SpirometerSpirometer adalah alat untuk mengukur aliran udara yang masuk dan keluar paru-paru dan dicatat

dalam grafik volum per waktu.

Sejarah Terciptanya Spirometer

129-

200

A.D.

Galen melakukan eksperimen ‘volumetric’ terhadap saluran

udara manusia. Dia menyuruh seorang anak menghirup dan

mengeluarkan udara dan menemukan volum gas,setelah

beberapa waktu,tetap. Galen menemukan ukuran yang

mutlak dari ukuran paru-paru.

1681 Borelli mencoba untuk mengukur volume inspirasi dalam satu

kali bernafas. Dia melakukannya dengan menghisap cairan

dari tabung silinder.

1718 Jurin J. meniupkan udara dalam kantung dan mengukur

volume udara menggunakan prinsip arcimedes. Dia mengukur

650 ml volum tidal dan volume ekspirasi maksimal sebanyak

3610 ml.

1788 Goodwyn E. menghisap air ke dalam bejana berisi udara yang

sudah diukur beratnya dalam skala. Dia menyebutkan bahwa

kapasitas vital paru-paru dapat mencapai 4460 ml. Dia

memeriksa temperaturnya, tapi dia tidak menggunakan nose-

clip.

1793 Abernethy mencoba untuk menentukan seberapa jauh

kadaluarsa gas yang dihabiskan oksigen. Dia mengumpulkan

gas-gas kadaluarsa di sekeliling merkuri. Abernethy

mengukur kapasitas vital paru-paru adalah 3150 ml.

1796 Menzies R. mencelupkan seorang laki-laki ke dalam air berisi

lebih dari satu barel ke dagunya dan mengukur kenaikan dan

penurunan tingkatan sekitar dagu. Dengan metode ‘body

plethysmography’, dia menentukan volume tidal paru-paru.

1799 Pepys W.H. jun. menemukan volum tidal  biasa menjadi 270

ml dengan menggunakan  dua gasometer air raksa dan

sebuah gastometer biasa.

1800 Davy H. mengukur kapasitas vital paru-parunya sendiri

sebesar 3110 ml. volume tidal paru-paru sebesar 210 ml

menggunakan gasometer dan volume residu paru-paru

sebesar 590-600 ml menggunakan metode pengenceran

hidrogen atau hydrogen dilution method.

1813 Kentish E. menggunakan Pulmometer yang cukup sederhana

untuk mempelajari volum saluran udara ketika sakit.

1831 Thrackrah C.T. menggambarkan pulmometer mirip dengan

Kentish, tetapi udara memasuki botol kaca dari bawah.

Disana tidak terdapat perbaikan untuk tekanan, sehingga

pengukuran mesin tidak hanya terpaku pada volume respirasi

tetapi juga kekuatan dari otot-otot ekspirasi.

1844 Maddock, A.B. mempublikasikan di Lancet, sebuah surat

untuk editor tentang “Pulmometer” nya. “Penemuan luar

biasa yang saya temukan sangat berguna untuk mengukur

kekuatan dari paru-paru di dalam lingkungan dan kondisi

yang berbeda.” Maddock tidak menyebutkan Thrackrah atau

Kentish.

1845 Vierordt mempublikasikan bukunya ‘Physiologie des Athmens

mit besonderer Rücksicht auf die Auscheidung der

Kohlensäure’. Walaupun Vierordt tertarik tentang penentuan

penghembusan nafas, dia telah melakukan penentuan

parameter volume dengan seksama. Dalam percobaannya dia

menggunakan ‘expirator’. Vierordt mendeskripsikan beberapa

parameter tersebut masih digunakan dewasa ini dalam

spirometer modern. Sebagai contoh  volume residu

(‘Rückständige Luft’), kapasitas vital (‘vitales

Atmungsvermögen’), …

1852

(184

4)

John Hutchinson mempublikasikan laporannya tentang air di

spirometer yang tetap digunakan sampai hari ini hanya

dengan perubahan kecil (perubahan besar yang terjadi

sekarang adalah penambahan alat pengukur grafik dan waktu

dan reduksi masa bel). Hutchinson mencatat kapasitas vital

paru-paru 4000 orang dengan spirometernya. Dia

mengklasifikasikan manusia, sebagai contoh ‘Paupers’, ‘First

Battalion Grenadier Guards’, ‘Pugilists and Wrestlers’, ‘Giants

and Dwarfs’, ‘Girls’, ‘Gentleman’, ‘Deseased cases’. Dia

menunjukan bahwa kapasitas vital paru-paru berbanding

lurus dengan tinggi dan dia pun menunjukan bahwa kapasitas

vital paru-paru tidak memiliki kaitan dengan berat badan.

Hutchinson telah memulai pekerjaannya dengan spirometers

pada tahun 1844.

1854 Wintrich mengembangkan spirometer yang sudah

diperbaharui, pengunaan spirometer ini lebih sederhana

dibandingkan dengan spirometer Hutchinson. Wintrich

menguji 4000 orang dengan spirometernya. Terdapat 500

kasus tentang penyakit di paru-paru. Dia menyimpulkan ada 3

parameter yang menentukan kapasitas vital paru-paru yaitu

tinggi badan, berat badan dan umur.

Prinsip Kerja Spirometer

Spirometer menggunakan prinsip salah satu hukum dalam fisika yaitu hukum Archimedes. Hal ini

tercermin  pada saat spirometer  ditiup, ketika itu tabung yang berisi udara akan naik turun karena

adanya gaya dorong ke atas akibat adanya tekanan dari udara yang masuk ke spirometer.

Spirometer juga menggunakan hukum newton yang diterapkan dalam sebuah katrol . Katrol ini

dihubungkan kepada sebuah bandul yang dapat bergerak naik turun. Bandul ini kemudian

dihubungkan lagi dengan alat pencatat yang bergerak diatas silinder berputar.

Cara Kerja

Sebenarnya cara kerja spirometer cukup mudah yaitu sesorang disuruh bernafas (menarik nafas

dan menghembuskan nafas) di mana hidung orang itu ditutup. Tabung yang berisi udara akan

bergerak naik turun, sementara itu drum pencatat bergerak putar (sesuai jarum jam) sehingga

pencatat akan mencatat sesuai dengan gerak tabung yang berisi udara. Hasil pencatatan akan

terlihat seperti gambar di bawah ini.

Hasil pencatatan akan terlihat seperti gambar di bawah ini.

Pada waktu istirahat, spirogram menunjukkan volume udara paru-paru 500 ml. Keadaan ini disebut

tidal volume. Pada permulaan dan akhir pernafasan terdapat keadaan reserve; akhir darisuatu

inspirasi dengan suatu usaha agar mengisi paru-paru dengan udara, udara tambahan ini

disebut inspiratory reserve volume, jumlahnya sebanyak 3.000 ml. Demikian pula akhir dari

suatu respirasi, usaha dengan tenaga untuk mengeluarkan udara dari paru-paru, udara ini disebut

dengan expiratory reserve volume yang jumlahnya kira-kira 1.100 ml. Udara yang tertinggal

setelah ekspirasi secara normal disebut fungtional residual capacity (FRC). Seorang yang

bernapas dalam keadaan baik inspirasi maupun ekspirasi, kedua keadaan yang ekstrim ini

disebut vital capacity.

Dalam keadaan normal, vital capacity sebanyak 4.500 ml. Dalam keadaan apapun paru-paru tetap

mengandung udara, udara ini disebut residual volume (kira-kira 1.000 ml) untuk orang dewasa.

Untuk membuktikan adanya residual volume, penderita disuruh bernafas dengan mencampuri udara

dengan helium, kemudian dilakukan pengukuran fraksi helium pada waktu ekspirasi. Di klinik

biasanya dipergunakan spirometer. Penderita disuruh bernafas dalam satu menit yang

disebutrespiratory minute volume. Maksimum volume udara yang dapat dihirup selama 15 menit

disebut maximum voluntary ventilation. Maksimum ekspirasi setelah maksimum inspirasi sangat

berguna untuk mengetes penderita emphysema dan penyakit obstruksi jalan pernafasan. Penderita

normal dapat mengeluarkan udara kira-kira 70% dari vital capacity dalam 0.5 detik.; 85% dalam satu

detik; 94% dalam 2 detik; 97% dalam 3 detik. Normal peak flow rate 350-500 liter/menit.

Manfaat Spirometer

Pengukuran Laju Metabolisme

Dalam penetapan laju metabolisme, konsumsi Oksigen umumnya diukur dengan menggunakan

spirometer yang diisi dengan O2 dan suatu sistem yang mengabsorpsi CO2. Bandul Spirometer

dihubungkan dengan alat pencatat yuang bergerak diatas suatu silinder yang berputar, sementara

bandul bergerak naik turun.Dengan menarik garis sepanjang grafik yang dibuat,akan diperoleh

suatu kemiringan tertentu yang sebanding dengan besarnya konsumsi O2.Jumlah O2 yang dipakai

(dalam ml) persatuan waktu dikoreksi pada suhu dan tekanan standar,kemudian dikonversikan

menjadi energi yaitu dengan dikalikan 4,82 kcal/L O yang dipakai.

Laju metabolisme dipengaruhi banyak faktor.Yang terpenting adalah kerja otot.Konsumsi O

meningkat tidak hanya pada kerja otot,tetapi juga setelahnya sepanjang diperlukan untuk O

debt.Pemberian makanan juga akan meningkatkan laju metabolisme,karena adanya “spesific

dynamic action” (SDA).SDA suatu makanan adalah besarnya energi yang diperliukan untuk proses

asiimilasi makanan tersebut dalam tubuh.Sejumlah protein yang dapatr menghasilkan 100 kcal,akan

meningkatkan laju metabolisme sebesar 30 kcal.Hidrat arang dalam jumlah yang sama akan

menyebabkan peningkatan sebesar 6 kcal,dan lemak akan meningkatkan laju metabolisme sebesar

4 kcal.Tentu saja ini berarti bahwa jumlah kalori yang dihasilkan oleh ketiga jenis bahan makanan

tersebut akan dikurangi oleh besarnya SDA,dan energi yang diperlukan untuk proses asimilasi ini

dapat diperoleh dari makanan itu sendiri atau diambil dari simpanan energi tubuh.Penyebab SDA

belum jelas.SDA mungkin sebagian disebabkan karena kenaikan perangsangan simpatis setelah

makan,dengan peningkaytan pengeluaran epinefrin dan norepinefrin dan akibatnya terjadi

peningkatan laju metabolisme.SDA protein mungkin juga dihubungkan dengan proses deaminasi

asam amino dalam hati.SDA dari lemak mungkin disebabkan karena adanya stimulasi langsung

terhadap proses metabolisme oleh adanya asam lemak bebas.Sedang pada hidrat arang mungkin

merupakan manifestasi kebutuhan energi ekstra untuk membentuk glikogen.Efek stimulasi daripada

makanan terhadapa proses metabolisme dapat berlangsung selama 6 jam atau lebih.

Faktor lain yang merangsang metabolisme adalah suhu lingkungan.Bila suhu lingkungan lebih

rendah dari suhu tubuh,mekanisme untuk mempertahankan suhu tubuh akan digiatkan,misalnya

dengan menggigil,dan laju metabolisme akan meningkat.Bila suhu lingkungan cukup tinggi hingga

mengakibatkan meningkatnya suhu tubuh,terjadi peningkatan proses metabolisme secara

keseluruhan,dan laju metabolisme juga meningkat.