1

UNIVERSITASJENDERAL SOEDIRMAN

FISIOLOGI HEWAN INov 2012

RESPIRASIRESPIRASI

MATERI :MATERI :• Strategi respirasiStrategi respirasi• Ventilasi dan pertukaran gasVentilasi dan pertukaran gas• Pengaturan Sistem Respirasi VertebrataPengaturan Sistem Respirasi Vertebrata

2

Pendahuluan• Respirasi adl pertukaran oksigen dan CO2

diantara lingkungan dan mitokondria dlm sel• Pada hewan dengan respirasi udara, pengambilan

oksigen oleh sel didahului oleh pelarutan oksigen dalam medium air

• Respirasi dapat terjadi melalui difusi pada hewan uniseluler

• Pada hewan spt sponge dan cnidaria, respirasi terjadi melalui kombinasi gerakan air dan difusi

3

Pendahuluan (lanjutan)• Insekta, respirasi terjadi melalui kombinasi aliran udara

dan difusi • Hewan dengan sistem sirkulasi darah, respirasi terjadi

melalui difusi dan aliran cairan darah, seperti pd cacing tanah

• Hewan dengan insang dan paru-paru internal sering menggerakan medium eksternal menyeberangi permukaan respirasi, suatu proses yang disebut ventilasi

• Empat tahap respirasi pd hewan dengan insang dan paru-paru internal : aliran medium melewatii permukaan respirasi, difusi menembus permukaan respirasi, transport gas dan difusi kedalam jaringan

4

Tiga strategi utama respirasi hewan1. Mengalirkan medium eksternal melalui tubuh 2. Difusi gas melalui permukaan tubuh dikombinasikan

dengan transport gas dalam sistem sirkulasi internal3. Difusi melalui permukaan respiratori khusus

dikombinasikan dengan sistem sirkulasi• Strategi 1 ditemukan pd sponge, cnidaria dan

arthropoda darat• Strategi 2 disebut juga cutaneous respiration Memiliki beberapa keterbatasan : kulit harus tipis

untuk meminimimalkan jarak difusi, harus hidup di air atau lingkungan darat yang lembab, luas permukaan kulit cukup terbatas

5

Tipe ventilasi dan efeknya pd pertukaran gasVentilasi nondirectional• Terjadi bila aliran medium melewati permukaan pertukaran gas

dalam suatu pola yang unpredictable• Hewan-hewan yang menggerakan insangnya pd medium eksternal

adalah contoh dari pola ini

Ventilasi tidal• Terjadi bila eksternal medium bergerak masuk dan keluar ruang

respirasi dalam a back-and-forth movement • Umumnya tidak mampu mengosongkan sempurna ruang respirasi

pd tiap siklus respirasi• Jadi ketika hewan bernafas, medium segar yg masuk bercampur

dgn medium residual pd ruang respirasi• PO2 ruang respirasi lebih rendah drpd medium eksternal

6

7

Ventilasi unidirectional• Darah dapat mengalir dalam satu dari tiga cara, relatif terhadap

aliran medium

• Disebut aliran concurrent bila darah mengalir dalam arah yang sama dengan aliran medium. O2 darah yang meninggalkan permukaan respirasi seimbang dengan medium eksternal

• Aliran counter-current bila darah mengalir dalam arah berlawanan dengan aliran medium. O2 darah yang meninggalkan permukaan respirasi dapat mendekati inhaled medium. Efisiensi tergantung laju aliran darah dan medium, lebih efisien bila aliran keduanya lambat

• Aliran crosscurrent, bila aliran darah membentuk sudut terhadap aliran medium eksternal. Po2 Pembuluh efferent yang meninggalkan permukaan respirasi umumnya lebih tinggi drpd concurrent , tetapi lebih rendah drpd counter-current.

8

Countercurrent ensure that PO2 in water always higher than that in blood

Countercurrent vs. Concurrent

9

Ventilasi dan Pertukaran Gas• Hewan menggunakan strategi berbeda untuk respirasi

di air dan udara• Hewan dengan medium respirasi air umumnya memiliki

insang yg berventilasi secara unidirectional• Hewan dengan medium respirasi udara memiliki paru-

paru dgn ventiasi tidal atau menggunakan sistem tabung berisi udara, spt pada insekta

• Hewan yg bernafas di air harus memventilasi permukaan respirasinya 30 kali lebih kuat agar dapat memperoleh oksigen yang sama dengan hewan darat

• Hewan air memiliki PCO2 arteri 20 kali lebih rendah drpd hewan darat

10

Ventilasi pd Sponge dan Cnidaria• Pada Sponge, lecutan flagella choanocyte menggerakan

air melewati serangkaian pori, disebut ostia, masuk spongocoel. Oksigen berdifusi dari air masuk sel, sedangkan CO2 berdifusi keluar. Air lalu keluar dr spongocoel lewat osculum.

• Beberapa cacing pipih juga menggunakan cara yg sama. Usus dari spesies ini dibatasi oleh sel-sel bersilia, dan lecutan silia ini menggerakan air berisi oksigen ke seluruh tubuh.

• Pada Cnidaria, kontraksi otot menggerakkan air melalui mulut masuk ruang gastrovasculer. Air melewati jaringan, dan O2 berdifusi masuk sel, air keluar lewat mulut.

11

Ventilasi pada Mollusca

• Sebagian besar Mollusca, insangnya bersilia. Lecutan silia menggerakan air melewati insang, memungkinkan aliran unidirectional medium eksternal. Pada banyak spesies, aliran darah melalui insang tersusun dalam pola countercurrent terhadap aliran air.

• Insang Cephalopoda, spt oktopus dan squid, tidak bersilia. Kontraksi otot mantel menggerakkan air secara unidirectional melalui rongga mantel melewati insang, memungkinkan terjadinya mekanisme pertukaran countercurrent.

12

Ventilasi pompa bukkal pd Elasmobranch

• Elasmobranch memventilasi ruang branchialnya dengan memperbesar volume ruang bukkal (mulut)

• Peningkatan volume bukkal menyebabkan cairan tersedot masuk keruang bukkal melalui mulut dan spirakel. Hewan lalu menutup mulut dan spirakelnya, otot-otot disekitar rongga bukkal berkontraksi, mengurangi volume rongga bukkal, mendorong air melewati insang dan keluar melalui celah insang

• Jadi pada hewan ini rongga bukkal berfungsi sebagai pompa penyedot dan pendorong

• Aliran air unidirectional dan aliran darah yg melewati insang tersusun dalam countercurrent yang meningkatkan efisiensi pertukaran gas

13

Ventilasi pada ikan Teleostei• Insang terletak pada ruang operkulum yang ditutup

operkulum

Empat tahap siklus ventilasi Teleostei ;1. Mulut terbuka, katup operkulum tertutup, rongga

bukkal membesar dan rongga operkulum membesar2. Mulut tertutup, katup operkulum tertutup, rongga

bukkal mengecil, dan ruang operkulum membesar3. Mulut tertutup, katup operkulumterbuka , rongga

bukkal mengecil, dan rongga operkulum mengecil4. Mulut terbuka, katup operkulum terbuka, rongga bukkal

membesar dan rongga operkulum mengecil

14

Water flows in through mouth, over gills, then out

15

KO

PB

PO

I

RO

I

RB

A

Diagram memperlihatkan mekanisme ventilasi insang oleh dua pompa setelah inspirasi. A: air, KO: kelep oral, RB: rongga bukal, PB: pompa bukal, I: insang, RO: rongga operkular, PO: pompa operkular

UNIVERSITASJENDERAL SOEDIRMAN

16

150 120 90 60 30

140 110 80 50 20

Air

Darah

Diagram aliran arus berlawanan pada insang ikan. Angka menunjukkan tekanan parsial oksigen (Po2) dalam air dan darah.

UNIVERSITASJENDERAL SOEDIRMAN

17

Ventilation: pump or ram

18

Pertukaran gas pada ikan yang bernafas diudara

• Memiliki organ pernafasan tambahan yang dapat digunakan untuk mengambil oksigen udara

• Elektrik eel menggunakan mulut dan rongga pharynk untuk pertukaran gas

• Catfish, memiliki lambung yang sangat vaskuler untuk pertukaran gas

• Lungfish memiliki organ pernafasan udara yg sangat berkembang. Terdapat 3 genera lungfish ; Australian lungfish memp satu lung dan insang relatif berkembang. African lungfish and South American lungfish memp bilobed lung dan insang mereduksi

19

UNIVERSITASJENDERAL SOEDIRMAN

Lempeng labyrinth

Organ khusus untuk respirasi terestrial pada ikan

Lempeng labyrinth pada ikan gurami digunakan untuk mengambil oksigen dari udara

RESPIR

ASI

20

Gas exchange: gill, lung, skin … which one ?

21

Bila lungfish Afrika dan Amerika Selatan ditempatkan diluar air, konsumsi oksigen tidak berubah, tidak demikian dengan lungfish Australia. Pada spesies ini kejenuhan oksigen arteri juga menurun

22

Pertukaran gas pada Insekta

• Respirasi menggunakan sistem trachea• Trachea merupakan tabung berisi udara yang

menetrasi ke dalam tubuh• Trachea bercabang dan berakhir pada

struktur berdinding tipis disebut tracheolus. • Ujung tracheolus berisi cairan sirkulasi

disebut hemolymp• Oksigen terlarut dalam cairan hemolimph, lalu

berdifusi menyeberangi dinding tipis tracheolus

23

24

Gill for osmo - space beneath wings

25

UNIVERSITASJENDERAL SOEDIRMANR

ESPIRA

SI

Serangga membawa gelembung udara ketika menyelam. Didalam air terjadi pertukaran gas antara gelembung udara dengan sistem trakhea serangga dan antara air dengan gelembung udara. Arah aliran gas tergantung pada tekanan parsial O2, CO2 dan N, dan tekanan total (P) dalam gelembung udara. Tanda panah menunjukkan difusi molekul gas. Total tekanan parsial gas dalam air (dan di atmosfir) = 742,7 mmHg pada permukaan tetapi meningkat ketika buih dibawa menyelam kedalam air.