Struktur, Fungsi, dan Mekanisme Paru-paru serta Pengukuran Spirometri

Kelompok F5Kressa stiffensi saparang (102010126)Haswinanti Wilda (102012443)Martha simanjuntak (102013226)Fendy (102013345)Elva Patabang (102014029)Andres Vidianto Salim (102014048)Esa Claudia Haning (102014171)Thavinaash Ramany (102014239)Wulan Sri Astuti (102014254)

Fakultas Kedokteran, Universitas Kristen Krida WacanaJalan Terusan Arjuna No.6 Jakarta Barat 11510Telp : 021-56942061, Fax : 021-5631731

Abstract Respiratory system has a structure and mechanism of mutual support. The structure of the respiratory starts from the nose (nasal cavity), pharynx, larynx, trachea, bronchus, into the lungs, the bronchioles and the air exchange in alveolar membrane. Pulmonary has the capacity of air. Spirometry method can be used to determine the function and capacity of the lungs. In the respiratory mechanism, oxygen and carbon dioxide will exchange. This exchange can occur because of differences in partial pressure . In addition, the gas exchange mechanisms are also required acid-base equilibrium. This equilibrium is maintained by substantia buffer or buffer.Key words : Lung, spirometer, buffer

Abstrak Sistem respirasi pada manusia memiliki struktur dan mekanisme yang saling menunjang. Struktur pernafasan tersebut berupa jalan nafas yang dimulai dari hidung(kavum nasal), faring, laring, trakea, bronkus, masuk ke paru-paru, bronkiolus dan udara tersebut bertukar pada membran alveolus. Paru paru manusia sendiri memiliki kapasitas udara. Untuk mengetahui fungsi dan kapasitas dari paru-paru, dapat digunakan metode pengujian spirometri. Pada mekanisme pernapasan terjadi pertukaran O2 dan CO2. Pertukaran ini dapat terjadi karena adanya perbedaan tekanan parsial. Selain itu, dalam mekanisme pertukaran gas juga diperlukan kesetimbangan asam-basa. Kesetimbangan ini dijaga dan dipertahankan oleh substansia penyangga atau buffer. Kata Kunci : Paru-paru, spirometer, substansia penyangga/buffer

Pendahuluan Salah satu aktivitas terpenting manusia untuk mempertahankan kehidupannya adalah respirasi. Fungsi utama respirasi adalah memperoleh O2 untuk digunakan oleh tubuh dan mengeluarkan CO2 yang merupakan sisa metabolisme dari tubuh. Organ utama dalam proses respirasi adalah paru-paru. Dalam menjalankan fungsi tersebut paru paru memiliki struktur makroskopik dan mikroskopik sebagai alat kerja. Paru-paru memiliki volume dan kapasitas yang digunakan untuk proses respirasi ini. Volume dan kapasitas paru-paru dapat dihitung dengan metode spirometri. Metode ini juga membantu untuk mengetahui fungsi paru. Selain itu proses respirasi juga dibantu oleh organ lainnya yang membentuk mekanisme kerja sehingga respirasi dapat berjalan baik. Dalam makalah ini akan dibahas tentang struktur makroskopik dan mikroskopik paru, mekanisme pernapasan, pertukaran oksigen dan karbondioksida, kesetimbangan asam-basa, serta substansi buffer untuk menjaga kesetimbangan tersebut.

Struktur Makroskopik Paru Paru Paru-paru memiliki area permukaan alveolar kurang lebih seluas 40 m2 untuk pertukaran udara. Sistem resoirasi terdiri dari sepasang paru di dalam rongga toraks. Fungsi utamanya adalah pertukaran gas, tetapi peran lain meliputi fungsi bicara, filtrasimikrotrombus yang berasal sari vena sistemik, dan aktivitas metabolik. Paru kanan dibagi oleh fisura transversa dan obilik menjdi tiga lobus yaitu superior, medius, inferior. Paru kiri memiliki fisura obilik dan dua lobus. Pembuluh darah, saraf, dan sistem limfatik, memasuki paru medialnya di akar paru atau hilus. Setiap lobus dibagi menjadi sejumlah segmen bronkopulmonal yang berbentuk baji dengan bagian apeks pada hilus dan bagian dasarnya pada permukaan paru. Setiap segmen bronkopulmonal disuplai oleh bronkus segmental, arteri, dan venanya sendiri.1,2 Pleksus nervus pulmonalis terletak dibelakang setiap hilus, yang menerima serabut-serabut baik dari vagus maupun ganglia toraks kedua sampai keempat pada trunkus simatikus. Setiap vagus mengandung aferen sensorik dari paru dan jalan napas, serta eferen sekremotorik dan brokokostriktor parasimpatis. Serabut-serabut simpatis merupakan bronkodilator relatif jarang.1,2 Setiap paru dilapisi oleh suatu membran tipis, yaitu plera viselaris, yang bersambung dengan pleura parietalis yang meelapisi dinding dada, diafragma, perikardium, dan mediastinum. Ruang diantara lapisan pleura sangat tipis pada keadaan sehat dan dilumbrikasi oleh cairan pleura . Rongga pleura kanan dan kiri terpisah dan masing-masing meluas sevagai resesus kostodiafragmatikus dibawah paru bahkan selama inspirasi penuh. Pleura parietalis secara segmentalis dipersarafi oleh nervus interkostalis dan nervus pernikus, sehingga rasa nyeri akibat peradangan di pleura (pleuritis) sering menjalar ke dinding dada atau ujung bahu. Pleura viseralis tidak memiliki inervasi sensorik.1,2 Saluran napas bagian atas terdiri dari hidung, faring, dan laring. Saluran napas bagian bawah dimulai dari trakea pada batas bawah kartilago krikoid, setinggi vertebra servikal keenam (C6). Saluran tersebut bercabang dua menjadi bronkus utama kanan dan kiri setinggi angulus sterni dan T4/5 (lebih rendah saat berdiri tegak dan inspirasi). Bronkus utama kanan lebih lebar, lebih pendek, dan lebih vertikal daripada bronkus utama kiri, sehingga benda asing yang terinhalansi lebih mudah masuk ke bronkus kanan.1,2 Jalan napas terbagi saecara berulang-ulang, masing-masing generasi yang berurutan, masing-masing generasi yang berurutan jumlahnya kira-kira menjadi dua kali lipat. Trakea dan bronkus utama memiliki kartilago berbentuk U yang dihubungkan oleh otot polos dibagian posterior. Bronkus lobularis menyuplai tiga lobus paru kanan dan dua lobus paru kiri serta beercabang menjadi bronkus minimum dimana setelahnya, area bertambah secara cepat karena peningkatan jumlah area melebihi penurunan ukurannya. Generasi 5-11 adalah bronkus kecil memiliki diameter terkecil yaitu 1 mm, bronkus lobaris, bronkus segmental, dan bronkus kecil ditunjang oleh lempeng disekitar generasi 12 dan mula-mula titik ini tidak ada kartilago. Jalan napas tersebut melekat dalam jaringan paru yang menahannya agar tetap terbuka seperti tali penahan kemah. Bronkus terminalis (generasi 16) bercabang menjadi bronkus respiratorius, generasi pertama memiliki alveoli pada dindingnya. Bronkiolus respiratorius kemudian bercabang menjadi duktus alveolaris dan sakus alveolaris (generasi 23) yang seluruh dindingnya terdiri dari alveoli. Bronkus di jalan napas sampai bronkiolus terminal mendapatkan nutrisi dari arteri bronkiolus yang berasal dari aorta desendens. Bronkiolus respiratorius, duktus dan sakus alveolaris disuplai oleh sirkulasi pulmonal.1,2 Jalan napas dari trakea sampai bronkiolus respiratorius dilapisi oleh sel epitel kolumnar bersilis. Sel goblet dan kelenjar submukosa menyekresi mukus. Gerakan sinkron silis menggerkan mukus dan debris terkait ke dalam mulut. Sel epitel yang membentuk dinding alveoli dan duktus alveolaris tidak bersilia dan sebagian besar merupakan pneumosit alveolar tipe I yang sangat tipis. Sel-sel tersebut membentuk permukaan pertukaran gas dengan endotel kapiler beberapa pneumosit menyekresi surfaktan yang mengurangi tengangan permukaan dan mencegah terjadinya kolaps alveolar.1,2

Struktur Mikroskopik Sepasang paru-paru yang terdapat di sebagian besar dalam toraks. Paru paru ini dibungkus pleura viseral dan pleura parietal. Pada bagian hilus paru, pleura parietal akan melipat keatas paru disebut pleura viseral. Diantara kedua pleura ini terdapat cairan serosa. Paru tersusun atas unit fungsional disebut lobus primerius yang meliputi semua struktur mulai dari bronkiolus terminalis, bronkiolus respirator, duktus alveolus, atrium, sacus alveolaris dan alveolus.1,2Spirometri Spirometri adalah salah satu metode sederhana yang dapat digunakan untuk mempelajari ventilasi paru, yaitu dengan mencatat volume udara yang masuk dan keluar paru. Spirometer terdiri dari sebuah drum yang dibalikan diatas bak air dan diimbagii oleh suatu beban. Di dalam drum terdapat gas untuk bernapas, biasanya udara atau oksigen. Terdapat sebuah pipa yang menghubungkan mulut dengan ruang gas. Bila seorang bernapas melalui pipa tersebut, drum akan naik turun dan terjadi perekaman yang sesuai dengan gulungan kertas yang berputar. 3Volume dan Kapasitas Paru Ada empat jenis volume paru yaitu volume tidal, volume cadangan inspirasi, volume cadangan ekspirasi, dan volume residu. Penjumlahan semua jenis volume paru akan menghasilkan volume maksimal paru yang mengembang.4 Volume tidal (VT) adalah volume udara yang diinspirasikan setiap kali bernapas normal. Besarnya kira-kira 500 milimeter. Volume cadangan inspirasi (IRV) adalah volume udara ekstra yang dapat diinspirasikan setiap kali bernapas dan diatas volume todal normal bila dilakukan inspirasi kuat dengan kontraksi maksimal dari diafragma, m. Intercotalis externi, dan otot inspirasi aksesori. Biasanya mencapai 3000 milimeter. Volume cadangan ekspirasi (ERV) adalah volume udara ekstra maksimal yang dapat diekspirasikan melalui ekspirasi kuat. Jumlah normalnya adalah 1100 milimeter. Volume residu (RV) yaitu volume udara yang masih tetap berada di paru setelah ekspirasi paling kuat. Volume ini besarnya kira-kira 1200 milimeter. Volume residu tidak dapat diukur dengan spirometer karena volume udaranya tidak masuk maupun keluar dari paru.4 Kapasitas paru terdiri atas kapasitas inspirasi, kapasitas residu fungsional, kapasitas vital, dan kapasitaas paru total. Kapasitas inspirasi (IC) sama dengan volume tidal ditambah volume cadangan inspirasi. Ini adalah jumlah udara (kira-kira) 3500 milimeter yang dapat dihirup oleh seseorang, dimulai pada tingkat ekspirasi normal dan pengembangan paru sampai jumlah maksimum. Kapasitas residu fungsional (FRC) sama dengan volume cadangan ekspirasi ditambah volume residu. Ini adalah jumlah udara yang tersisa dalam paru pada akhir ekspirasi normal (kira-kira 2300 milimeter). Kapasitas vital (VC) sama dengan volume cadangan inspirasi ditambah volume tidal dan volume cadangan ekspirasi. Ini adalah jumlah udara maksimum yang dapat dikeluarkan seseorang dari paru setelah terlebih dahulu mengisi paru secara maksimum dan kemudian mengeluarkan sebanyak-banyaknya (kira-kira 4600 milimeter). Nilai ini memberikan informasi yang berguna mengenai kekuatan otot-otot pernapasan dan aspek fungsi paru lainnya. Kapasitas paru total (TLC) adalah volume maksimum yang dapat mengembangkan paru sebesar mungkin dengan inspirasi sekuat mungkin (kira-kira 5800 milimeter). Jumlah ini sama dengan kapasitas vital ditambah volume residu. Forced expiratory flow (FEV1) adalah bagian dari kapasitas vital yang diekspirasikan secara paksa pada satu detik pertama. Nilai FEV1 dapat memberi informasi tambahan . biasanya nilai ini adalh sekitar 80% dari VC. Kapasitas vital mungkin saja normal sementara FEV1 turun pada beberapa penyakit seperti asma (resistensi saluran pernapasan meningkat karena konstriksi bronkial).4Mekanisme Pernapasan Pada hidung terdapat suatu struktur yang disebut konka. Konka pada hidung ada 3 yaitu superior, medius dan inferior. Berbentuk seperti dinding, fungsi dari konka ialah pembentuk aliran udara turbulen yang merupakan aliran udara terbaik sebagai jalan masuknya udara pernapasan ke dalam saluran pernapasan sekaligus menyaring partikel yang masuk dalam saluran napas. Saat memasuki rongga hidung udara akan membentur dinding dinding konka dan akan menyebabkan adanya momentum udara. Udara akan terus membentur dan akan terus mengubah arahnya setiap kali mengenai konka. Sementara itu partikel yang tersuspensi dalam udara yang memiliki massa dan momentum yang lebih besar dari udara akan terus berjalan tidak semudah udara mengubah arah jalannya. Partikel yang terus maju ini akan dijerat oleh mukus pelapis dan diangkut oleh silia ke faring untuk ditelan. Patikel dengan ukuran lebih kecil dari 6 mikrometer akan mengendap pada bronkiolus kecil sebagai akibat gaya gravitasi yang dikerjakan padanya. Hal ini yang terkadang menimbulkan penyakit pada bronkiolus terminalis yang sering dialami oleh para pekerja tambang. Partikel yang besarnya 1 mikrometer mungkin akan terbawa dan mengendap pada cairan alveolus sedangkan partikel dengan ukuran lebih kecil dari itu akan tersuspensi dalam udara alveol dan dikeluarkan lagi saat ekspirasi. Setelah melalui hidung udara akan didistribusikan ke dalam paru melalui trakea, bronkus dan bronkiolus. Adalah hal yang penting untuk menjaga tetap terbukanya saluransaluran ini agar udara dapat mudah masuk sampai ke alveolus. Untuk mempertahankan agar trakea tidak kolaps terdapat cincin kartilago yang mengelilingi 5/6 panjang trakea. Begitu pula pada bronkus, dindingnya terdapat lempeng kartilago yang kecil dan melengkung yang tidak terlalu kaku sehingga masih bisa memungkinkan pergerakan seturut dengan mengembangnya alveolus oleh tekanan transpulmonal (tekanan yang timbul sebagai akibat perbedaan tekanan di alveolus dan pleura).3

Sebenarnya dalam menjalankan fungsinya sebagai saluran napas, baik trakea, bronkus hingga bronkiolus memiliki tahanan masing-masing dalam menghambat udara pernapasan yang masuk. Dalam hal ini yang memiliki tahanan yang terbesar adalah bronkus besar.Hal ini dikarenakan jumlahnya yang sedikit dibandingkan bronkiolus terminalis yang jumlahnya mencapai 65.000 buah. Namun dalam keadaan sakit, bronkiolus kecil yang menjadi permasalahan karena misalnya terjadi edema ataupun adanya mukus sehingga menghambat secara lebih nyata udara yang masuk ke dalam paru-paru.3

Alveolus merupakan organ pernapasan mungkin bisa dianggap sebagai yang terpenting. Pada alveolus terjadi difusi O2 sebagai bahan bakar metabolisme yang akan diangkut menuju sel. Pada alveoli juga keluar gas sisa hasil metabolisme yaitu CO2. Alveolus sendiri berjumlah sekitar 300-500 juta di kedua paru. Pada alveolus terdapat 2 jenis epitel. Epitel jenis kedua yang menempati 10% dari total permukaan alveoli mensekresikan suatu zat yang amat penting yang bernama surfaktan. Surfaktan merupakan campuran dari fosfolipid, protein dan ion . Fungsi surfaktan ialah mengembangkan paru. Cara kerjanya dalam mengembangkan paru dengan adanya surfaktan akan menurunkan tegangan permukaan pada paru. Hal ini penting karena penurunan tegangan akan sejalan dengan penurunan tekanan. Hal ini juga berarti radius alveolus yang kecil membantu menurunkan tekanan. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh para ahli ditemukan bahwa tegangan permukaan cairan alveol yang dilapisi surfaktan hanya sebesar kali tegangan air murni. Hal ini akan berkontribusi juga pada usaha yang lebih sedikit yang dilakukan oelh otot pernapasan untuk mengembangkan paru. Sifat paru yang elastis juga berpengaruh dalam usah pengembangan paru. Luas pengembangan paru untuk setiap peningkatan tekanan transpulmonal disebut dengan komplians paru. Nilai komplians total dari kedua paru sekitar 200 milimeter udara per cm tekanan transpulmonal air, yang berarti pada peningkatan tekanan sebesar 1 cm air akan terjadi peningkatan volume sebesar 200 milimeter.3

Pertukaran Oksigen dan Karbondioksida Pertukaran oksigen dan karbondioksida dalam darah terjadi karena perbedaan tekanan parsial. Tekanan parsial O2 (PO2) darah yang kaya oksigen di arteri adalah 100 mmHg sedangkan tekanan parsial CO2 (PCO2) sebesar 40 mmHg. Sel jaringan tubuh mempunyai PO2 40 mmHg dan PCO2 45 mmHg. Perbedaan tekanan ini membuat pertukaran O2 dari darah arteri (PO2 100 mmHg) ke sel jaringan (PO2 40 mmHg). Sebaliknya , CO2 bertukar dari jaringan (PCO2 45 mmHg) ke darah (PCO2 40 mmHg). Setelah dari jaringan akhirnya darah vena juga mengandung PCO2 45 mmHg dan PCO2 40 mmHg yang samaa dengan jaringa. Darah vena kemudian sampai ke paru. Gas dalam alveoli mempunyai PO2 105 mmHg dan PCO2 40 mmHg. Sama seperti di jaringan, perbedaan tekanan parsial ini membuat pertukaran O2 dari udara dalam alveoli (PO2 105 mmHg) ke darah. Sebalinya CO2 bertukar dari darah(PCO2 45 mmHg) ke udara alveoli (PCO2 40 mmHg). Antaraa udaraa ddalam alveoli dan udara atmosfer juga terjadi pertukaran gas CO2 dari alveoli ke udara atmosfer (PCO2 0,3 mmHg) sebaliknya O2 dari udara atmosfer (PO2 158 mmHg) ke udara alveoli (PO2 45 mmHg).5Buffer Kimia Mekanisme homeostatik yang luar biasa mempertahankan pH plasma, suatu indikator konsentrasi ion hidrogen (H+) dalam rentang normal yang sempit antara 7,35-7,45. Mekanisme ini mencakup aktivitas bufer kimia, ginjal, dan paru-paru. Pada tinjauan ulang, pH didefinisikan sebagai konsentrasi H+, makin banyak ion hidrogen, makin asam suatu larutan dan makin rendah pH. Rentang pH yang sesuai dengan kebutuhan hidup (6,8-7,8) menggambarkan perbedaan sebesar sepuluh kali lipat pada konsentrasi ion hidrogen dalam plasma.6 Buffer kimia merupakan substansi yang mencegah perubahan besar dalam ph cairan tubuh dengan membuang atau melepaskan ion-ion hidrogen, buffer dapat bekerja dengan cepat untuk mencegah perubahan yang berlebihan dalam konsentrasi ion hidrogen. Sistem buffer utama tubuh adalah sistem buffer bikarbonat- asam karbonik. Normalnya ada 20 bagian bikarbonat(HCO3-) untuk satu bagian asam karbonik (H2CO3). Jika rasio ini berubah, maka nilai pH akan berubah. Rasio inilah yang penting dalam mempertahankan ph, bukan nilai absolutnya. Perawat harus mengingat bahwa karbondioksida merupakan asam potensial, jika CO2 dilarutkan dalam air, ia akan berubah menjadi asam karbonik (CO2 + H2O = H2CO3). Karena itu, ketika karbondioksida ditingkatkan, kandungan asam karbonat juga meningkat dan sebaliknya. Sistem buffer lain yang kurang penting adalah cairan ekstraseluler termasuk fosfat anorganik dan protein plasma. Buffer intraseluler termasuk protein, fosfat organik dan anorganik, dan dalam sel darah merah, hemoglobin.6

Ketidakseimbangan Asam Basa RespirasiAdanya kelainan pada satu atau lebih mekanisme pengendalian pH tersebut, bisa menyebabkan salah satu dari 2 kelainan utama dalam keseimbangan asam basa, yaitu asidosis atau alkalosis.2,7Asidosis adalah suatu keadaan pada saat darah terlalu banyak mengandung asam (atau terlalu sedikit mengandung basa) dan sering menyebabkan menurunnya pH darah.2,7Alkalosis adalah suatu keadaan pada saat darah terlalu banyak mengandung basa (atau terlalu sedikit mengandung asam) dan kadang menyebabkan meningkatnya pH darah.2,7Keseimbangan Asam Basa Respirasi Keseimbangan asam-basa terkait dengan pengaturan konsentrasi ion H bebas dalam cairan tubuh. pH rata-rata darah adalah 7,4; pH darah arteri 7,45 dan darah vena 7,35. Jika pH 7,45 dikatakan alkalosis. Ion H terutama diperoleh dari aktivitas metabolik dalam tubuh. Ion H secara normal dan kontinyu akan ditambahkan ke cairan tubuh dari 3 sumber, yaitu: pembentukkan asam karbonat dan sebagian akan berdisosiasi menjadi ion H dan bikarbonat, katabolisme zat organic, dan disosiasi asam organik pada metabolisme intermedia, misalnya pada metabolisme lemak terbentuk asam lemak dan asam laktat, sebagian asam ini akan berdisosiasi melepaskan ion H.2,7 Fluktuasi konsentrasi ion H dalam tubuh akan mempengaruhi fungsi normal sel, antara lain perubahan eksitabilitas saraf dan otot; pada asidosis terjadi depresi susunan saraf pusat, sebaliknya pada alkalosis terjadi hipereksitabilitas, mempengaruhi enzim-enzim dalam tubuh, dan mempengaruhi konsentrasi ion K.2,7 Bila terjadi perubahan konsentrasi ion H maka tubuh berusaha mempertahankan ion H seperti nilai semula dengan cara, antara lain mengaktifkan sistem dapar kimia, mekanisme pengontrolan pH oleh sistem pernafasan, dan mekasnisme pengontrolan pH oleh sistem perkemihan.2,7

KesimpulanStruktur respirasi manusia dibentuk oleh struktur makroskopik maupun mikroskopik yang masing-masing sangat berperan dalam proses pernapasan. Pada mekanisme pernapasan, ekspirasi dan inspirasi lah yang sangat berperan. Pada saat inspirasi, manusia mengambil oksigen dan pada saat ekspirasi, manusia mengeluarkan karbondioksida yang merupakan hasil metabolisme tubuh. Fungsi dari pernapasan antara lain untuk memperoleh O2 agar dapat digunakan oleh sel-sel tubuh dan mengeliminasi CO2 yang dihasilkan oleh sel. Fungsi tambahan daripernapasan dari pernapasan juga ada antara lain memungkinkan kita berbicara, menyanyi dan vokalisasi lainnya, serta meningkatkan aliran balik vena. Test fungsi paru juga sangatpenting untuk mengetahui atau mengukur volume udara yang dihirup dan di hembuskan. Alat yang dapat digunakan dalam test kapasitas paru yaitu spirometri.

Daftar Pustaka1. Faiz O, Moffat D. At a glance anatomi. Jakarta : Penerbit Erlangga; 2004. h. 1-22, 134-42.2. Ward JPT, Ward J, Leach RM, Wiener CM. At a glance : sistem respirasi 2nd ed. Jakarta : Penerbit Erlangga; 2009. h. 41-4.3. Guyton AC, Hall JE. Buku ajar fisiologi kedokteran edisi 11. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2008.4. Cambridge. Anatomi fisiologi. Jakarta: EGC; 2009. h. 10-1.5. Djojodbroto RD. Respirologi. Jakarta : Penerbit Buku Kedokteran EGC. 2009. h. 216. Ganong WF. Review of medical physiology. 23rd, ed. San Fransisco: McGraw-Hill; 2010.7. Sherwood L. Human physiology: from cells to systems. 6th ed. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2007. h. 53-47

1