760 mmHg), sedangkan tekanan parsial O2 di paru-

paru± 760m mmHg. Tekanan parsial pada kapiler darah arteri± 100 mmHg, dan di vena± 40mmHg.

Hal ini emnyebabkan O2 berdifusi dari udara ke dalam darah.

Sementara itu, tekanan parsial CO2 dalam vean± 47 mmHg, teakan parsial CO2 dalam arteri± 41

mmHg dan tekan parsial dalam alveolus± 40mmHg. Oleh karena itu CO2 berdifusi dari darah ke

alveolus.

b. Pernapasan Dalam (Internal)

Pada pernapasan dalam (pertukaran gas didalam jaringan tubuh) darah masuk kedalam jaringan

tubuh, oksigen meninggalakan hemoglobin dan berdifusi masuk kedalam cairan jaringan tubuh.

Reaksinya sebagai berikut. Hbo2 menjadi hb tambah o2

2 2

O Hb HbO + →

Difusi oksigen keluar dari darah dan masuk ke dalam cairan jaringan dapat terjadi, karena

tekanan oksigen di dalam cairan jaringan lebih rendah dibandingkan di dalam darah. Hal ini

disebabkan karena sel-sel secar terus menerus menggunakannya dalam respirasi selular.

Perlu diketahui bahwa tekanan parsial O2 pada kapiler darah± 100 mmHg dan tekan parsial O2

dalam jaringan tubuh kurang dari 40 mmHg. Sebaliknya tekanan karbon dioksida adalah tinggi,

karena karbon dioksida secara terus-menerus dihasilkan oleh sel-sel tubuh. Tekanan parsial CO2 dalam

jaringan± 60 mmHg dan dalam kapiler darah± 41 mmHg. Peristiwa inilah yang menyebabkan O2 dapat

dapat berdifusi ke dalam jaringan dan CO2 berdifusi ke luar jaringan.

Dalam keadaan biasa tubuh kita menghasilkan 200 mL karbon dioksida per hari. Pengangkutan CO2 di dalam darah dapat dilakukan dengan tiga cara berikut. 1. Sekitar 60-70 % CO2 diangkaut ke dalam bentuk ion bikarbonat ( hco3-−

3

HCO) oleh plasma darah, setelah asam karbonat yang terbentuk

dalam darah terurai menjadi ion hydrogen (H+) dan ion bikarbonat ( −

3

HCO). Ion H+ bersifat racun, oleh sebab itu ion ini segera diikat Hb, sedangkan ion −

3

HCOmeninggalkan eritrosit masuk ke plasma darah. Kedudukan ion −

3

HCOdalam eritrosit diganti oelh ion klorit. Perasamaan reaksinya sebagai berikut h20+co2 menjadih2co3 menjadi h++hco3-− +

+ → → + 3 3 2 2 2

HCO H CO H CO O H

2. Lebih kurang 25% CO2

diikat oleh hemoglobin membentuk karbosihemoglobin. Secara

sederhana, reaksi CO2 dengan Hb ditulis sebagai berikut. Co2+hb menjadi hbco2

2 2

HbCO Hb CO →

+Karbosihemoglobin disebut pula karbominohemoglobin karena

bagian dari hemoglobin yang mengikat CO2 adalah gugus asam amino. Reaksinya sebagai berikut. Co2 +rnh2menjadi rnhcoohRNHCOOH RNH CO → + 2 2

3. Sekitar 6-10% CO2 diangkaut plasma darah dalam senyawa asam karbonat (H2CO3). 333333333333333

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 atau hematin yang mengandung unsur besi dan globin yang berupa protein.

Gbr. .Pertukaran O2 dan CO2 antara alveolus danPembuluh darah yang menyelubungi

Secara sederhana, pengikatan oksigen oleh hemoglobin dapat diperlihat-kan menurut persamaan reaksi bolak-balik berikut ini :

Hb4 + O2 4 Hb O2 (oksihemoglobin)berwarna merah jernih

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.

Berapa minimal darah yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan oksigen pada jaringan? 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.

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

C02 + H20 (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 H2CO3 H+ + HCO-3

Gangguan terhadap pengangkutan CO2 dapat mengakibatkan munculnya gejala asidosis karena turunnya kadar basa dalam darah. Hal tersebut dapat disebabkan karena keadaan Pneumoni. Sebaliknya apabila terjadi akumulasi garam basa dalam darah maka muncul gejala alkalosis

444444444

Oksigen Transportasi dan Efek

transportasi Oksigen dan pertukaran menyediakan oksigen yang diperlukan untuk sel-sel tubuh melalui proses respirasi. Oksigen memasuki sistem pernapasan melalui mulut dan hidung, dan perjalanan melalui faring, laring, trakea, dan bronkus selama inspirasi (inhalasi) untuk mencapai paru-paru. Bronkus masuk ke dalam paru-paru dan cabang untuk membentuk bronchioles. Bronchioles lebih lanjut membelah untuk membentuk duktus alveolar. Saluran ini mengakibatkan kantung-kantung kecil yang disebut alveoli yang dikelilingi oleh kapiler paru di mana terjadi pertukaran oksigen. Ada sekitar 300 juta alveoli yang sangat menambah luas permukaan paru-paru. pertukaran Oksigen terjadi melalui proses difusi di dinding alveolar-kapiler. Selama difusi, oksigen bergerak ke bawah gradien konsentrasi ke dalam darah dan dipertukarkan dengan karbon dioksida. Tekanan parsial oksigen dalam tubuh dilambangkan oleh pO2 dan diukur dalam milimeter air raksa (mm Hg). PO2 oksigen dalam alveoli adalah 105 mm Hg dan pO2 darah terdeoksigenasi memasuki kapiler paru saat istirahat adalah 40 mm Hg. Karena perbedaan ini pO2, oksigen dipertukarkan dengan karbon dioksida sampai pO2 dari kapiler sama dengan pO2 dari alveoli. Pada keseimbangan pO2 oksigen sama dengan 105 mm Hg dalam darah beroksigen sekarang dari kapiler. Demikian juga, karbon dioksida akan menyebar ke bawah gradien konsentrasi dari darah terdeoksigenasi dari kapiler, dengan PCO 2 dari 45 mm Hg, ke dalam alveoli hingga mencapai keseimbangan. Setelah kesetimbangan tercapai, PCO 2 di kapiler akan menjadi 40 mm Hg, sama dengan PCO 2 di alveoli.

Kurs oksigen tergantung pada perbedaan tekanan parsial, luas permukaan pertukaran gas, jarak difusi, dan laju dan kedalaman pernapasan. Dalam rangka untuk difusi berlangsung,

harus ada perbedaan dalam tekanan parsial oksigen antara alveoli dan kapiler paru-paru. Pada ketinggian yang lebih tinggi, tekanan parsial oksigen berkurang atmosfer, yang mengurangi pO2 dalam alveoli dan dengan demikian merusak proses difusi. pertukaran Oksigen sebagian besar tergantung pada luas permukaan yang tersedia dari alveoli. Sebagai contoh, pasien yang memiliki penyakit paru mereka memiliki membran alveolar-kapiler hancur, sehingga mengurangi luas permukaan yang tersedia untuk pertukaran oksigen. Efektivitas pertukaran oksigen sebagian karena jarak pendek bahwa oksigen harus berdifusi melintasi membran alveolar-kapiler. Selain itu, diameter kapiler hanya cukup lebar untuk memungkinkan satu sel darah merah untuk melewati pada suatu waktu. Jika kapiler membengkak karena penumpukan cairan, jarak difusi meningkat dan pertukaran oksigen terhalang. pertukaran Oksigen juga tergantung pada jumlah oksigen yang tersedia untuk difusi. Tingkat pernapasan dan kedalaman dapat mempengaruhi jumlah oksigen yang tersedia untuk pertukaran.

Setelah sel-sel darah merah telah menerima oksigen, darah oksigen perjalanan dari kapiler paru ke pembuluh darah paru, dan jantung di mana ia dipompa melalui arteri sistemik ke kapiler sistemik dan kemudian ke jaringan. Oksigen dipertukarkan dari kapiler sistemik oksigen ke jaringan terdeoksigenasi. PO2 dari kapiler sistemik oksigen adalah 105 mm Hg dan pO2 dari jaringan adalah 40 mm Hg, sehingga oksigen berdifusi ke bawah gradien konsentrasi sampai mencapai keseimbangan. Selama difusi oksigen, karbon dioksida juga sedang ditukar dari jaringan ke kapiler sistemik sampai keseimbangan tercapai. Difusi karbon dioksida terjadi karena PCO 2 di jaringan adalah 45 mm Hg sedangkan PCO 2 di kapiler sistemik adalah 40 mm Hg. Setelah oksigen dan pertukaran karbon dioksida selesai, kembali darah terdeoksigenasi ke jantung mana dipompa ke paru-paru sebagai respirasi terus.

Sekitar 98% dari oksigen yang diangkut oleh molekul hemoglobin dalam sel darah merah. Satu molekul hemoglobin mengandung empat kelompok hem dan satu protein globin. Sebuah kelompok heme adalah besi yang mengandung pigmen yang mampu mengikat satu molekul oksigen. Hanya 2% dari oksigen larut dalam plasma darah karena oksigen relatif tidak larut dalam air. Faktor yang paling penting yang menentukan kemampuan oksigen untuk mengikat hemoglobin adalah tekanan parsial oksigen dalam darah. Namun, oksigen yang terikat pada hemoglobin tidak berpengaruh pada pO2 darah, melainkan ditentukan oleh jumlah oksigen terlarut. Hemoglobin dapat mengikat oksigen terlarut dari darah dan menjaga tekanan parsial oksigen rendah. Namun, semakin tinggi pO2, afinitas hemoglobin yang lebih besar memiliki untuk oksigen. Ketika pO2 adalah 105 mm Hg, hemoglobin menjadi sepenuhnya jenuh. Ketika pO2 adalah 40 mm Hg, hemoglobin akan berisi sekitar 75% dari kapasitas totalnya oksigen. Molekul hemoglobin dikatakan 75% jenuh, yang berarti bahwa tiga dari empat kelompok heme akan memiliki molekul oksigen terikat. Oleh karena itu, dalam kondisi istirahat, jaringan hanya memanfaatkan 25% dari oksigen yang tersedia dari hemoglobin.

Faktor-faktor lain yang mempengaruhi kemampuan oksigen untuk mengikat hemoglobin termasuk keasaman, tekanan parsial karbon dioksida, suhu, dan 2,3-biphosphoglycerate (BPG). Dalam lingkungan asam, oksigen memiliki kemampuan menurun untuk mengikat hemoglobin, ini disebut efek Bohr. Karbon dioksida dapat memindahkan oksigen dari

hemoglobin, sehingga sebagai PCO 2 meningkat, hemoglobin memiliki afinitas menurun untuk oksigen. Selain itu, PCO 2 tinggi dapat meningkatkan keasaman darah akibat dari konversi karbon dioksida menjadi asam karbonat dalam darah. Peningkatan temperatur juga dapat meningkatkan pelepasan oksigen dari hemoglobin. BPG adalah hasil dari glikolisis ditemukan dalam sel-sel darah merah yang menurunkan kemampuan hemoglobin untuk mengikat oksigen

5555

LEARNING OBJECTIVE

1. Mengetahui Mekanisme Pertukaran O2 dan CO2 di Pulmo dan Jaringan.

2. Mengetahui Frekuensi Nafas Vertebrata dan Alat Pengukurnya

3. Mengetahui Mekanisme Inspirasi dan Ekspirasi PadaVertebrata

4. Megetahui Pengaruh Perbedaan Tekanan Udara Terhadap Respirasi

PEMBAHASAN

Pertukaran O2 dan CO2 di Pulmo dan Jaringan

Proses fisiologis respirasi di mana oksigen dipindahkan dari udara ke dalam

jaringan-jaringan, dan karbon dioksida dikeluarkan ke udara ekspirasi dapat dibagi

menjadi tiga stadium.

1. Stadium ventilasi, yaitu masuknya campuran gas-gas ke dalam dan ke luar

pulmo.

2. Stadium transportasi, yang terdiri dari beberapa aspek : difusi gas-gas antara

alveolus dan kapiler pulmo (respirasi eksterna) dan antara darah sistemik dan sel - sel

jaringan distribusi darah dalam sirkulasi pulmoner dan penyesuaiann dengan distribusi

udara dalam alveolus-alveolus reaksi kimia dan fisik dari oksigen dan karbon dioksida

dengan darah.

3. Respirasi sel atau respirasi interna merupakan stadium akhir dari respirasi.

Selama respirasi ini metabolit dioksidasi untuk mendapatkan energi, dan karbon dioksida

terbentuk sebagai sampah proses metabolisme sel dan dikeluarkan oleh pulmo.

Udara bergerak masuk dan keluar dari pulmo karena selisih tekanan yang terdapat

antara atmosfer dan alveolus oleh kerja mekanik otot-otot. Dinding thorax berfungsi

sebagai hembusan. Selama inspirasi, volume thorax bertambah besar karena diafragma

turun dan iga terangkat akibat kontraksi beberapa otot.

M. sternokleidomastoideus mengangkat sternum ke atas dan m. serratus, m.

scalenus, serta m. intercostalis externus berperan mengangkat iga. Thorax membesar

dalam tiga arah : anteroposterior, lateral, dan vertikal. Peningkatan volume ini

menyebabkan penurunan tekanan intrapleura, dari sekitar -4 mmHg (relatif terhadap

tekanan atmosfer) menjadi sekitar -8 mmHg bila pulmo mengembang pada waktu

inspirasi. Pada saat yang sama tekanan intrapulmonal atau tekanan saluran udara

menurun sampai sekitar -2 mm Hg (relatif terhadap tekanan atmosfer) dari 0 mm Hg pada

waktu mulai inspirasi. Selisih tekanan antara saluran udara dan atmosfer menyebabkan

udara mengalir ke dalam pulmo sampai tekanan saluran udara pada akhir inspirasi sama

lagi dengan tekanan atmosfer (760 mmHg).

Volume udara respirasi adalah sekitar 6 L yaitu 500 mL dikalikan sekitar 12

frekuensi napas per menit. Ventilasi alveolar adalah udara yang masuk ke dalam alveoli

per menit (tidak termasuk ruang mati anatomi) yaitu jumlah frekuensi napas per menit

dikalikan volume total per menit yang sudah dikurangi volume ruang mati fisiologi.

Selama pernapasan tenang, ekspirasi merupakan gerakan pasif akibat elastisitas dinding

dada dan pulmo. Pada waktu m. intercostalis externus relaksasi, dinding dada turun dan

lengkung diafragma naik ke atas ke dalam rongga thorax, menyebabkan volume thorax

berkurang, m. interkostalis internus dapat menekan iga ke bawah dan ke dalam dengan

kuat pada waktu ekspirasi kuat dan aktif, batuk, muntah, atau defekasi. Selain itu otot-

otot abdomen mungkin berkontraksi sehingga tekanan intra abdominal membesar dan

menekan diafragma ke atas. Pengurangan volume thorax ini meningkatkan tekanan

intrapleura maupun tekanan intrapulmonal. Tekanan intrapulmonal sekarang meningkat

sampai sekitar I sampai 2 mmHg di atas tekanan atmosfer. Selisih tekanan antara saluran

udara dan atmosfer sekarang terbalik sehingga udara mengalir ke luar dari pulmo sampai

tekanan saluran udara dan tekanan atmosfer sama kembali pada akhir ekspirasi.

Perhatikan bahwa tekanan intrapleura selalu di bawah tekanan atmosfer selama siklus

respirasi. Perubahan pada ventilasi dapat diperkirakan dengan tes fungsional pulmo.

DIFUSI

Proses difusi gas-gas melintasi membran antara alveolus-kapiler yang tipis

(tebalnya kurang dari 0.5 um). Kekuatan pendorong untuk pemindahan ini adalah selisih

tekanan parsial antara darah dan fase gas. Tekanan parsial oksigen dalam atmosfer pada

permukaan laut besarnya sekitar 149 mmHg (21 persen dari 760 mmHg). Pada waktu

oksigen diinspirasi dan sampai pada alveolus maka tekanan parsial ini mengalami

penurunan sampai sekitar 103 mm Hg. Penurunan tekanan parsial ini diperkirakan atas

dasar fakta bahwa udara inspirasi tercampur dengan udara dalam ruang rugi anatomis

saluran udara, dan dengan uap air. Ruang rugi anatomis ini dalam keadaan normal

mempunyai volume sekitar 1 ml udara per pound berat badan (150 ml/150 lb pria).

Hanya udara bersih yang sampai ke alveolus yang merupakan ventilasi efektif. Tekanan

parsial oksigen dalam darah vena campuran (PV O2) dalam kapiler pulmo besarnya

sekitar 40 mm Hg. Karena tekanan parsial oksigen dalam kapiler lebih rendah daripada

tekanan dalam alveolus (Pal O2 = 103 mm Hg), maka oksigen dapat dengan mudah

berdifusi ke dalam aliran darah. Selisih tekanan CO2 antara darah dan alveolus yang jauh

lebih rendah (6 mmHg) menyebabkan karbon dioksida berdifusi ke dalam alveolus.

Karbon dioksida ini kemudian dikeluarkan ke atmosfer, di mana konsentrasinya pada

hakekatnya nol. Selisih CO2 antara darah dan alveolus memang kecil sekali tapi cukup

karena dapat berdifusi kira-kira 20 kali lebih cepat dibandingkan dengan oksigen,

melintasi membran alveolus-kapiler karena daya larutnya yang lebih besar.

TRANSPOR OKSIGEN DALAM DARAH

Oksigen dapat ditranspor dari pulmo ke jaringan melalui dua jalan :

(a) secara fisik larut dalam plasma.

(b) secara kimia berikatan dengan hemoglobin sebagai oksihemoglobin (HbO2),

ikatan kimia oksigen dan hemoglobin ini bersifat reversibel.

TRANSPORT KARBON DIOKSIDA DALAM DARAH

Transport CO2 dari jaringan kepulmo melalui tiga cara berikut:

(a) Secara fisik larut dalam plasma (10 %).

(b) Berikatan dengan gugus amino pada Hb dalam sel darah merah (20%).

(c) Ditransport sebagai bikarbonat plasma (70%).

Karbon dioksida berikatan dengan air dengan reaksi seperti dibawah ini:

CO2 + H2O = H2CO3 = H+ + HCO3-

Reaksi ini reversibel dan dikenal dengan nama persamaan dapa asam bikarbonat-

asam karbonik. Hiperventilasi adalah ventilasi alveolus dalam keadaan kebutuhan

metabolisme berlebihan alkalosis sebagai akibat eksresi CO2 berlebihan ke pulmo.

Hipoventilasi adalah ventilasi alveoli yang tak dapat memenuhi kebutuhan metabolisme,

sebagai akibat dari retensi CO2 oleh pulmo.

PENGATURAN RESPIRASI

Pusat pengontrolan respirasi berada di medulla oblongata dan pons medulla. Secara garis

besar pulmo memiliki fungsi sebagai berikut:

(a) Adanya permukaan gas-gas yaitu mengalirkan oksigen dari udara atmosfer kedarah

vena dan mengeluarkan gas karbondioksida dari alveoli keudara atmosfer.

(b) Menyaring bahan beracun dari sirkulasi.

(c) Reservoir darah.

(d) Sebagai tempat pertukaran gas-gas

Pernapasan luar adalah pertukaran udara yang terjadi antara udara dalam alveolus

dengan darah dalam kapiler, sedangkan pernapasan dalam adalah pernapasan yang terjadi

antara darah dalam kapiler dengan sel-sel tubuh.

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.

Sehubungan dengan organ yang terlibat dalam pemasukkan udara (inspirasi) dan

pengeluaran udara (ekspirasi) maka mekanisme pernapasan dibedakan atas dua macam,

yaitu pernapasan dada dan pernapasan perut. Pernapasan dada dan perut terjadi secara

bersamaan.

a. Pernapasan Dada

Pernapasan dada adalah pernapasan yang melibatkan otot antartulang rusuk. Mekanismenya dapat dibedakan sebagai berikut.

1.

Fase inspirasi. Fase ini berupa berkontraksinya otot antartulang rusuk sehingga rongga dada membesar, akibatnya tekanan dalam rongga dada menjadi lebih kecil daripada tekanan di luar sehingga udara luar yang kaya oksigen masuk.

2.

Fase ekspirasi. Fase ini merupakan fase relaksasi atau kembalinya otot antara tulang rusuk ke posisi semula yang dikuti oleh turunnya tulang rusuk sehingga rongga dada menjadi kecil. Sebagai akibatnya, tekanan di dalam rongga dada menjadi lebih besar daripada tekanan luar, sehingga udara dalam rongga dada yang kaya karbon dioksida keluar.

b. Pernapasan Perut

Pernapasan perut merupakan pernapasan yang mekanismenya melibatkan aktifitas otot-otot diafragma yang membatasi rongga perut dan rongga dada.

Mekanisme pernapasan perut dapat dibedakan menjadi dua tahap yakni sebagai berikut.

1.

Fase Inspirasi. Pada fase ini otot diafragma berkontraksi sehingga diafragma mendatar, akibatnya rongga dada membesar dan tekanan menjadi kecil sehingga udara luar masuk.

2.

Fase Ekspirasi. Fase ekspirasi merupakan fase berelaksasinya otot diafragma (kembali ke posisi semula, mengembang) sehingga rongga dada mengecil dan tekanan menjadi lebih besar, akibatnya udara keluar dari paru-paru.

Frekuensi Nafas Vertebrata dan Alat Pengukuanya

Alat pengukur frekuensi nafas adalah : pneumograph

Frekuensi nafas beberapa mamalia per menit :

Sapi : 20 X

Sapi perah : 30 X

Domba : 19 X

Babi : 12 X

kucing : 26 X

Kuda : 12 X

Unggas : 23 X

Mekanisme Inspirasi dan Ekspirasi PadaVertebrata

Ikan (pisces)

Alat pernafasan berupa insang (branchia). Tiap lembaran insang terdiri dari

sepasang filamen yang banyak mengandung lamela (lapisan tipis). Pada filamen terdapat

pembuluh darah yang mengandung kapiler sehingga memungkinkan terjadinya

pertukaran gas O2 dan CO2.

Inspirasi : O2 dari air masuk ke dalam insang yang kemudian diikat oleh kapiler darah

untuk dibawa ke jaringan tubuh.

Ekspirasi : CO2 dari jaringan bersama darah menuju ke insang dan selanjutnya

dikeluarkan dari tubuh.

Ikan yang hidup di tempat berlumpur mempunyai labirin yang merupakan

perluasan insang berbentuk lipatan berongga tidak teratur. Labirin berfungsi untuk

menyimpan cadangan oksigen sehingga ikan tahan pada kondisi kekurangan oksigen.

Misal pada ikan lele dan ikan gabus.

 Katak (amphibia)

Alat pernafasan berupa selaput rongga mulut, kulit dan paru-paru. Alat pernafasan

ini mempunyai lapisan tipis dan basah yang berdekatan dengan pembuluh darah sehingga

oksigen dapat berdifusi .

Selaput rongga mulut : bila faring rongga mulut bergerak, lubang hidung terbuka dan

glotis tertutup sehingga udara masuk rongga mulut melalui selaput rongga mulut yang

tipis.

Kulit : oksigen masuk kulit melewati vena kulit (vena kutanea) kemudian ke jantun gdan

selanjutnya diedarkan ke seluruh tubuh. CO2 dari jaringan dibawa ke jantung dan

selanjutnya ke kulit dan paru-paru melalui arteri kulit paru-paru (arteri pulmo kutenea).

Paru-paru : terdapat sepasang paru-paru berbentuk gelembung tempat bermuara kapiler

darah. Katak tidak memiliki tulang rusuk dan diafragma, sehingga mekanisme pernafasan

diatur oleh otot rahang bawah dan otot perut. Katak inspirasi ekspirasi berlangsung pada

saat mulut tertutup. 

 Reptilia

Paru-paru reptilia berada dalam rongga dada dan dilindungi oleh tulang rusuk. Paru-paru

reptilia lebih sederhana, hanya dengan beberapa lipatan dinding yang berfungsi

memperbesar permukaan pertukaran gas. Pada reptilia pertukaran gas tidak efektif.

Pada kadal, kura-kura, dan buaya paru-paru lebih kompleks, dengan beberapa

belahanbelahan yang membuat paru-parunya bertekstur seperti spon. Paru-paru pada

beberapa jenis kadal misalnya bunglon Afrika mempunyai pundi-pundi hawa cadangan

yang memungkinkan hewan tersebut melayang di udara.

Burung (aves)

Bernafas dengan paru-paru yang berhubungan dengan kantong udara (sakus 

pneumatikus) yang menyebar sampai ke leher, perut dan sayap.

Fungsi kantong udara  :

- membantu pernafasan terutama saat terbang

- menyimpan cadangan udara (oksigen)

- memperbesar atau memperkecil berat jenis pada saat burung berenang

- mencegah hilangnya panas tubuh yang terlalu banyak

Inspirasi : udara kaya oksigen masuk ke paru-paru. Otot antara tulang rusuk

(interkosta) berkontraksi sehingga tulang rusuk bergerak ke luar dan tulang dada

membesar. Akibatnya teklanan udara dada menjadi kecil sehingga udara luar yang kaya

oksigen akan masuk. Udara yang masuk sebagian kecil menuju ke paru-paru dan

sebagian besar menuju ke kantong udara sebagai cadangan udara.

Ekspirasi : otot interkosta relaksasi sehingga tulang rusuk dan tulang dada ke

posisi semula. Akibatnya rongga dada mengecil dan tekanannya menjadi lebih besar dari

pada tekanan udara luar. Ini menyebabkan udara dari paru-paru yang kaya

karbondioksida ke luar.

 Pernafasan burung saat terbang :

Saat terbang pergerakan aktif dari rongga dada tidak dapat dilakukan karena

tulang dada dan tulang rusuk merupakan pangkal perlekatan otot yang berfungsi untuk

terbang. Saat mengepakan sayap (sayap diangkat ke atas), kantong udara di antara tulang

korakoid terjepit sehingga udara kaya oksigen pada bagian itu masuk ke paru-paru.

   Reaksi pernafasan :

 C6H12O6  +  6O2    à    6CO2  +  6H2O  +  energi (38 ATP)

Pengaruh Perbedaan Tekanan Udara Terhadap Respirasi

Tekanan sangat berpengaruh pada respirasi. Tekanan didalam paru-paru lebih kecil

daripada tekanan dari luar, maka udaara akan masuk dari tekanan tinggi ki tekanan

yang rendah. Sebaliknya jika tekanan didalam paru-paru lebih tinggi daripada tekanan

dari luar, maka akan terjadi ekspirasi karena tekanan udara luar lebih rendah.

Semakin tinggi suhu disuatu tempat, maka akan membutuhkan oksigen semakin

banyak sehingga mempercepat proses respirasi. Karena di suhu yang dingin terdapat

sedikit udara.

Semakin tinggi suatu tempat, maka semakin sedikit oksigen di tempat itu. Maka untuk

mendapatkan oksigen secara maksimal, paru akan melakukan kerja respirasi menjadi

cepat. Karena tekanan tempat tersebut sangat rendah.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.2009.http://okhealth.blogspot.com/2008/03/sistema-respiratorius.html.diakses

tanggal:17 Februari 2009

Anonim.2009. :// . . / / 12/ / - http ftp ui edu bebas v sponsor Sponsor diakses

:17 2009.tanggal Februari

/ / /0076%20 %202-8 .Pendamping Praweda Biologi Bio c htm . diakses

tanggal:17 Februari 2009

Anonim.2009http://tedbio.multiply.com/journal/item/7. diakses tanggal:17

Februari 2009

Rod R. Seeley, Trent D. Stephens, Philip Tate. Anatomy & Physiology. Mc

Graw-Hill : 2003

Anonim.2009..http://iwansain.wordpress.com/2007/07/25/anfis-saluran-

pernafasan/. diakses tanggal:17 Februari 2009.

Anonim.2009.http://medicastore.com/med/detail_pyk.php?

idktg=2&judul=Kanker

%20Paru&iddtl=6&UID=20080106102218222.124.92.161. diakses tanggal:17

Februari 2009.

Anonim.2009.http://209.85.175.132/search?

q=cache:J8SUbH12Jj4J:trimendes.com/index2.php%3Foption%3Dcom_content

%26do_pdf%3D1%26id

%3D120+mekanisme+inspirasi&hl=id&ct=clnk&cd=19&gl=id&client=firefox-a.

diakses tanggal:17 Februari 2009.

Cunningham, J.G.2001. Textbook of Veterinary Physiology. W.B. Saunders

Company, Philadelphia, London, Toronto, Montreal, Sydney, Tokyo

Frandson, R.D., 1994, Anatomy and Physiology of Farm Animals. Lea and

Febiger,Philadelphia

Fujaya, Yushinta. 2004. Fisiologi Ikan. Jakarta: Rineka Cipta

Vira.2008.http://ilmupedia.com/content/view/74/lang,id/.diakses tanggal : 17

februari 2009.

Attachment: eni_ii.jpgTags: mekanisme pernafasan, tekanan udaraPrev: ConGRaTuLatiOn , , i haTe YoUNext: ennyfreak.multiply.com