Struktur dan Mekanisme Pernafasan
Roykedona Lisa Triksi
Mahasiswa Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida Wacana, Jakarta
Pendahuluan
Respirasi adalah pertukaran gas, yaitu oksigen (O²) yang dibutuhkan tubuh untuk
metabolisme sel dan karbondioksida (CO²) yang merupakan hasil dari metabolisme tersebut
yang kemudian dikeluarkan dari tubuh melalui paru. Dalam proses respirasi ini berperan
berbagai macam organ yang berfungsi untuk mengangkut udara dan sebagai alat pertukaran
udara.
Di organ-organ tersebut pun tentunya akan berhubungan dengan bagian-bagian lain
yang kemudian akan membentuk suara, berperan dalam proses menelan, dan proses batuk.
Maka dari itu dalam makalah ini, penulis akan menjelaskan struktur makro dan mikro dari
organ pernafasan, serta mekanisme pernafasan.
Struktur Organ Pernafasan
Secara sistematis sistem pernafasan dibagi menjadi dua, yaitu saluran pernafasan atas
dan saluran pernafasan bawah. Organ saluran pernafasan atas terletak di luar toraks, atau
rongga dada, sementara saluran pernafasan bawah terletak hampir seluruhnya di dalam toraks.
Saluran pernafasan atas terbagi atas bagian hidung, nasofaring, orofaring, laringofaring, dan
laring. Lalu, saluran pernafasan bagian bawah terbagi atas trakea, semua segmen percabangan
bronkus, dan paru-paru. Sedangkan jika dilihat dari fungsinya, sistem pernafasan juga
mencakup beberapa struktur aksesori, termasuk rongga mulut, sangkar iga, dan diafragma.1
Alamat korespondensi: Roykedona Lisa Triksi (102011207)Mahasiswa Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida Wacana Jl. Terusan Arjuna No.6 Jakarta Barat 11510 Telp. 021-56942061 Fax. 021-5631731 Email : [email protected]
1
I. Saluran Nafas Bagian Atas
Saluran nafas bagian atas ini berfungsi untuk menghangatkan, menyaring, dan melembabkan
udara yang masuk ke dalam tubuh. Organ saluran nafas bagian atas adalah sebagai berikut:
1. Rongga Hidung (Cavum Nasalis)
Gambar 1. Rongga hidung
Udara dari luar akan masuk lewat rongga hidung (cavum nasalis). Rongga hidung
berlapis selaput lendir, di dalamnya terdapat kelenjar minyak (kelenjar sebasea) dan kelenjar
keringat (kelenjar sudorifera). Selaput lendir berfungsi menangkap benda asing yang masuk
lewat saluran pernapasan. Selain itu, terdapat juga rambut pendek dan tebal didalam cavum
nasi yang disebut vestibulum yang berfungsi menyaring partikel kotoran yang masuk bersama
udara.2 Di dinding lateralnya terdapat 3 tonjolan tulang yaitu chonca nasalis superior (epitel
khusus), choncha nasalis medius dan chonca nasalis inferior (epitel bertingkat thorak bersilia
bersel goblet). Dimana chonca nasalis inferior terdapat banyak plexus venosus yang disebut
sweet bodies, yang berfungsi untuk menghangatkan udara pernapasan melalui hidung. Di
sebelah posterior rongga hidung terhubung dengan nasofaring melalui dua lubang yang
disebut choanae. Sedangkan yang berhubungan dengan lubang hidung anterior atau kearah
wajah disebut nares.3 Penyangga hidung terdiri dari tulang dan tulang rawan hialin. Rangka
bagian tulang terdiri dari os nasale, processus frontalis os maxillaris dan bagian nasal os
frontalis. Rangka tulang rawan hialinnya terdiri dari cartilago septum nasi, cartilago lateralis
nasi dan cartilago ala nasi major at minor.
2
Gambar 2. Otot hidung
Otot yang melapisi hidung merupakan bagian dari otot wajah. Otot hidung tersusun
dari musculus nasalis dan musculus depressor septum nasi.3
Perdarahan hidung bagian luar disuplai oleh cabang-cabang arteri facialis, arteri
dorsalis nasi cabang arteri opthalmika dan arteri infraorbitalis cabang arteri maxillris interna.
Pembuluh baliknya menuju vena facialis dan vena opthalmica. Sedangkan perdarahan untuk
rongga hidung terdiri dari arteri ethmoidalis anterior dan posterior, arteri sphenopalatina
cabang maxillaris interna, arteri palatina mayor dan arteri labialis superior. Dan vena-vena
pada rongga hidung akan membentuk plexus cavernosus yang terdiri dari vena
sphenopalatina, vena facialis dan vena ethmoidalis anterior dan berakhir di vena opthalmica.2
Persarafan otot-otot hidung oleh nervus facialis pada bagian motoriknya. Kulit sisi
medial punggung hidung sampai ujung hidung dipersarafi oleh cabang-cabang infratrochlearis
dan nasalis externus nervus opthalmicus/ N. V.1; kulit sisi lateral hidung dipersarafi oleh
cabang infraorbitalis nervus maxillaris/ N. V. 2. Sedangkan untuk rongga hidung dipersarafi
oleh nervus 1, nervus V, nervus ethmoidalis anterior, nervus infraorbitalis dan nervus canalis
pterygoidei.2
Kemoreseptor penghidu terletak di epitel olfaktorius/ N. 1 yaitu suatu daerah khusus
dari membran mukosa yang terdapat pada pertengahan kavum nasi dan pada permukaan
chonca nasalis superior. Epitel olfaktorius adalah epitel bertingkat torak bersilia yang terdiri
atas 3 jenis sel yaitu sel ofaktorius, sel penyokong dan sel basal. Dari nervus olfaktorius ini
akan membentuk bulbus olfaktorius dengan bersinaps pada dendrit-dendrit sel mitral
membentuk glomerulus olfaktorius dan akson sel mitral membentuk traktus olfaktorius. Dari
3
traktus olfaktorius impuls penghidu dihantarkan kepusat penghidu dikorteks serebri yaitu
uncus dan bagian anterior gyrus hipokampus dan terakhir kehipotalamus dan sistem limbik.4
2. Nasofaring
Nasofaring bersama orofaring, dan laringofaring merupakan bagian dari faring.
Faring sendiri merupakan percabangan dua saluran yakni traktus digestivus dan traktus
respiratorius. Faring berperan dalam proses menelan makanan.4 Rongga nasofaring ini
tidak pernah tertutup, berbeda dari orofaring dan laringofaring. Nasofaring berhubungan
dengan rongga hidung melalui choanae. Sedangkan yang berhubungan dengan orofaring
melalui isthimus pharingeum.4 Pada nasofaring ini terdapat pharyngeal tonsil dan tuba
eustachius. Nasofaring ini tersusun atas epitel bertingkat torak bersilia bersel goblet.2
3. Orofaring
Orofaring merupakan pertemuan rongga mulut dengan faring, disini terdapat pula
pangkal lidah. Pada dinding lateralnya terdapat tonsilla palatina yang masing-masingnya
terletak disinus tonsillaris. Berhubungan dengan rongga mulut melalui isthmus
oropharingeum. Makanan dalam bentuk bolus dari rongga mulut didorong masuk ke
orofaring. Bolus menekan uvula (tekak) sehingga menutup saluran menuju ke hidung. Hal
ini menjaga supaya makanan yang masuk tidak keluar ke hidung. Proses dilanjutkan
dengan menurunnya epiglotis yang menutup glotis. Bolus melalui laringofaring dan
masuk ke esophagus.4 Orofaring tersusun atas epitel berlapis gepeng tidak bertanduk.2
Gambar 3. Proses menelan
4
4. Laringofaring
Pada laringofaring ini terjadi persilangan antara aliran udara dan aliran makanan.
Laringofaring terdiri dari epitel bervariasi tetapi sebagian besar terdiri dari epitel berlapis
gepeng tidak bertanduk.2 Laringofaring akan berhubungan dengan laring melalui aditus
laringis.
5. Faring
Pada faring terdapat tiga otot lingkar/sirkular yakni musculus contrictor pharingis
inferior, musculus contrictor pharingis medius dan musculus constrictor pharingis
superior, serta tiga otot yang masing-masing turun dari processus styloideus, torus
tubarius cartilaginis tubae auditiva dan palatum molle, yakni musculus stylopharingeus,
musculus salpingopharingeus dan musculus palatopharingeus.
Perdarahan pada faring berasal dari arteri pharingea ascendens, arteri palatina
ascendens dan ramus ronsillaris cabang arteri facialis, arteri palatina major dan arteri
canalis ptrygoidea cabang arteri maxillaris interna dan rami dorsales linguae cabang arteri
lingualis. Pembulih balik membentuk sebuah plexus yang keatas berhubungan dengan
plexus pterygoidea dan kearah bawah bermuara kedalam vena jugularis interna dan vena
facialis. Persarafan pada faring berasal dari plexus pharingeus yang terdiri dari nervus
palatina minor dan nervus glossopharing.3
6. Laring
Laring sering disebut kotak suara, nama yang menunjukan salah satu fungsinya,
yaitu berbicara adalah saluran pendek yang menghubungkan faring dengan trakea. Laring
memungkinkan udara mengalir di dalam struktur ini, dan mencegah benda padat agar
tidak masuk ke dalam trakea.1 Laring merupakan suatu saluran yang dikelilingi oleh
tulang rawan. Terdiri atas cartilago threoidea, cartilago cricoidea dan cartilago arytaenoid
yang merupakan tulang rawan hialin dan cartilago epiglotis, cartilago cuneiformis dan
cartilago corniculata yang merupakan tulang rawan elastis.3
Laring berada diantara orofaring dan trakea, dianterior laringofaring. Tersusun atas
epitel bertingkat thorak bersilia bersel gepeng kecuali ujing plika vokalis meerupakan
epitel berlapis gepeng tidak bertanduk.2 Laring dapat ditutup oleh katup pangkal
tenggorok (epiglotis). Epiglotis atau kartilago epligotik adalah kartilago yang paling atas,
bentuknya seperti lidah dan keseluruhannya dilapisi oleh membran mukosa. Selama
menelan, laring bergerak ke atas dan epiglotis tertekan ke bawah menutup glotis.1 Gerakan
ini mencegah masuknya makanan atau cairan ke dalam laring. 5
Dibagian bawah epiglotis terdapat dua lipatan mukosa yang menonjol ke arah
lumen laring. Pasangan lipatan mukosa bagian atas menutupi ligamentum ventriculare dan
membentuk plica vestibularis, celah antara kedua plica ventricularis disebut rima
vestibuli. Pasangan lipatan mukosa dibagian bawah menutupi ligamentum vocale dan
membentuk plica vocalis yang berkaitan dengan pembentukan suara. Kedua plica vocalis
ini bersama permukaan medial kedua cartilago arytaenoid membentuk rima glotidis/glotis.
Dimana terdapat bagian yang sejajar dengan ligamnetum vocale terdapat otot skelet yang
disebut musculus vokalis yang berfungsi untuk mengatur ketengan pita suara dan
ligamentum sehingga udara yang melalui pita suara dpat menimbulkan suara dengan nada
yang berbeda-beda.5
Otot pada laring terbagi menjadi dua kelompok yakni kelompok ekstrinsik dan
kelompok intrinsik. Otot-otot ekstrinsik menghubungkan laring dengan sekitarnya dan
berperan dalam proses menelan; termasuk otot-otot tersebut adalah musculus
sternothyreoideus, musculus thyreohyoid dan musculus constrictor pharingis inferior.
Sedangkan musculus intrinsik laring berperan untuk fonasi. Otot yang termasuk dalam
musculus intrinsik laring adalah musculus cricoarytaenoid posterior, musculus
cricoarytaenoid lateral, musculus arytaenoid obliquus, musculus arytaenoid transversus,
musculus thyreoarytaenoid, musculus aryepigloticcus dan sekitarnya.
Perdarahan utama laring berasal dari cabang-cabang artery thyreodea superior dan
arteri thyroidea inferior. Persarafan berasal dari cabang-cabang internus dan externus
nervus laringeus superior dan nervus reccuren dan saraf simpatis.3
II. Saluran Nafas Bagian Bawah
1. Trakea
Trakea merupakan pipa silinder dengan panjang kurang lebih 11cm, berbentuk ¾
cincin tulang rawan seperti huruf C. Bagian belakang dihubungkan oleh membran
fibroelastik yang menempel pada bagian depan oesofagus. Trakea berjalan dari cartilago
cricoidea ke bawah pada bagian depan leher dan di belakang manubrium sterni, berakhir
pada setinggi angulus sternalis (taut manubrium dengan corpus sterni) tempatnya
berakhir, membagi menjadi bronkus kiri dan kanan. Di dalam leher, trakea disilang di
bagian depan oleh isthmus glandula thyroidhea dan beberapa vena.6 Trakea terdiri dari
16-20 cartilago berbentuk C yang dihubungkan oleh jaringan fibrosa. Konstruksi trakea
sedemikian rupa sehingga tetap terbuka pada semua posisi kepala dan leher.
6
Trakea diperdarahi oleh arteri thyreodea inferior sedangkan ujung thoracalnya
didarahi oleh cabang arteri bronchiales. Persarafan trakea berasal dari cabang tracheal
nervus vagi, nervus recurrens dan truncus symphaticus.3
2. Bronkus
Trakea yang berbifurkasio menjadi dua bagian, yaitu bronkus kanan dan
bronkus kiri. Bronkus kanan lebih lebar, pendek, dan lebih vertikal dari bronkus kiri.
Setiap bronkus sekitar setengah dari diameter trakea dan terdiri dari kartilago yang
sama, hanya dengan skala lebih kecil, yang dihubungkan dengan jaringan fibrosa.6
Dindingnya dilapisi hanya sedikit otot polos dan dilapisi epitel bersilia yang
mengandung kelenjar mukus dan serosa. Struktur bronkus sama dengan trakea, hanya
dindingnya lebih halus, kedudukan bronkus kiri lebih mendatar dibandingkan bronkus
kanan sehingga bronkus kanan lebih mudah terserang penyakit.
Kedua bronkus yang terbentuk dari belahan dua trakea pada ketinggian kira-
kira vertebra torakalis kelima mempunyai struktur serupa dengan trakea dan di lapisi
oleh jenis sel yang sama. Bronkus-bronkus itu berjalan ke bawah dan ke samping ke
arah tampak paru-paru. Bronkus kanan lebih pendek dan lebih lebar daripada yang
kiri, sedikit lebih tinggi dari arteri pulmonalis dan mengeluarkan sebuah cabang yang
disebut bronkus pulmonaris. Trakea terbelah menjadi dua bronkus utama. Bronkus ini
bercabang lagi sebelum masuk paru-paru, bronkus-bronkus pulmonaris bercabang dan
beranting lagi banyak sekali. Saluran besar yang mempertahankan struktur serupa
dengan yang dari trakea mempunyai dinding fibrosa berotot yahng mengandung bahan
tulang rawan dan dilapisi epitelium bersilia. Makin kecil salurannya, makin berkurang
tulang rawannya dan akhirnya tinggal dinding fibrosa berotot dan lapisan silia.
Bronkus terminalis masuk ke dalam saluran yang agak lain yang disebut
vestibula, dan disini membran pelapisnya mulai berubah sifatnya, lapisan epitelium
bersilia diganti dengan sel epitelium yang pipih. Dari vestibula berjalan beberapa
infundibula dan di dalam dindingnya dijumpai kantong-kantong udara itu. Kantong
udara atau alveoli itu terdiri atas satu lapis tunggal sel epitelium pipih, dan disinilah
darah hampir langsung bersentuhan dengan udara suatu jaringan pembuluh darah
kapiler mengitari alveoli dan pertukaran gas pun terjadi.2
7
3. Bronkioulus
Bronkiolus adalah percabangan dari bronkus. Saluran ini lebih halus dan
dindingnya lebih tipis. Bronkiolus kiri berjumlah dua. Sedangkan bronkiolus kanan
berjumlah tiga. Percabangan ini membentuk cabang yang lebih halus seperti
pembuluh.
Setelah melalui saluran hidung dan faring, tempat pernapasan dihangatkan dan
dilembabkan dengan uap air, udara inspirasi berjalan menuruni trakea, melalui
bronkiolus terminalis, bronkiolus respiratorius, duktus alveolaris, sakus alveolaris dan
alveolus. Antara trakea dan dan sakus alveolaris terdapat 23 kali percabangan pertama
saluran udara. 16 percabangan pertama saluran udara merupakan zona konduksi yang
menyalurkan udara kelingkungan luar. Bagian ini terdiri dari bronkus, bronkiolus
terminanalis. Tujuh percabangan berikutnya merupakan zona peralihan dari zona
respirasi, tempat terjadinya pertukaran gas dan terdiri dari bronkiolus respiratoriusm
duktus alveolaris, sakus alveolaris dan alveoli.3
Dinding bronkus dan bronkiolus dipersarafi oleh susunan saraf otonom.
Ditemukan banyak reseptor muskarinik dan perangsangan kolinergik mengakibatkan
bronkokontriksi. Disel mast, otot polos dan epitel bronkus didapatkan reseptor
adregenik β1 dan β2. Banyak dari reseptor tersebut tidak mempunyai persarafan.
Sebagian reseptor terletak pada ganglia ujung saraf kolinergik dan menghambat
penglepasan asetilcolin.7
4. Paru-paru
Paru terletak di kedua sisi jantung di dalam rongga dada dan dikelilingi serta
dijaga oleh sangkar iga. Bagian dasar paru terletak di atas diafragma; bagian apeks
paru (ujung superior) terletak setinggi klavikula.1 Paru-paru kanan terdiri dari tiga
lobus (superior, medial dan inferior). Paru-paru kiri terdiri dari dua lobus (superior dan
inferior). Selaput pembungkus paru-paru disebut pleura.
Pleura viseralis erat melapisi paru-paru, masuk ke dalam fisura, dan dengan
demikian memisahkan lobus saru dari yang lain. Membran ini kemudian dilipat
kembali di sebelah tampak paru-paru dan membentuk pleura parietalis, dan melapisi
bagian dalam dinding dada. Pleura yang melapisi iga-iga ialah pleura kostalis, bagian
yang menutupi diafragma ialah pleura diafragmatika, dan bagian yang terletak di leher
ialah pleura servikalis. Pleura ini diperkuat oleh membran yang kuat bernama
8
membran suprapleuralis (fasia sibson) dan di atas membran ini terletak arteri
subklavia.
Di antara kedua lapisan pleura itu terdapat sedikit eksudat untuk meminyaki
permukaannya dan menghindarkan gesekan antara paru-paru dan dinding dada yang
sewaktu bernapas bergerak. Dalam keadaan sehat, kedua lapisan itu satu dengan yang
lain erat bersentuhan. Ruang atau rongga pleura itu hanyalah ruang yang tidak nyata,
tetapi dalam keadaan tidak normal udara atau cairan memisahkan kedua pleura itu dan
ruang diantaranya menjadi jelas. Pleura disusun oleh jaringan ikat fibrosa dengan serat
elastin dan kolagen dan sel fibroblas, dilapisi oleh sel mesotel.
Mekanisme pernafasan
Pernapasan adalah suatu proses yang terjadi secara otomatis walau dalam keadaan
tertidur sekalipun karma sistem pernapasan dipengaruhi oleh susunan saraf otonom.
Menurut tempat terjadinya pertukaran gas maka pernapasan dapat dibedakan atas 2 jenis,
yaitu pernapasan luar dan pernapasan dalam. Pernapasan luar adalah pertukaran udara yang
terjadi antara udara dalam alveolus dengan darah dalam kapiler, sedangkan pernapasan dalam
adalah pernapasan yang terjadi antara darah dalam kapiler dengan sel-sel tubuh.
Masuk keluarnya udara dalam paru-paru dipengaruhi oleh perbedaan tekanan udara
dalam rongga dada dengan tekanan udara di luar tubuh. Jika tekanan di luar rongga dada lebih
besar maka udara akan masuk. Sebaliknya, apabila tekanan dalam rongga dada lebih besar
maka udara akan keluar. Mekanisme pernafasan dibagi ke dalam berbagai aspek yaitu:
1. Kapasitas dan Volume Paru
Jumlah udara yang masuk ke dalam paru setiap inspirasi (atau jumlah udara yang
keluar dari paru setiap ekspirasi) dinamakan volume alun napas ( tidal volume / TV).
Jumlah udara yang masih dapat masuk ke dalam paru pada inspirasi maximal, setelah
inspirasi biasa disebut volume cadangan inspirasi (inspiratory reserve volume / IRV).
Jumlah udara yang dapat dikeluarkan secara aktif dari dalam paru melalui kontrkasi otot
ekspirasi, setelah ekspirasi biasa disebut volume cadangan ekspirasi (ekspiratory reserve
volume / ERV), dan udara yang masih tertinggal di dalam paru setelah ekspirasi maksimal
disebut volme residu (residual volume / RV). Nilai normal berbagai volume dan istilah
yang digunakan untuk kombinasi berbagai volume paru tersebut. Ruang didalam saluran
napas yang tidak ikut serta dalam proses pertukaran gas dengan darah dalam kapiler paru
disebut ruang rugi pernapasan. Pengukuran kapasitas vital, yaitu jumlah udara terbesar
yang dapat dikeluarkan dari paru – paru setelah inspirasi maximal, seringkali digunakan di
9
klinik sebagai indeks fungsi paru. Nilai tersebut bermanfaat dalam memberikan informasi
mengenai kekuatan otot – otot pernapasan serta beberapa aspek fungsi pernapasan lain.
Fraksi volume kapasitas vital yang dikeluarkan pada satu detik pertama melalui ekspirasi
paksa dapat memberikan informasi tambahan, mungkin diperoleh nilai kapasitas vital
yang normal pada nilai FEV menurun pada penderita penyakit seperti asma, yang
mengalamai peningkatan tahanan saluran udara akibat konstriksi bronkus. Pada keadaan
normal, jumlah udara yang dinspirasikan selama 1 menit sekitar 6L. Ventilasi volunteer
maximal atau yang dahulu disebut kapasitas pernapasan maximum adalah volume gas
terbsesar yang dapat dimasukkan dan dikeluarkan selama 1 menit volunter. Pada keadaan
normal, MVV berkisarkan antara 125 – 170 L/menit.8
2. Otot-otot Pernafasan
Gerakan diafragma menyebabkan perubahan volume intratorakal sebesar 75 %
selama inpirasi tenang. Otot diafragma melekat di sekeliling bagian dasar rongga toraks,
membentuk kubah di atas hepar dan bergerak ke bawah seperti piston pada saat
berkontrkasi. Jarak pergerakan diafragma berkisar antara 1.5 sampai 7 cm saat inpirasi
dalam.
Diafragma terdiri atas 3 bagian : bagian kostal, dibentuk oleh serat otot yang
bermula dari iga – iga sekeliling bagian dasar rongga toraks, bagian krural, dibentuk oleh
serat otot yang bermula dari ligamentum sepanjang tulang belakang, dan tendon sentral,
tempat bergabungnnya serat – serat kostal dan krural. Serat – serat krural melintasi kedua
sisi esophagus. Tendon sentral juga mencakup bagian inferior pericardium. Bagian kostal
dank rural diafragma dipersarafi oleh bagian lain dari nervbus prenicus dan dapat
berkontrkasi secara terpisah. Sebagai contoh, pada waktu muntah dan bersendawa,
tekanan intra – abdominal meningkat akibat kontrkasi serat kostal diafragma, sedangkan
serat – serat krural tetap lemas, sehingga memungkina bergeraknya berbagai bahan dari
lambung ke dalam esophagus.
Otot inspirasi penting lainya adalah muskulus interkostalis eksternus yang berjalan
dari iga ke iga secara miring kea rah bawah dan kedepan. Iga- iga berputar seolah – olah
bersendi di bagian punggung, sehingga ketika otot interkostalis eksternus berkontraksi,
iga-iga dibawahnya akan terangkat. Gerakan ini akan mendorong sternum ke luar dan
memperbesar diameter anteroposterior rongga dada. Diameter transversal boleh dikatakan
tidak berubah. Masing –masing otot interkostalis eksternus maupun diafragma dapat
mempertahankan interkasi yang kuat pada keadaan istirahat. Potongan melintang medulla
10
spinalis di atas segmen servikalis ketiga dapat berakibat fatal bila tidak diberikan
pernapasan buatan, namun tidak demikiannya halnya bila dilakukan pemotongan di bawah
segmen servikalis ke lima, karena nerfus frenikus yang mempersarafi diafragma tetap
ututh, nerfus frenikus yang memersarafi diafragma tetap utuh, nervus frenicus timbul dari
medulla spinalis setinggi segmen servikal 3-5. Sebaliknya, pada penderita dengan paralisis
bilateral nervus frenikus yang mempersarafi diafragma tetap utuh, pernapasan agak sukar
tetapi cukup adekuat untuk mempertahankan hidup. Muskulus skalenus dan
sternokleidomastoideus di leher merupakan otot – otot inspirasi tambahan yang ikut
membantu mengangkat yang sukar dan dalam.
Apabila otot ekspirasi berkontrakasi, terjadi penurunan volume intratorakal dan
ekspirasi paksa. Kemampuan ini dimiliki oleh otot – otot interkostalis internus karena otot
ini berjalan miring ke arah bawah dan belakang dari iga ke iga, sehingga pada waktu
berkontrkasi akan menarik rongga dada ke bawah, kontrkasi otot dinding abdomen
anterior juga ikut membantu proses ekspirasi dengan cara menarik iga – iga ke bawah dan
ke dalam serta dengan meningkatkan tekanan intra abdominal yang akan mendorong
diafragma ke atas. 8
3. Pengaturan Pusat Pernafasan
Pusat kontrol pernapasan yang terdapat di batang otak menghasilkan pola napas
yang berirama. Pusat control pernapasan primer, pusat respirasi medulla, tridiri dari
beberapa agregat badan saraf ke otot – otot pernapasan. Selain itu, dua pusat pernapasan
lain terletak lebih tinggi di batang otak di pons – pusat pneumostatik dan pusat apneustik.
Kedua pusat di pons ini mempengaruhi sinyal kluar dari pusat pernapasan di medulla. Di
sini dijelaskan bagaimana berbagai region ini berinterkasi untuk menghasilkan irama
pernapasan. Neuron Inspirasi dan ekspirasi terdapat di pusat medula.
Kita menghirup dan menghembuskan napas secara ritmis karena kontrakasi dan
relaksasi bergantian otot – otot inspirasi yaitu diafragma dan otot interkostal eksternal,
yang masing – masing disarafi oleh saraf frenikus dan saraf interkostal. Badan – badansel
dari serat – serat saraf yang membentuk saraf ini terletak di medulla spinalis. Impuls yang
berasal dari pusat di medulla berakhir di badan – badan sel neuron motorik ini. Ketika
neuron motorik diaktifkan maka neuron tersebut sebaliknya mengaktifkan otot – otot
pernapasan, menyebabkan inspirasi; ketika neuron-neuron ini tidak menghasilkan impuls
maka otot inspirasi melemas dan berlangsunglah ekspirasi.8
11
Pusat pernapasan medulla terdiri dari dua kelompok neuron yang dikenal sebagai
kelompok repiratorik dorsal dan kelompok repiratorik ventral.
Kelompok respiratorik dorsal (KRD) terutama terdiri dari neuron
inpiratorik yang serat – serat desendens berakhir di neuron motorik yang
menyarafi otot inspirasi. Ketika neuron – neuron KRD ini melepas muatan
maka terjadi inspirasi, ketika mereka tidak menghasilkan sinyal terjadilah
ekspirasi. Ekspirasi diakhiri karena neuron – neuron inpiratorik kembali
mencapai ambang dan melepaskan muatan. KRD memiliki hubungan
penting dengan kelompok respiratorik ventral.8
Kelompok respiratorik ventral (KRV) terdiri dari neuron inspiratorik dan
neuron respiratorik yang keduanya tetap inaktif selama bernapas normal
tenang. Bagian ini diaktifkan oleh KRD sebagai mekanisme penguat
selama periode – periode saat kebutuhan akan ventilasi meningkat. Hal ini
terutama penting pada ekspirasi aktif. Selama bernapas tenang tidak ada
impuls yang dihasilkan di jalur desendens oleh neuron ekspiratorik. Hanya
ketika ekspirasi aktif barulah neuron ekspiratorik merangsang neuron
motorik yang menyarafi otot – otot ekspirasi. Selain itu, neuron – neuron
inspiratorik KRV, ketika dirangsang KRD, memacu aktivitas inspirasi
ketika kebutuhan akan ventilasi tinggi.8
Pengaruh dari Pusat Pneumostatik dan Apneustik
Pusat pernapasan di pons melakukan “penyesuain halus” terhadap pusat di
medula untuk membantu menghasilkan inspirasi dan ekspirasi yang lancer dan mulus.
Pusat pneumostatik mengirim impuls ke KRD yang membantu “memadamkan”
neuron-neuron inpiratorik sehingga durasi inspirasi dibatasi. Sebaliknya, pusat
apneustik mencegah neuron-neuron inspiratorik dipadamkan, sehingga dorongan
inspirasi meningkat. Dengan sistem check and balance ini, pusat pneumostatik
mendominasi pusat upneustik, membantu menghentikan inspirasi dan membiarkan
ekspirasi terjadi secara normal. Tanpa rem pneumostatik ini, pola bernapas akan
berupa tarikan napas panjang yang terputus mendadak dan singkat oleh ekspirasi. Pola
bernapas yang abnormal ini dikenal sebagai upnuapnustik. Apnusis, karena itu, pusat
yang mendorong tipe bernapas ini disebut pusat apnustik. Apnusis terjadi pada jenis
tertentu kerusakan otak berat.7
12
4. Inspirasi dan Ekspirasi
Paru-paru dan dinding dada adalah struktur elastic. Pada keadaan normal, hanya
ditemukan selapis tipis cairan diantara paru – paru dan dinding dada. Paru – paru dengan
mudah dapat bergeser sepnjang dinding dada, tetapi sukar untuk dipisahkan dari dinding
dada seperti halnya 2 lempengan kaca yang direkatkan dengan air dapat digeser tetapi
tidak dapat dipisahkan. Tekanan di dalam “ruang” antara paru – paru dan dinding kaca
(tekanan intrapleura) bersifat subatatmosferik. Pada saat kelahiran jaringan paru
dikembangkan sehingga teregang, dan pada akhir ekspirasi tenang, kecenderungan daya
recoil jaringan paru untuk menjauhi dinding dada diimbangi oleh daya recoil dinding dada
kearah yang berlawanan. Apabila dinding dada dibuka, paru – paru akan kolaps dan
apabila paru – paru kehilangan elastisitasnya, dada akan mengembang menyerupai bentuk
gentong. Proses ekspirasi tenang merupakan proses pasif yang akan menyertai diafragma
menjadi relaks dan mengembang, volume paru mengecil, beda tekanan negative dan udara
keluar.7
Inspirasi merupakan proses aktif. Kontrakasi otot-otot inspirasi akan meningkatkan
volume intrakolateral. Tekanan intrapleura di bagian basis paru akan turun dari nilai
normal sekitar - 2.5 mmHg pada awal inspirasi, menjadi – 6 mmHg. Jaringan paru
semakin teregang. Tekanan di dalam saluran udara menjadi sedikit lebih negative, udara
mengalir ke dalam paru. Pada akhir inspirasi, daya recoil paru mulai menarik dinding dada
kembali ke kedudukan ekspirasi, sampai tercapai keseimbangan kembali antara daya
recoil jaringan paru dan dinding dada. Tekanan di dalam saluran udara menjadi sedikit
lebih positif dan udara mengalir meninggalkan paru – paru. Selama pernapasan tenang,
ekspirasi merupakan proses pasif yang tidak memerlukan kontraksi otot untuk
menurunkan volume intratorakal. Namun pada awal ekspirasi, masih terdapat kontrakasi
ringan otot inspirasi. Kontraksi ini berfungsi sebagai peredam daya recoil paru dan
memperlambat ekspirasi.
Pada inspirasi kuat, tekanan intrapleura turun mencapai – 30 mmHg, menimbulkan
pengembangan jaringan paru yang lebih besar. Apabila ventilasi meningkat, derajat
pengempisan jaringan paru juga ditingkatkan melalui kontraksi aktif otot – otot ekspirasi
yang menurunkan volume intrakolateral.7
5. Perubahan Tekanan Terhadap Transport O2 & CO2
13
Tujuan utama bernapas adalah secara kontinyu memasuk O2 segar untuk diserap
oleh darah dan mengeluarkan CO2 dari darah. Darah bekerja sebagai sistem trnaspor untuk
O2 dan CO2 antara paru dan jaringan, dengan sel jaringan mengekstraksi O2 dari darah dan
mengeliminasi CO2 ke dalamnya.
Gas Mengalir Menuruni Gradient Tekanan Parsial
Pertukaran gas di tingkat kapiler paru dan kapiler jaringan berlangsung secara
difusi pasif sederhana O2 dan CO2 menuruni gradient tekanan parsial.
Tekanan Parsial
Udara atmosfer adalah campuran gas : udara kering tipikal mengandung 79%
nitrogen (N2) dan 21% O2 , dengan presentasi CO2, uap H2O, gas – gas lain dan polutan
hampir dapat diabaikan. Secara keseluruhan, gas – gas ini menimbulkan tekanan atmosfer
total sebesar 760 mmHg di permukaan laut. Tekanan total ini sama dengan jumlah
tekanan yang disumbangkan oleh masing – masing gas dalam campuran. Tekanan yang
ditimbulkan oleh gas tertentu berbanding lurus dengan presentasi gas tersebut dalam
campuran udara total. Setiap molekul gas, berapapun ukurannya, menimbulkan tekanan
yang sama; sebagai contoh, sebuah molekul N2 menimbulkan tekanan yang sama dengan
sebuah molekul O2. Karena 79% udara terdiri dari N2, maka 79% dari 760 mmHg tekanan
atmosfer, atau 600 mmHg, ditimbulkan oleh molekul – molekul N2 , demikian juga,
karena O2 membentuk 21% atmosfer, maka 21% dari 760 mmHg tekanan atmosfer, atau
160 mmHg, ditimbulkan oleh O2. Tekanan ayng ditimbulkan secara independen oleh
masing - masing gas dalam suatu campuran gas yang disebut gas parsial, yang
dilambangkan oleh Pgas, Karena itu, tekanan parsial O2 dalam udara atmosfer , PO2 ,
normalnya 160 mmHg. Tekanan parsial CO2 atmosfer, PCO2, hampir dapat diabaikan
(0.23 mmHg).9
Gas-gas yang larut dalam cairan misalnya darah / cairan tubuh lain juga
menimbulkan tekanan parsial. Semakin besar tekanan parsial suatu gas dalam cairan,
semakin banyak gas tersebut terlarut.
Gradien Tekanan Parsial
Perbedaan tekanan parsial antara darah kapiler dan struktur sekitar dikenal dengan
nama gradient tekanan parsial. Terdapat gradient tekanan parsial antara udara alveolus dan
darah kapiler paru. Demikian juga terdapat gradient tekanan parsial antara darah kapiler
sistemik dan jaringan sekitar. Suatu gas selalu berdifusi menuruni gradien tekanan
14
parsialnya dari daerah dengan tekanan parsial tinggi ke daerah dengan tekanan parsial
rendah, serupa dengan difusi menuruni gradient konsentrasi.9
PO2 dan PCO2 Alveolus
Komposisi udara alveolus tidak sama dengan komposisi udara atmosfer karena dua
alasan. Pertama, segere setelah udara atmosfer masuk ke saluran napas, pajanan ke saluran
napas yang lembab menyebabkan udara tersebut jenuh dengan H2O. Seperti gas lainnya, uap
air menimbulkan tekanan parsial. Pada suhu tubuh, tekanan parsial H2O adalah 47 mmHg.
Humidifikasi udara yang dihirup ini pada hakekatnya “mengencerkan” tekanan parsial gas –
gas inspirasi sebesar 47 mmHg. Karena jumlah tekanan – tekanan parsial harus sama dengan
760 mmHg. Dalam udara lembab, PH2O = 47 mmHg, PN2 = 53 mmHg dan PO2 = 150
mmHg.9
Kedua PO2 alveolus juga lebih rendah daripada PO2 atmosfer karena udara segar yang
masuk bercampur dengan sejumlah besar udara lama yang tersisa dalam paru dan dalam ruang
rugi pada akhir ekspirasi sebelumnya. Pada akhir inspirasi, kurang dari 15% udara di alveolus
adalah udara segar. Akibatnya pelembapan dan logis jika kita berpikir bahwa PO2 akan
meningkat selama inspirasi karena datangnya udara segarb dan menurun selama ekspirasi.
Namun fluktuasi yang terjadi kecil saja karena dua sebab. Pertama, hanya sebagian kecil dari
udara alveolus total yang dipertukarkan setiap kali bernapas. Volume udara inpirasi kaya O2
yang relative lebih kecil cepat bercampur dengan volume udara alveolus yang tersisa dengan
jumlah yang jauh lebih banyak. Karena itu, O2 udara inspirasi hanya sedikit meningkatkan
kadar PO2 alveolus total. Bahkan peningkatan PO2 yang kecil ini berkurang oleh sebab lain.
Oksigen secara terus menerus berpindah melalui difusi pasif menuruni gradien tekanan
parsialnya dari alveolus ke dalam darah. O2 yang tiba di alveolus dalam udara yang baru
diinpirasikan hanya mengganti O2 yang berdifusi keluar alveolus masuk ke kapiler paru.
Karena itu, PO2 alveolus relative konstan pada setiap 100 mmHg sepanjang siklus pernapasan.
Karena PO2 darah paru seimbang dengan PO2 alveolus, maka PO2 darah yang meninggalkan
paru juga cukup konstan pada nilai yang sama ini. Karena itu, jumlah O2 dalam darah yang
tersedia ke jaringan hanya bervariasi sedikit selama siklus pernapasan.9
Situasi serupa namun terbalik terjadi pada CO2. Karbon dioksida yang secara . secara
tetap ditambahkan ke darah di tingkat kapiler sistemik. Di kapiler paru, CO2 berdifusi
menuruni gradient tekanan parsialnya dari darah ke dalam alveolus dan kemudia dikeluarkan
15
dari tubuh sewaktu ekspirasi. Seperti O2, PCO2 alveolus relative tetap konstan sepanjang siklus
pernapasan tetapi dengan nilai yang lebih rendah yaitu 40 mmHg.
Kesimpulan
Batuk, serak dan sakit saat menelan seperti pada skenario dipengaruhi oleh mekanis
pernafasan yang mencakup otot-oto pernafasan, perubahan tekanan, inspirasi-ekspirasi,
pengaturan pusat pernafasan, kapasitas paru dan juga pengaruh tekanan terhadap transport O2
dan CO2 serta dipengaruhi oleh struktur organ pernafasan.
DAFTAR PUSTAKA
1. Asih NGY, Effendy C. Keperawatan medikal bedah: klien dengan gangguan sistem
pernafasan. Jakarta: Penerbit EGC; 2004.
2. Singh I. Teks dan atlas histologi manusia. Jakarta: Binarupa Aksara; 2006; 115-20.
3. Drake RL, Vogl W, Mitchell AWM. Gray’s anatomy for students. 1st ed. Philadelpia:
Elsevier Churchill Livingstone; 2005; 102-52.
4. Woodburne RT. Essential of human anatomy. 6th ed. New York: Oxford Universty;
2007; 181-200.
5. Sloane E. Anatomi dan fisiologi. Jakarta: Penerbit EGC; 2004; 266-8.
6. Gibson J. Fisiologi dan anatomi modern untuk perawat. Jakarta: Penerbit EGC; 2003.
7. Woodson G.E. Upper airway anatomy and function. Philadelphia: Lippincot Williams
& Wilkins; 2005; 479-86.
8. Guyton AC, Hall JE. Buku ajar fisiologi kedokteran. Jakarta: Penerbit EGC; 2006;
498-9.
9. Ganong WF. Buku ajar fisiologi kedokteran. Jakarta: Penerbit EGC; 2008; 669-708.
16
Top Related