SISTEM RESPIRASI

BIOKIMIA SISTEM PERNAPASANDr. N.A.Mappewali, Sp.Biok

BAGIAN BIOKIMIA FAKULTAS KEDOKTERAN

UNHAS

Setelah Kuliah ini mahasiswa akan dapat:

• Menjelaskan Transpor O2 dan CO2a. Ikatan Hb dan O2b. Ikatan Hb dan CO2

• Menganalisis peranan paru pada keseimbangan asam basaa. Asidosis respiratorikb. Alkalosis respiratorikc. Kompensasi paru

Kepentingan Biomedis• Bakteri Anaerobik mampu hiudup tampa ada nya oxigen (O2) tapi pada hewan yg lebih tinggi al.hewan & manusia mutlak perlu O2.•Pengguanan utama Oxigen dalam proses Respirasi yi pengambilan energi oleh sel dlm btk ATP. Dr reaxi terkendali antara O2 & H. mhbtk air (H2O) .•Oxigenase menyatukan mol.O2•Obat2 ,pollutan,karsinogen kimia (xenobiotik) dapat dimetabolisir enzym oxigenase dgn sistim Sitokhrom P 450•Terapi Hyperbarik dpt menyelamatkan orang at bisa juga menyebabkan keracunan oxigen.

1. Berbagai systim biologi & kimia peristiwa oxidasi yi hilangnya elektron selalu disertai dgn reduksi akseptor elektron.

2. Enzym Oksidoreduktase diklasipikasikan dalam 4 kel. al;Oxidasi, Dehitrodrogenase, Hidroperoksidase, dan Oksigenase.

3. Oksidase dan Hidrogenase berperan dalam metabolisme danperan utama pada proses Respirasi (pernapasan).

4. Hidroperoksidase melindungi tubuh terhadap kerusakan akibat radikal bebas,menjadi katalisator rx hidroksilasi obat dan steroid.

5. Toksisitas oxigen dapat disebabkan oleh radikal bebas superoxida.

Istilah2 Respirasi

1. Hypocapnia : PCO2 arteri rendah < 4,8 kPa.2. Hypercapnia: PaCO2 tinggi, > 6 kPa.3. Hypoxaemia : Oxigenasi kurang dalam

darah.4. Hypoxia : Oxygenasi jaringan kurang.5. Hyperventilasi : Prekwensi napas lebih cth

akibat adanya hypocapnia.6. Hypoventilasi : pernapasan kurang akibat

perubahan metabolisme & hypercapnia.

Penggunaan Oxigen. 1. Oxidasi bahan bakar ATP dr ADP & Pi. 2. Mengubah senyawa2 struktural al; oxigenasi Prolin hidroxi prolin u/ pbtkn kollagen ter jadi di retic.Endoplasma & Membran Mitoch. 3. Perlindungan; merubah senyawa Lekosit dioxidasi enzym untuk proses detoxifikasi . 4 .Semua reaxi yg pakai O2 pada membran,sft hydropobik,terkait dgn lipid.

Delta G

Komposisi Udara inspirasi dan Ekspirasi

Udara Pernapasan Gas Inspirasi (%) Ekspirasi (%) O2 70,96 16,02

CO2 0,04 4,38 N2 79,00 79,00

Difusi O2 dan CO2 di Paru

Alveol Paru Arteriol Paru Gerakan O2 Gerakan CO2

Po2 107 mmHg 40 mmHg Pco2 36 mmHg 46 mmHg

Hemoglobin / Hb. Hb; senyawa Metallo Porfirin yang

terkonyu gasi dengan as.amino Globin.• Fs.membentuk ikatan reversibel dgn O2

u/ mekanisme transfort O2 alam darah.• Ikatan N—Fe+++ sifat reversibel.• Oksidasi Fe++ Fe+++ Ion

Superoxida O2 diperlukan 1 mol O2 + 2 mol Hem

• Ikatan Ferro Oxigen reversibel sft lemah & nonkovalen dgn Fe++ Hem.

• Ion Fe++ Heme terikat pada N bgn froksimal as.amino Histidin

Hb. Binding.

1. Hb.mempunyai 4 tempat ikatan dgn O2.2. Saturated Hb. Ke 4 mengikat O2.3. Partial Saturated;Setiap O2 bisa terikat pada Hb

tetapi tdk pada semua bagian.4. Saturasi lengkap tiap gram Hb. Mengikat 1,34 mlO2

shg 150 gr Hb/Liter darah = 150 x 1,34 =201 liter O2 per liter darah Maximun binding.

5. Oxigen saturated ( SO2) total oxigen capasity yaitu SO2 =OO2 conten + OO2 capasity x 100.

Hb : protein eritrosis yang berperan dalam proses transpor- O2

Paru Jaringan - CO2

Hb manusia (160g/L) mengikat 230 ml O2/L,70 kali lipat dengan O2 plasma yaitu : 3,2 ml/LKarena O2 sukar larut dalam air.Dalam I lt plasma hanya 3,2 ml.O2 yg larut

Kelarutan Oksigen

Hb dewasa (Hb A) -Tetramer 2 rantai Alfa dan 2 Beta-Berat molekul masing-masing ± 16 kD-Setiap sub unit, 1 gugus hem-O2 berikatan pada atom Fe

Gugus hem Fe-nya bervalensi 2 & terletak di pusat Fe teroksidasi Methemoglobin tidak dapat mentransfer O2

Ada 6 tempat koordinasi dengan Fe 4 (atom N cincin Pirol), 1 (residu histidin dari globin, 1( dengan O2 HbO2 (oksihemoglobin)

STRUKTUR Hb

Struktur Hb.• Hb.Embrionik; td; Rantai ζ & Rantai ε sebagai ganti

dari rantai β dan rantai α pd Hb dewasa ,fs nya belum jelas. Hb.F.(Fetal) ranatai α sama dgn Hb.dewasa, sedang rantai Aγ atau Gγ .Kedua jenis rantai γ saling beda pada gugus Alanin (Aγ) dan Glysil (Gγ).

• Hb.Dewasa; terbanyak btk Hb.A. (α2β2)…97,5 % sisanya btk Hb.A2 yg mengandung rantai ð sebagai ganti rantai β dgn rumus α2Ÿ2.

• mRNA rantai Ÿ tdk stabil shg Hb.A2 sdkt dalam Hb dewasa ± 2,48 %.

• Hb.S. pada Sickle sel Anemia yaitu defek pada β globulin dimana as.amino glutamin digantikan oleh Valin pada posisi 6 β chain.

• Thallasemia (resessip autosomal) kelaian pada rendahnya pembentukan α atau β chain td; Thallasemia Mayor dan Minor.

• Thallasemia Minor mirip dengan golongan darah Hb.A2.td 2α dan 2 Õ chain.

STRUKTUR Hb

• Efek Bohr (Allosterik Hb.) tergantung proton yg diamati oleh M.F.Perutz melalui kristallografi rontgen ditampilkan dengan gambar sederhana yg berasal dr putusnya ikatan garam saat pengikatan O2.

• Dengan struktur T (tension) Proton dilepas dr atom N rantai β residu HC3 (His 146) mengge rakkan H2C)3 ke As.Carbonat dan dilepas sbg gas CO2 dlm darah alveolar.affinitas O2 kecil.

• Pembentukan kembali jembatan garam memperlancar pelepasan oxigen dr OxyHb. Bentuk R (relaxasi) ,konsentrasi Proton meningkat shg pelepasan O2 meningkat sdg peningkatan PO2 meningkatkan pelepasan H,affinitas O2 tinggi

EFEK ALOSTERIK Hb

Hb bentuk T = Afinitas O2 kecil

Hb bentuk R = Afinitas O2 lebih besar

2,3 Bisposfogliserat (BPG)• Defisiensi oxigen perifer meningkatkan akumulasi

BPG yg bersifat glikolitik.• 1 mol BPG terikat pd tetramer Hb. Dalam rongga

tengah.• BPG berikatan lemah dgn Hb janin ok residu

H21 pada rantai γ Hb.F adalah Serin bukan Histidin dan tdk dapat mebuat jembatan garam dengan BPG shg efeknya lemah pd btk T shg affinitas Hb.F lebih tinggi dp Hb,A.pd O2.

• Pemicu perubahan btk RT Hb ad.gerakan atom Fe didalam dan luar cincin porfirin.

Haldan Efek. - P.CO2 meningkat O2 dilepas dari Hb. - Pengikatan O2 dengan Hb. Cenderung mengeluarkan CO2 dari darah. - Efek ini kwantitatip penting dalam transfor CO2 darapada efek Bohr untuk meningkatkan transfor O2. - Hb.asam maka kepekaan pada CO2 menurun membentuk Karbaminohemoglobin,dan melepas ion H terikat dgn ion bikarbonat membtk asam karbonat H2O + CO2 ke alveoli.

Kurva Kejenuhan•Berbentuk sigmoid (дS) kejenuhan O2 dlm Hem btk sygmoid.•Afinitas O2 – Hb meningkat sesuai

peningkatan [O2]

•Jumlah O2 yang ditranspor tergtg ;

1. Konsentrasi Hb2. Konsentrasi O2 dalam kapiler

Paru2.3. Konsentrasi O2 dalam jaringan.

Faktor yang mempengaruhi kurva kejenuhan (Curva Disossiasi).

Kekanan; - CO2 meningkat. - temperatur darah naik. - 2,3 diposfogliserat naik Kekiri; - Hb.foetus.pada keadaan hypoxia foetus.maka terjadi peningkatan pelepasan O2 ke jaringan janin.

KURVA KEJENUHAN

Regulasi transpor O2

Faktor-Faktor yang menggeser kurva Kejenuhan

1. Konsentrasi ion hidrogen (pH)

2. Konsentrasi CO2

3. Suhu

4. 2,3 DPG

Ikatan Hb – CO2

Ikatan Hb dan CO2

Transfort CO2.•90% CO2 HCO3 dlm jaringan.•HCO3 - CO2 di paru2Expirasi.•Deoxi Hb(basa kuat) dp Oxi Hb, se hingga deoxi Hb mengikat proton terbtk HCO3 dr CO2 dlm kapiler dikatalisir o/ Carbonat Dehidratase HCO3 keplasma bertukar dgn Cl Deoxigenase deoxiHb. Pelepasan proton menggeser keseimbangan HCO3/H2CO3 mersg pelepasan CO2.

5% CO2 terikat pd Hb secara kovalen

ditransfort sbg Carbamino Hb.kira2

bertanggung jawab terhdp 60%

pengangkutan CO2.

KESEIMBANGAN ASAM BASA

Ginjal & Paru2 berperan menjaga pH cairan extraselluler agar konstan pada asam lemah;4,8,dengan aktip mengeluarkan proton.• Proton asal;-Makanan protein.-otot & Hati;metionin &sytein(glikolisis anaerob)* Benda keton;H2CO+3Hid.Butirat(hati ->proton pada DM&Starvasi,proton meninggi dlm darah dapar plasma(buffer) terbebanipenurunan pHAsidosis Metabolik.

Normal; asam yg terbtk diubah->H2O+CO2 Shg keseimbangan proton tdk terganggu Ekresi proton diginjal yg dgn pertukaran ion Na secr aktip.

Pengeluaran Proton & Amoniak. Ginjal,paru menjaga pH cairan plasma. Ginjal mengeluarkan proton mel.sel tubuli, transfort ion H(proton) dr darah ke urine dgn melawan konsentrasi .

CO2 drh o/ Carbonik anhidraseH2CO3-> HCO3- +H+ -> H2CO3 ---> H+ HCO3- strnya dibantu oleh ATP sbg sumber Pi.Setiap hari; 6 mmol Proton diurine shg pH berkisar 4,8 (asam).

Kegagalan menahan keluarnya proton pHJadi basa Systim Dapar(buffer) Plasma. HPO4- & H2PO4 & NH4OH; merupakan sistim dapar ok mengikat proton.Keseimbangan a/ Ph & Amoniak tergtg kadar msg2 yg berbeda,bila Ph banyak maka NH3 sdkt

Amoniak plasma kecil ok ada detoxipikasi di hati (daur urea).Amoniak di ginjal dr Glutamin yi A A paling besar dalam plasma dr otot &hati Hidrolisa ikt.amida lalu desaminasi glutamat 2 Keto Glutarat Amoniak urine mengikat proton NH4OH Kira2 30-50 mmol/hariAsidosis Proton +NH3 meningkat urine. induksi glutaminase meningkat.Alkalosis Proton +NH3 berkurang diurine tapi dalam plasma meningkat.

KRITERIA ASAM BASA PRIMER

ASIDOSIS RESPIRATORIK- Penurunan ventilasi

- Peningkatan Pco2 yang menyebabkan peningkatan H2CO3 dan

ion H+

- Ditemukan pada :

1. Kerusakan pusat pernapasan di medula oblongata

2. Menurunnya kemampuan paru mengeliminasi CO2

Contohnya : obstruksi traktus respiratorius, pnemonia

- Kompensasimya :

1. Sistem buffer plasma

2. kompensasi ginjal

ALKALOSIS RESPIRATORIK- Peningkatan ventilasi

- Penurunan Pco2 yang menyebabkan penurunan H2CO3 dan

ion H+

- Ditemukan pada :

1. Neurosis bernapas berlebihan

2. Pendaki gunung (fisiologis)

- Kompensasimya :

1. Sistem buffer plasma

2. Kompensasi ginjal

Peranan Paru dalam Keseimbangan Asam Basa• Bekerja cepat menjaga konsentrasi

perubahan ion H+ dari perubahan besar sampai respon ginjal berhasil

• Mengontrol ion H+ dengan efektifitas 50 – 75 % dengan umpan balik pH 1 – 3

• Mempunyai 2 kali kemampuan kompensasi seluruh penyangga kimia.

• Bila [H+] lebih tinggi dari normal ventilasi alveolus meningkat, terjadi penurunan Pco2 atau sebaliknya

• Keseimbangan Asam Basa ;keadaan homeostatis kadar ion H2 darah.dan pH darah.• Asam senyawa kimia yg melepas H2 ;HClH+ Cl.• Basa : al HCO3- dan HPO- Systim mempertahankan pH darah;1.Systim Buffer. Yi. Zat yg bs mempertahankan pH darah bila diencerkan td asam lemah dan garamnya /basa konyugasinya atau basalemah & garamnya.2.Systim Pernapasan.; mengatur pengeluaran CO2. dan mekanisme napas diransang olehturunnya pH, Po2,peningkatan suhu..pelari maraton bisa terjadi Asidosis Metabolik-> prodiksi H2Co# -> HCO3 + H+

Kondisi asidosis metabolik penyebab ; Penyakit jantung, ginjal, DM ,Diarchea, hyperventilasi,Pendaki gunung dapat mengalami Alkalosis Metabolik, pemakaian O2 sedikit tapi CO2 dilepas banyak dgn hyperventilasi dalam. CO2 larut dgn air-> H2CO3 shg pH naik bisa disebabkan oleh rasa Cemas dan Hysteris.3. Systim Renal.melalui proses a. Sekresi H urine. b. Reabsorbsi dan sekresi Bikarbonat,

DIAGNOSTIK ASAM BASA

NOMOGRAM ASAM BASA

Kasus 1DIABETES MELITUS DEPENDEN

INSULIN•Riwayat Penderita: Wanita, 26 th, sudah diabetes sejak 12 th, bergantung suntikan insulin tiap hari untuk mencegah peningkatan glukosa dan badan keton darah. Koma di RS, sebelum masuk RS ada muntah-muntah selama 24 jam disertai rasa kantuk. •Secara klinis: dehidrasi dan tekanan darah menurun, denyut nadi cepat, pernapasan cepat dan dalam, bau napas : aseton•Analisa darah : glukosa 648 gr % urine : badan keton (+)

pH : 7,08 Pco2 : 30 mmHg [HCO3-] : 13 mmol/L

• Diagnosis : karena mengidap DM tergantung insulin, lalai suntik Insulin kondisinya seperti berpuasa walaupun makan tetap. Hati produksi badan keton, asam asetoasetat dan Beta hidroksibutirat. Jadi pasien ini menderita jenis asidosis metabolik yang disebut ketoasidosis.

• Diskusi : DM tergantung insulin, tidak suntik Insulin dibawah kulit tiap hari sehingga kadar Insulin darah terlalu rendah akibatnya asam lemak sebagai sumber energi asal depot lemak (adipositas) dimana hati memproduksi badan keton. Timbunan badan keton dalam darah menyebabkan asidosis metabolik = ketoasidosis diabetes (KAD)

• Tingkat asidosis diperbaiki yaitu diperkecil dengan mekanisme perangsangan pusat pernapasan dicetuskan oleh asidosis yaitu Kusmaul dimana CO2 dikeluarkan untuk meningkatkan pH darah dimana Pco2 dan [HCO3-] rendah (di RS : anaisa lab darah seperti diatas.

• Nilai normal dalam darah : • pH = 7,4 Pco2 = 40 mmHg [HCO3-] = 24 mmol/L

KASUS 2EMPYSEMA

•Riwayat Penderita: berpenyakit paru-paru kronis (empysema) bertambah jelek dalam periode tahunan, mengalami napas pendek kronis.•Analisa darah : pH : 7,38 Pco2 : 60 mmHg [HCO3

-] : 34 mmol/L•Diagnosis : karena penyakit paru kronis, irama respirasi tertekan menyebabkan Pco2 meningkat dikompensasi penyakit primer ini maka ginjal bertindak : meningkatkan ekskresi ion hidrogen dan meningkatkan reabsorpsi HCO3

-, hasilnya alkalosis metabolik.•Diskusi : Karena keadaan kronis, ginjal mempunyai waktu mengkompensasi keadaan ini, pH darah hanya sedikti dibawah normal menunjukkan bahwa tubuh tidak sempurna kompensasinya untuk asidosis respiratoriknya.

CONTOH GANGGUAN KESEIMBANGAN ASAM BASA CAMPURAN

Pco2 arteri

mmHg

pH Bikarbonat

(mmol/L)

Tanda-Tanda

40 25

31

60

60

32

22

50

7,40 7,60

7,51

7,22

7,37

7,65

7,35

7,07

24,5 24,5

24,5

24,5

35,0

35,0

11,0

15,0

Normal Alkalosis respiratorik berat (pasien dengan pernapasan buatan) Alkalosis respiratorik sedang (hiperventilasi ringan) Asidosis respiratorik tidak terkompensasi (hipoventilasi akibat overdosis narkotik) Asidosis respiratorik terkompensasi sebagian oleh alkalosis metabolik berasal dari ginjal (penyakit penyumbat paru kronik) Gabungan alkalosis respiratorik dan metabolik (pemberian ventilasi mekanik dalam waktu lama) Asidosis metabolik dengan alkalosis respiratorik sekunder (asidosis diabetik berat) Gabungan asidosis metabolik dan respiratorik (ventilasi yang sangat terteklan oleh sedasi berat)

TERIMAKASIH SELAMAT BELAJAR