FISIOLOGI MENYELAM DAN SCUBA

Bila manusia turun ke dalam laut, tekanan dari sekelilingnya akan meningkat dengan sangat hebat. Untuk menjaga agar paru tidak kolaps udara yang diberikan harus bertekanan sangat tinggi agar paru tetap mengembang. Hal ini menyebabkan darah di dalam paru juga terpajan dengan tekanan gas alveolus yang sangat tinggi, keadaan ini disebut hiperbarik. Efek penting lain dari kedalaman ialah adanya kompresi gas sehingga volumenya semakin mengecil.

Gambar tersebut memperlihatkan wadah berbentuk lonceng pada ketinggian permukaan laut yang berisi 1 liter udara. Pada kedalaman 33 kaki dibawah permukaan laut, tekanannya menjadi 2 atmosfer, dan volumenya mengecil menjadi hanya setengah liter dan pada tekanan 8 atmosfer (233 kaki), volumenya menjadi seperdelapan liter. Jadi, volume yang diberikan oleh sejumlah gas yang terkompresi berbanding terbalik dengan tekanannya. Prinsip fisika ini disebut Hukum Boyle.

Narkosis nitrogen pada tekanan nitrogen tinggiKira-kira empat perlima bagian udara terdiri dari nitrogen. Pada tekanan di permukaan laut, nitrogen tidak memeliki efek yang bermakna terhadap fungsi tubuh, tetapi pada tekanan yang tinggi dapat menimbulkan narkosis dengan derajat yang bervariasi. Narkosis oleh nitrogen mempunyai ciri-ciri yang mirip dengan keracunan alkohol, oleh sebab itu sering disebut sebagai “keriangan akibat kedalaman.” Mekanisme terjadinya narkosis diduga sama dengan narkosis yang ditimbulkan oleh kebanyakan gas anestesi lainnya. Mekanismenya ialah nitrogen larut dalam substansi lemak di membran saraf dan karena efek fisik nitrogen dalam merubah aliran ion yang melewati membran, akan menurunkan rangsangan saraf.

Keracunan pada oksigen tinggiBila PO2 darah meningkat di atas 100 mmHg, maka jumlah oksigen yang larut dalam cairan darah akan meningkat secara nyata. Gambar dibawah ini mirip dengan kurva disosiasi oksigen-hemoglobin, tetapi

dengan PO2 alveolus yang mencapai lebih dari 3000 mmHg. Pada kurva yang paling bawah, juga digambarkan volume oksigen yang larut dalam cairan darah pada berbagai tingkat PO2. Perhatikanlah bahwa dalam batas-batas PO2 alveolus yang normal (dibawah 120 mmHg), dari seluruh oksigen yang berada dalam darah hampir tidak ada yang berupa oksigen terlarut, tetapi dengan naiknya tekanan oksigen menjadi ribuan millimeter air raksa, sebagian besar dari keseluruhan oksigen kemudian larut di dalam cairan darah, selain yang berikatan dengan hemoglobin.

1

Mari kita umpamakan bahwa PO2 dalam paru adalah sekitar 3000 mm Hg (tekanan 4 atmosfer). Berdasarkan gambar, bahwa total kandungan oksigen setiap 100 ml darah adalah 29 volume persen, yaitu sesuai dengan titik A pada gambar-hal ini berarti bahwa 20 volume persen terikat pada hemoglobin dan 9 volume persen terlarut dalam cairan darah. Ketika darah melewati kapiler jaringan, jaringan normal akan mengambil 5 ml dari tiap 100 ml darah, sehingga kandungan oksigen sewaktu meninggalkan kapiler jaringan masih 24 volume persen (titik B pada gambar). Di titik ini, PO2 sekitar 1200 mmHg, yang berarti bahwa oksigen dihantarkan ke jaringan dengan tekanan yang sangat tinggi dibandingkan dengan tekanan normal yang hanya 40 mmHg. Jadi, ketika PO2 alveolus meningkat hingga melewati batas kritis, mekanisme dapar oksigen-hemoglobin tidak lagi dapat mempertahankan PO2

jaringan dalam batas-batas normal yang aman, yaitu antara 20 sampai 60 mmHg.

Keracunan oksigen akutKetika menghirup oksigen yang bertekanan sangat tinggi, dapat timbul PO2 jaringan yang sangat tinggi pula. Hal ini dapat merusak berbagai

jaringan tubuh. Kejang-kejang sering timbul tanpa didahului tanda-tanda peringatan, sehingga dapat mengakibatkan kematian pada penyelam di dalam laut. Gejala-gejala lain keracunan oksigen akut adalah rasa mual, kedutan pada otot-otot, pusing, gangguan penglihatan, mudah tersinggung, dan disorientasi. Gerakan-gerakan tubuh sangat meningkatkan kecenderungan terjadinya keracunan oksigen pada penyelam, gejala-gejala yang timbul jauh lebih dini dan lebih hebat dibanding orang yang berada dalam keadaan diam.

Keracunan oksigen kronikSetelah terpajan tekanan oksigen 1 atmosfer selama 12 jam, kemudian terjadi pembengkakan di saluran paru, edema paru, dan atelektasis akibat kerusakan pada lapisan bronki dan alveoli. Alasan mengapa efek ini terjadi dalam paru dan bukan di jaringan lain adalah bahwa ruang udara paru secara langsung terpajan oleh tekanan oksigen yang tinggi, smeentara penghantaran oksigen ke jaringan lain tetap dalam PO2 yang hampir normal karena adanya sistem dapar oksigen-hemoglobin.

Keracunan karbon dioksida Pada beberapa jenis alat selam misalnya helm selam dan beberapa alat selam yang udaranya dihirup ulang, karbon dioksida dapat tertimbun dalam ruang rugi alat dan dihirup kembali oleh penyelam. Penyelam biasanya masih dapat menoleransi PCO2 alveolus sampai sekitar 80 mmHg, yaitu dua kali keadaan normal, dengan cara meningkatkan volume respirasi semenitnya sampai maksimum, yaitu 8 sampai 11 kali lipat untuk mengompensasi peningkatan karbon dioksida. Bila PCO2 alveolus lebih dari 80 mmHg, keadaan tidak dapat diimbangi lagi dan pusat pernapasan pada akhirnya bukan terangsang tetapi malah tertekan karena efek negatif metabolik jaringan akibat PCO 2 yang tinggi. Kemudian penyelam mulai menjadi gagal bernapas dibandingkan melalukan kompensasi.

Dekompresi penyelam setelah terpajan tekanan tinggi yang berlebihanBila orang bernapas dalam lingkungan udara bertekanan tinggi dalam jangka waktu lama, jumlah nitrogen yang larut dalam cairan tubuhnya akan meningkat. Darah yang mengalir melalui kapiler paru akan jenuh dengan nitrogen pada tekanan yang sama dengan tekanan dalam alveolus yang terdapat dalam udara campuran pernapasan. Setelah beberapa jam, cukup banyak nitrogen yang diangkut ke jaringan di seluruh tubuh untuk meingkatkan PN 2 di jaringan juga untuk mengimbangi PN2 ketika menghirup udara.Karena nitrogen tidak dimetabolisme oleh tubuh, nitrogen akan tetap larut di seluruh jaringan tubuh sampai tekanan nitrogen dalam paru turun kembali hingga beberapa tingkat lebih rendah. Pada saat itulah nitrogen dapat dibuang

2

melalui pernapasan, tetapi pembuangan ini seringkali memerlukan waktu beberapa jam, dan hal ini merupakan sumber dari sekumpulan masalah yang disebut penyakit dekompresi.

Volume nitrogen yang larut dalam cairan tubuh di berbagai kedalamanPada ketinggian permukaan laut, hampir mendekati sebanyak 1 liter nitrogen larut dalam tubuh kita. Separuh kurang sedikit dari jumlah tersebut larue dalam cairan tubuh, dan sisanya berada dalam lemak tubuh. Komposisi seperti itu terdapat dalam tubuh kita karena nitrogen lima kali lebih larut dalam lemak disbanding dalam air. Setelah penyelam menjadi jenuh dengan nitrogen, volume nitrogen di permukaan laut yang larut dalam cairan tubuh pada berbagai kedalaman ialah:

Diperlukan beberapa jam agar tekanan gas nitrogen dalam jaringan tubuh menjadi hampir seimbang dengan tekanan gas nitrogen dalam alveolus. Bila orang tinggal di kedalaman hanya untuk beberap menit saja, tidak banyak nitrogen yang larut dalam cairan tubuh dan jaringan, sementara bila orang tersebut berdiam selama beberapa jam, cairan tubuh dan jaringan lemak akan jenuh dengan nitrogen.

Penyakit dekompresiBila seorang penyelam telah lama berada di dalam laut sehingga sejumlah besar nitrogen terlarut dalam tubuhnya, dan jika kemudian ia tiba-tiba naik ke permukaan laut, dapat timbul sejumlah gelembung nitrogen yang cukup signifikan dalam cairan tubuhnya baik di dalam maupun di luar sel, dan hal ini dapat menimbulkan kerusakan di hampir setiap tempat dalam tubuh, dari derajat ringan sampai berat bergantung pada jumlah dan ukuran gelembung yang terbentuk; hal ini disebut penyakit dekompresi.

Gejala penyakit dekompresi (“Bends”)Sebagian besar gejala penyakit dekompresi disebabkan oleh gelembung-gelembung gas yang menyumbat banyak pembuluh darah di berbagai jaringan. Mula-mula, hanya pembuluh darah paling kecil yang disumbat oleh gelebung-gelembung kecil, tetapi seiring dengan penyatuan gelembung-gelembung tersebut, pembuluh darah yang besar secara progresif akhirnya tersumbat juga. Akibatnya terjadi iskemia jaringan dan kadang-kadang bahkan kematian jaringan.

Pada kebanyakan orang dengan penyakit dekompresi, gejalanya adalah nyeri pada sendi dan otot-otot lengan dan tungkai, memengaruhi sekitar 85-90 persen yang terkena penyakit dekompresi. Pada 5-10 persen orang-orang dengan penyakit dekompresi, terjadi gejala sistemik syaraf, yang berkisar dari rasa pusing pada sekitar 5% pasien sampai paralisis atau kolaps dan kehilangan kesadaran pada 3% pasien. Paralisis bersifat sementara, teteapi pada beberapa kasus, kerusakan ini bersifat menetap.Akhirnya, sekitar 2% pasien dengan penyakit dekompresi mengalami rasa tercekik yang disebabkan oleh gelembung-gelembung kecil massif yang menyumbat kapiler paru, hal ini ditandai dengan napas pendek-pendek yang berat, seringkali diikuti dengan edema paru yang berat dan kadang-kadang kematian.

Penyelaman dengan Scuba (self-contained underwater breathing apparatus)

3

Pada tahun 1943, Jacques Cousteau mempopulerkan self-contained underwater breathing apparatus, yang dikenal sebagai alat SCUBA. Jenis alat scuba yang digunakan pada kira-kira lebih dari 99 persen olahraga selam dan penyelaman komersial adalah sistem sirkuit terbuka. Sistem ini terdiri dari komponen-komponen berikut:

1. Terdapat satu atau lebih tangki berisi udara bertekanan atau udara campuran lainnya

2. Katup “pengurang” tahap pertama untuk mengurangi tekanan yang sangat tinggi dari tangki agar udara mengalir dengan tekanan rendah

3. Kombinasi katup inspirasi yang berdasarkan “kebutuhan” dan katup ekspirasi yang secara keseluruhan memungkinkan udara masuk ke dalam paru dengan tekanan sedikit negatif\ dan kemudian diekspirasikan ke dalam laut dengan tekanan sedikit positif ke tekanan air sekitar

4. Sebuah masker dan susunan pipa yang “ruang ruginya” kecilSistem yang berdasarkan kebutuhan ini bekerja sebagai berikut: katup pengurang tekanan tahap pertama mengurangi tekanan udara yang berasal dari tangki, karena itu udara yang mengalir ke masker memiliki tekanan yang hanya beberapa mmHg sedikit lebih besar daripada tekanan air di sekitarnya. Udara campuran untuk pernapasan tidak mengalir secara kontinu ke dalam masker. Sebaliknya, setiap kali inspirasi, tekanan yang sedikit ekstra negatif dalam katup kebutuhan

pada masker akan menarik diafragma di katup terbuka, dan kemudian secara otomatis melepaskan udara dari tangki ke dalam masker dan paru. Dengan cara ini, hanya udara yang diperlukam untuk inspirasi saja yang masuk. Kemudian, pada waktu ekspirasi, udara tidak dapat mengalir kembali ke tangki tetapi sebaliknya diekspirasikan keluar.

Persoalan paling penting dalam penggunaan alat scuba ialah terbatasnya waktu penyelaman sebagai contoh, penyelaman sedalam 200 kaki hanya dapat berlangsung selama beberapa menit. Hal ini karena diperlukan udara yang sangat hebat dari tangki untuk menghalau karbon dioksida dari paru-semakin dalam penyelaman, semakin besar jumlah aliran udara yang diperlukan setiap menitnya karena volume telah dikompresi menjadi lebih kecil.

Daftar Pustaka1. Guyton Ac, Hall JE. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran. Edisi 11. Jakarta: EGC; 2006. p. 572-8.

4