Anatomi dan Fisiologi Sistem PernafasanHardianBagian Fisiologi FK UNDIP

Sistem respirasi

Upper respiratory tract

Sistem respirasiFigure 22.1

Sistem respirasiFigure 22.1Tersusun atas:zona respirasi (paru) zona konduksi (saluran nafas)

Sistem pernafasanZona respirasiTempat terjadinya pertukaran gasTersusun atas bronkiolus, duktus alveolaris dan alveolus

Respiratory SystemZona konduksiSaluran yang kaku agar udara dapat mencapai tempat pertukaran gasMeliputi hidung, rongga hidung, faring, laring, trakea dan bronkus

Respiratory SystemOtot-otot pernafasan: Otot inspirasi utama : diafragmaOtot inspirasi tambahan:m. Sternocleido mastoideusm. Scalenusm. Intercostalis externusOtot ekspirasi: m. Intercotaslis internusm. abdomen

Respiratory System

Jalan nafas s/d alveolus

Alveolus s/d sel darah merah

Sirkulasi pumonal

Skema sirkulasi pulmonal

Sirkulasi fetal

Tekanan pada pembuluh darah paru

Hipertensi pulmonal

Hipertensi pulmonal

Hipertensi pulmonal

Edema pulmo

Gabungan aktivitas berbagai mekanisme yg berperanan dalam proses suplai Oksigen keseluruh sel tubuh (dan pembuangan Karbondioksida)

ProsesVentilasi paru (pulmonal)Difusi O2 & CO2 di paru Respirasi eksternalTranspor O2 & CO2 di darahDifusi O2 & CO2 di sel Respirasi internalRegulasi Pernafasan

Definisi Respirasi

Fungsi utama sistem respirasiMenyediakan oksigen untuk tubuh dan membuang karbondioksidaRespirasi proses pernafasan 4 prosesVentilasi pulmonal pergerakan udara keluar dan masukRespirasi eksterna pertukaran gas antara paru dengan darahTransportasi transport oksigen dan karbondioksida antara paru dan jaringan Respirasi interna pertukaran gas antara pembuluh kapiler dengan jaringan

BernafasBernafas / ventilasi paru 2 fase:Inspirasi udara masuk ke dalam paruEkspirasi udara keluar dari paruInspirasiEkspirasi

1234

Tekanan udara dalam rongga thoraxTekanan atmosfir (Patm) tekanan disekitar tubuhTekanan respirasi negatif : Patm Tekanan respirasi positif: > PatmTekanan intrapulmonal: tekanan dalam alveolusTekanan intrapleura / transpulmonal: tekanan dalam rongga pleura

Tekanan dalam paru dan rongga thoraxFigure 22.12

BernafasTekanan intrapulmonal negatif InspirasiTekanan intrapulmonal positif Ekspirasi

PneumothoraksWater sealed drainage

Heimlich maneuver

Ventilasi pulmonalProses mekanik yang tergantung pada perubahan volume rongga toraksPerubahan volume menyebabkan perubahan tekanan sehingga terjadi pergerakan udara untuk menyeimbangkan tekananInspirasi: Aktif menggunakan otot untuk mengembangkan rongga toraks menambah volumeEkspirasi: Pasif (normal) tidak membutuhkan otot-otot pernafasan (kecuali terjadi sumbatan jalan nafas)

Mekanika VentilasiCara Kembang kempisnya paru :Gerakan turun /naik dari diaphragmaElevasi iga : - m. intercostalis eksterna - m. sternocleidomastoideus - m. seratus anterior - m. scalenusDepresi iga : - m. rectus abominalis - m. intercostalis internus

Diafragma: otot inspirasi utama

Otot intercostal: m. Intercostalis eksternusm. Intercostal externusm. Intercostal internus

InspirationFigure 22.13.1

ExpirationFigure 22.13.2

DiameterVertical (cc)DiameterHorizontal (AP/Lat)VolumethoraxVolumeIntra pulmonal Desakan Intra Pulmonal INSPIRASI

Resistensi jalan nafasResistensi jalan nafas sumbatan jalan nafas kerja penafasan meningkatTerjadi saat asthma penyempitan bronkhus & timbunan lendirEpinephrine melebarkan bronkhus mengurangi resistensi pernafasan

Tegangan permukaan alveolusTegangan permukaan antara molekul-molekul air (cairan) satu sama lainMolekul cairan yang melapisi alveolus RECOIL alveolus selalu berusaha memperkecil ukurannya sekecil mungkinSURFAKTAN molekul seperti deterjen mengurangi tegangan permukaan menghindarkan alveolus kolapsSurfactan dihasilkan oleh sel tipe IIFungsi lain: sistem imun lokal paru

surfactant concentrationsurface areasurface tensionExpirationInspirationsurfactant molecule alveolar surface area

Cairan PermukaanAlveolusTegangan PermukaanAlveolusRECOIL / KOLAPSDayatarikantarmolekulSurfactan (Fosfolipid)(+)(-)Penyakit Membran Hyalin (Respiratory Distress Syndrome)Surfaktan (-)(+)(+)

Respiratory distress syndrome / hyaline membrane diseaseKesulitan bernafas pada bayi baru lahir akibat kekurangan surfaktan

Komplians paru

Expansibility / distensibility Daya mengembang / kompliansi

Paru dan thorax merupakan struktur viskoelastis

Faktor:Paru: serabut elastis, surfactan Thorax: otot, tendo, jaringan ikat

Komplians paruParu mudah mengembang balon yang mudah ditiupDipengaruhi 2 faktorDistensibilitas (kemudahan mengembang) jaringan paru dan rongga thoraksTegangan permukaan alveolus

Faktor yang menurunkan komplians paruJaringan parut / fibrosis pada paruSumbatan saluran nafas kecil oleh lendir atau cairanPenurunan produksi surfaktanPenurunan fleksibilitas dinding thoraks atau penurunan kemampuan untuk mengembangContoh: Deformitas dinding dadaPenulangan tulang rawan costaKelumpuhan otot-otot intercostal

Membran respirasi:Tebal 0.5 to 1 m. Luas 60 m2 (40X luas kulit) pertukaran gas secara efisien.Tersusun atas: epitel alveolus, membran basal dan endotel pembuluh darahRadang paru (pneumonia), edema paru membran respirasi menebalKerusakan jaringan paru (emphysema, TBC) luas membran respirasi berikurangPenebalan atau penuruan luas membran respirasi gangguan respirasi eksterna

Membran respirasi

Respiratory MembraneFigure 22.9.c, d

SPIROMETERwaternose clip

Pulmonary Function TestsSpirometer alat untuk mengukur volume pernafasan mengetahui fungsi paruSpirometri dapat membedakan kelainan paru: Obstruktif peningkatan resistensi jalan nafasRestriktif penurunan kapasitas paru secara anatomik ataupun fungsional

FRC - functional residual capacityinspiration activeexpiration passiveexpiration activeinspiration passive lungvolumetime

Respiratory VolumesTidal volume (TV) volume udara yang keluar- masuk kedalam paru dengan pernafasan biasa ( 500 ml)Inspiratory reserve volume (IRV) Volume udara yang diinspirasi setelah inspirasi biasa (21003200 ml)Expiratory reserve volume (ERV) Volume udara yang dapat dikeluarkan dari paru setelah ekspirasi biasa (10001200 ml)Residual volume (RV) udara yang tersisa dalam paru setelah ekpirasi maksimal (1200 ml)

Respiratory CapacitiesInspiratory capacity (IC) volume udara yang masuk paru setelah inspirasi maksimal (IRV + TV)Functional residual capacity (FRC) Volume udara yang tersisa dalam paru setelah ekspirasi biasa (RV + ERV)Vital capacity (VC) Jumlah udara yang keluar masuk kedalam paru setelah inspirasi dan ekspirasi maksimal (TV + IRV + ERV)Total lung capacity (TLC) Jumlah seluruh volume paru ( 6000 ml)

Dead SpaceAnatomical dead space volume yang ada pada saluran nafas yang tidak ikut pertukaran gas saat ventilasi (150 ml)Alveolar dead space volume udara yang tersisa dalam alveolus karena alveolus kolaps atau tersumbatTotal dead space jumlah dari alveolar and anatomical dead spaces

Peningkatan dead space: Bronkiektasi

Pergerakan udara non respirasiSebagian besar terjadi secara reflektorisMisalnya: batuk, bersin, menangis, tertawa, bersendawa dan menguap

Udara atmosfer banyak oksigen dan nitrogenUdara alveolus banyak karbondioksida dan uap airPerbedaan ini menyebabkanPertukaran gas di paru O2 berdifusi dari alveolus ke darah dan CO2 berdifusi dari darah ke alveolusPelembaban udara waktu melewati saluran pernafasanTerjadi percampuran gas alveolus setiap kali bernafasKomposisi gas alveolus

Faktor2 yang mempengaruhi pergerakan O2 dan CO2 melewati membran respirasi: Tekanan parsial gas dan kelarutan gasKesesuaian antara ventilasi alveolus dengan perfusi darah paruStrktur membran respirasiRespirasi eksterna: Pertukaran gas di paru

Kecepatan / derajat difusi

Dipengaruhi oleh: Beda tekanan gasKelarutan gas dalam cairanArea difusiJarak difusiBM gasTemperatur

Tekanan parsial O2 (PO2) di vena=40 mmHg, di arteri 100 mmHg, di alveolus=104 mmHgDalam 0,25 detik sudah terjadi kesimbangan PO2 di alveolus dengan arteriTekanan parsial CO2 lebih rendah, namun:CO2 20X lebih mudah larut dibanding O2Berdisfusi dengan jumlah yang sama dengan O2It diffuses in equal amounts with oxygen

Partial Pressure Gradients and Gas Solubilities

Perbedaan tekanan parsialFigure 22.17

Faktor2 yang berpengaruh terhadap pertukaran gas antara kapiler dengan jaringanTekanan parsial dan gradien difusi adalah terbalik dengan paruPO2 jaringan lebih rendah dibanding PCO2PO2 vena 40 mmHg, PCO2 45 mmHgRespirasi interna

Molekul O2 dibawa oleh darahTerikat pada Hb dalam eritrositHbO2 (97%)Terlarut dalam plasma dan eritrosit (3%)Transport oksigen

Hb + O2 HbO2 (1 mol Hb 4 mol O2)HbO2 ikatan longgar reversibel

PO2 tinggi Hb + O2 HbO2 (paru)PO2 rendah HbO2 Hb + O2 (jaringan)

Ikatan HbO2 pada keadaan:H+ (pH ), CO2, Temp, DPG Ikatan HbO2 pada keadaan:H+ (pH ) CO2 , Temp , DPG

Transport O2 oleh Hb

Kurva Disosiasi Hb-O2Figure 22.20Jumlah %Hb yang mengikat O2 = Saturasi % Hb waktu meninggalkan paru: PO2 100 mmHg: saturasi Hb 97%Saturasi Hb waktu meninggalkan jarPO2 100 % mmHg: saturasi Hb = 70%

Figure 22.21Fakto2 yang berpengaruh terhadap saturasi O2

CO2 diangkut darah dalam 3 bentukLarut dalam plasma 7 to 10% Terikat dengan Hb 20% carbaminohemoglobinIon bikarbonat (HCO3) 70%Transport karbondioksida

CO2 berdifusi secara cepat kedalam eritrosit dan berikatan dengan molekul air menjadi asam karbonat d (H2CO3berdisosiasi menjadi ion hidrogen dan bikarbonat

Dalam eritrosit perubahan CO2 dan air menjadi asam karbonat dikatalisis oleh enzim karbonik anhidrase (5000 X lebih cepat)Transport dan pertukakaran gas CO2

CO2+H2OH2CO3H++HCO3Carbon dioxideWaterCarbonic acidHydrogen ionBicarbonate ion

Transport and Exchange of Carbon DioxideFigure 22.22a

Dijaringan: Bikarbonat berdifusi secara cepat dari eritrosit ke plasma. Perpindahan klorida untuk mengganti ion bikarbonat yang keluar Cl pindah dari plasma ke eritositDi paru:Ion bikarbonat masuk kedalam eritrosit untuk berikatan dengan ion hi drogen membentuk asam karbonat Asam karbonat dipecah oleh enzim karbonik anhidrase menjadi CO2 dan airCO2 berdifusi dari darah ke alveolusTransport dan pertukaran gas CO2

At the lungs, these processes are reversedBicarbonate ions move into the RBCs and bind with hydrogen ions to form carbonic acidCarbonic acid is then split by carbonic anhydrase to release carbon dioxide and waterCarbon dioxide then diffuses from the blood into the alveoliTransport and Exchange of Carbon Dioxide

Transport and Exchange of Carbon DioxideFigure 22.22b

Semakin rendah PO2 dan saturasi oksigen di hemoglobin maka semakin banyak karbondioksida yang bisa diangkut oleh darahEfek Haldan

At the tissues, as more carbon dioxide enters the blood:More oxygen dissociates from hemoglobin (Bohr effect)More carbon dioxide combines with hemoglobin, and more bicarbonate ions are formedThis situation is reversed in pulmonary circulationHaldane Effect

Efek HaldaneFigure 22.23

Buffer asam karbonat dan bikarbonatJika ion H + maka kelebihan ion H + akan dibuang dengan cara dikombinasi dengan HCO3 Jika ion H + maka asam karbobat akan berdisosiasi membentuk ion H +Pengaruh CO2 terhadap pH darah

CO (CARBON MONOKSIDA)CO + Hb HbCO (Karboksi Hb)CO + HbO2 HbCO + O2 O2 terusirCO + HbCO2 HbCO.CO2 trans CO2 Tak tergangguKeracunan CO : Hipoksia, tidak hiperkapniaTherapi: O2 Hiperbarik

DISPNEA (Air hunger, pernafasan bertenaga)

Kadar gas respirasi abnormalKerja penafasan Neurogenic/emotional Gangguan kapasitas ventilasiSIANOSIS (warna biru tampak pada permukaan tubuh) jumlah deoksi-Hb mencapai 5 gram %

Summary of gas transport

Kontrol respirasi: Area respirasi batang otak

Dorsal respiratory group (DRG), pusat inspirasiPengaturan kecepatan pernafasan (12-15 nafas/menit)Mengaktifkan diafragma +/- otot inspirasi tambahanTidak aktif selama ekspirasiVentral respiratory group (VRGinspiration and expiration secara aktifKontrol sistem respirasi: Medullary Respiratory Centers

Pons :Mengatur medullary center (pusat inspirasi ekspirasi)Peralihan yang halus antara inspirasi-ekspirasiPontine respiratory group (PRG) menghambat pusat inspirasiPons Respiratory Centers

Figure 22.24Kontrol respirasi: Medullary Respiratory Centers dan kemoreseptor perifer

Medullary Respiratory CentersFigure 22.25

Pulmonary irritant reflexes senyawa2 yang iritan menyebabkan penyempitan saluran nafas secara refleksReflex (Hering-Breuer) Refleks akibat rangsangan pada reseptor regang pada dinding toraks saat inspirasi maksimalSelama inspirasi dikirim berita ke medullary inspiration center untuk menghambat inspirasi dan merangsang ekspirasiPengaturan respirasi

Hipotalamus melalui sistem limbik dapat mengatur kecepatan dan kedalaman bernafasMisal nafas terengah2 saat marahPeningkatan suhu tubuh menyebabkan frekuensi pernafasan naikPengaturan oleh korteks otak (pusat motorik) membypass medullary controlsMisal: menahan nafas, menarik nafas panjangPengaturan otak pada respirasi

Efek peningkatan CO2 darahFigure 22.26

Aklimatisasi adaptasi respirasi dan darah di ketinggianVentilasi meningkat 2-3 L/min > tinggi dari saat berada di permukaan lautKemoreseptor jadi lebih sensitif terhadap kadar CO2 darahPenurunan O2 darah merangsang kemoreseptor periferPengaruh di ketinggian

Pengaruh di ketinggian

***