BAB III SISTEMA RESPIRASI
A. PENDAHULUAN
Pokok bahasan sistema respirasi yang dibahas kali ini meliputi anatomi dan fungsi dari organ dan respirasi dimulai sejak mulut hingga alveoli. Selanjutnya akan dibahas pula tentang terjadinya tentang inspirasi dan akspirasi, pertukaran gas di dalam paru yakni aliran oksigen dari paru menuju ke jaringan dan aliran CO2 dari jaringan ke paru, dengan penekanan terhadap mekanisme fisis dan kimia juga adanya kemampuan darah untuk membawa O2 dan CO2, serta pengikatan O2 terhadap hemoglobin. Kontrol respirasi merupakan bagian yang penting pula dikaji. Untuk hal ini, lebih dahulu harus dikuasai daerah-daerah pons dan medula oblongata yang dapat mempengaruhi respirasi.
Pertukaran Gas
Secara umum, suatu pernafasan ditandai dengan pertukaran antara oksigen (02) dan karbondioksida (CO2), atau sebaliknya. Kontak antara cairan tubuh dengan udara diperantarai oleh traktus respiratorius, yang dimulai dari rongga hidung dan cavitas oralis dan berakhir pada sejumlah besar saccus (kantung) yang disebut Alveoli, suatu bagian terdalam dari paru. Selama inspirasi, udara berjalan dari atmosfir melalui hdung (mulut), menuju ke faring, sampai akhirnya menuju trachea. Dalam waktu tersebut terjadi penghangatan dan pengambilan uap air, setelah sampai di trachea, udara mengalir melalui bronchi, bronchioli, dan duktus alveolaris yang akhirnya mencapai alveoli, tempat terjadinya pertukaran gas O2 dan CO2. Terjadinya ekspirasi mempunyai jalur yang sama dengan inspirasi (pengambilan udara dari luar) hanya saj a dengan arah yang berlawanan. Trachea dan bronchus mempunyai (terdiri atas) atas cartilago dan beberapa otot polos. Mereka dibatasi oleh sesuatu lapisan sel efiperal yang mempunyai struktur seperti rambut, disebut dengan cilia. Nampaknya sel ini .menyekresikan mukus secara terus menerus yang kemudian melalui fungsiilia akan diarahkan untuk menjauhi paru. Proses yang demikian ini merupakan proses yang sangat efisien untuk penyaringan partikel debu secara tidak sadar tertelan. Cabang yang lebih kecil lagi (bronchioli) juga mengandung otot polos (tetapi bukan kartilago), chilia atau glandula mukus. Partikel-partikel yag tersimpan didalam bronchioli dan alveoli akan diambil untuk machropag yang ada di dalam alveoli. Sirkulasi pulmonari mengangkut darah dari jantung bagian kanan ke alvioli. Tekanan di dalam sirkulasi pulmo adalah kecil.; tekanan rata-rata hanya berkisar 15 mmHg, kira-kira Universitas Gadjah Mada
1
1/7 adri tekanan rata-rata di dalam aorta. Jadi, karena aliran darah yang melalui sirkulasi pulmonari dan sirkulasi sistemik seimbang, maka resistensi di dalam sirkulasi pulmonari dan sirkulasi pasti juga kecil. Tekanan dan resistensi dari sirkulasi pulmonari harus dipertahankan rendah, sehingga aliran dapat dipelihara untuk menurunkan kerja jantung bagian kanan. Tambahan lagi, tekanan yang rendah di dalam kapiler pulmonari mendorong cairan keluar dan segera masuk ke dalam daerah alveolar. Pada saat tersebut tekanan onkotik di dalam protein plasma menggambarkan cairan yang ada didalamnya. Selanjutnya, pembuluh darah paru mempunyai respon yang spesifis yakni menurunkan konsentrasi 02 yang terlarut di dalam plasma darah. Tidal( seperti arteriola pada sirkulasi sistemik, yang hampir selalu berdilatasi, arteriola paru akan mengalami vasokonstriksi sebagai respon terhadap rendahnya konsentrasi O2 di dalam plasma secara lokal. Kondisi ini dipandang menguntungkan karena dapat menghambat darah keluar dari area paru yang hanya mempunyai sedikit ventilasi dan tidak dapat menyediakan sumber 02 secara cukup. Mekanisme Pernafasan
Pertukaran gas secara efisien hanya akan terjadi jika alveoli secara teratur terisi dengan udara segar ; dalam hal ini akan terjadi siklus pernafasan dimana udara dipompa ke dalam dan keluar dari alveoli. Struktur paru — paru merupakan struktur yang pasif. Mereka berhubungan dengan rongga dada melalui suatu lapisan tipis yang terisi cairan yang disebut dengan cairan pleural. Selama mekanisme pernafasan terdapat dua hal yang penting yakni inspirasi yang bersifat aktif dan ekspirasi yang bersifat pasif. Selama inspirasi, rongga dada mengalami pembesaran. Pembesaran ini terjadi akibat adanya kontraksi diafragma. Pada saat terjadi pernafasan yang normal, diafragma bergerak ( mengembung ) +- 1 cm, namun selama pernafasan yang dipaksakan, pengembangan dapat terjadi sampai 10 cm. Kontraksi dari muskulus intercostalis externa juga ikut bertanggung jawab terhadap pengembangan rongga dada melalui penarikan rusuk sehingga menjadi lebih horizontal, dan ini dapat mengakibatkan peningkatan lebar rongga dada. Expirasi merupakan peristiwa pasif. Muskulus inspirasi dapat bersifat relax. Dikatakan pasif karena kejadian ekspirasi hanya terjadi karena kembalinya rongga dada ke dalam posisi semula. Selama ekspirasi yang dipaksakan, beberapa muskulus akan menjadi aktif. Muskulus — muskulus pada dinding abdominal berkontraksi, mendorong diafragma, terjadi kontraksi muskulus intercostalis internal sehingga rusuk akan tertarik kearah bawah. Aksi demikian inilah yang dapat menyebabkan percepatan keluarnya udara.
Universitas Gadjah Mada
2
Volume Paru dan Ventilasi
Volume udara yang bergerak keluar atau masuk ke dalam paru setiap menit disebut dengan ventilasi paru. Istilah ini diambil berdasarkan tidal volume ( setiap pernafasan) dan jumlah pernafasan tiap menit. Selama pernafasan normal, kira — kira 6 L/ menit (tidal volume, 0,5 L per 1 kali pernafasan x 12 kali pernafasan per menit ), tetapi keduanya baik kedalaman tiap — tiap pernafasan dan laju pernafasan dapat sangat bervariasi, tergantung kebutuhan tubuh. Pada kondisi intirahat, tidal volume merupakan fraksi yang kecil dari kapasitas total volume paru, dan sctiap ekspirasi yang paling dalam tidak dapat mengeluarkan seluruh udara, selalu ada sejumlah kecil udara yang tersisa di dalam alveoli. Untuk mengevaluasi hubungan antara pernafasan yang dikategorikan normal dan abnormal, telah diadakan pcmbagian berdasarkan perubahan volume udara di dalam paru pada stadium yang berbeda yaitu : 1. Tidal volume yakin jumlah udara yang bergerak ke dalam dan keluar setiap kalipernafasan normal. 2. Volume cadangan inspirasi adalah volume udara yang masih dapat dihirup pada akhir inspirasi yang normal. 3. Volume cadangan ekspirasi adalah volume udara tambahan yang masih dapat dikeluarkan pada akhir pengeluaran udara ( ekspirasi ) normal. 4. Kapasitas vital adalah jumlah terbesar udara yang masih dapat digerakkan ( dihembuskan) setelah suatu inspirasi maksimal. Jumlah terbesar udara yang masih dapat dikeluarkan setelah inspirasi maksimal adalah jumlah butir 1,2 dan 3. 5. Volume residu adalah jumlah udara yang masih tersisa di dalam paru setelah ekspirasi maksimal. 6. Kapasitas residual fungsional adalah " Volume Istirahat ". Jumlah udara yang tertinggal didalam paru sesaat sebelum inspirasi normal, dan ini merupakan penjumlahan butir 2 dan 5. 7. Kapasitas total paru, volume paru maksimum ( setelah inspirasi maksimal ). Kondisi ini merupakan penjumlahan dari butir 4 dan 5.
Difus, Oksigen dan Karbondioksida di Dalam Paru
Difusi Oksigen (O2 ) dan karbondioksida ( CO2 ) di dalam alveoli paru bersifat sangat kompleks karena molekul — molekul ini bergerak melalui permukaan udara — air. Untuk menggambarkan pergerakan ini, perlu pengetahuan mengenai fase cair dan fase gas. Universitas Gadjah Mada
3
Terdapat 3 hal yang pokok untuk menentukan kecepatan difusi gas di dalam tubuh ; (1) gradien di dalam tekanan partial, ( 2 ) area permukaan yang memungkinkan untuk terjadinya difus dan ( 3 ) perbesaran jarak difusi. Meskipun oksigen selalu mengalir gradien tekanan partial dari atmosphere ke mitokondria, pergerakan untuk menempuh jarak yang panjang ( antara atmosphere dan alveoli juga antara paru dan jaringan sistemik ) dikendalikan sehingga aksi pemompaan respiratori serta muskulus cardiac. Dalam kasus ini aliran menjadi sangat cepat / penting. Difusi merupakan suatu mekanisme transportasi yang paling efektif hanya pada jarak yang pendek yakni antara elveoli dan darah, dan antara darah dan jaringan. Fungsi Hemoglobin
Seperti pada beberapa kasus umumnya, oksigen dapat larut di dalam larutan darah, meskipun tidak dapat mencapai kadar 100 persen. Pada PO2 = 100 mmHg, tekanan yang ada di dalam darah arterial yang output cardiac yang normal, oksigen yang terlarut hanya mencapai 6 % dari kebutuhan tubuh. Selama aktivitas, kadar ini akan menjadi semakin turun lagi. Oleh karenanya, di cari suatu jalan alternatif lain yang dapat mencukupi kebutuhan oksigen. Sebagian besar oksigen di bawa oleh darah yang di kombinasikan dengan Hemoglobin (Hb ), suatu zat besi yang mengandung protein yang terdapat di dalam eritrosit. Hb dapat membawa sedikitnya 70 kali oksigen dibandingkan dengan kelarutan oksigen secara biasa. Meskipun karbondioksida mempunyai sifat yang lebih terlarut dibandingkan oksigen, namun pengikatan karbondioksida terhadap plasma dan eritrosit mempunyai cara yang berbeda. Sebagian besar CO2 bereksi dengan air untuk membentuk asam karbonat ( H2CO3 ), yang akan berdiasosiasi ke dalam H+ dan bicarbonat ( HCO3-) sesuai dengan reaksi : H20 + CO2 -> H2CO3 -> H+ + HCO3Fraksi — fraksi yang lain dari CO2 akan berkaitan dengan kelompok amino yang lain untuk membentuk carbamino hemoglobin. Kemampuan Hb untuk mengikat oksigen sangat tergantung kepada keberadaan heme di dalam molekul. Heme, suatu non polypeptide, terdiri dari bagian organik dan atom besi; Heme akan menyebabkan warna merah pada darah. Zat besi yang terkandung di dalam heme mempunyai 2 macam volensi; yakni volensi 2 (ion ferro ) dan valensi 3 (ion ferri ). Hanya zat besi yang bervalensi 2 yang dapat mengikat oksigen. Hb dengan zat besi bervalensi 3 mempunyai warna yang lebih gelap, disebut methemoglobin dan tidak dapat mengikat oksigen. Kelompok heme bergabung dengan rantai polipeptida besar dan bersama — sama ( heme + rantai polipeptida) selanjutnya disebut sebagai subunit. Seluruh molekul Hb yang Universitas Gadjah Mada
4
mempunyai BM 64.450 terdiri dari 4 sub unit. Ketika heme dilarutkan ke dalam air, ia akan mengikat O2 namun hanya bersifat sementara karena akan segera diubah dari ion ferro menjadi ion ferry. Namun bila senyawa tersebut sudah teijadi dalam bentuk sub unit, ikatan O2 akan bersifat lebih lama ion tetap bersifat ferro. Meskipun beberapa konversi (pengubahan ) terjadi dalam laju yang rendah, tetapi eritrosit mengandung enzim yang dapat mengubah methemoglobin berubah kembali menjadi Hb. Myoglobin, suatu senyawa yang menyerupai Hb mengandung heme dan rantai polipeptida yang serupa, namun hanya mengandung satu sub unit. Myoglobin mampu mengikat O2 pada kondisi PO2 yang sangat rendah. Ini berarti bahwa myoglobin tidak mampu mengikat O2 dalam kondisi PO2 tinggi. Fungsi myoglobin yang paling utama adalah menyimpan O2 di dalam otot, dan O2 tersebut hanya akan dilepaskan bila PO2 menjadi sangat rendah, misalnya saja dalam kondisi exercise yang berat, meskipun tidak seefektif pengangkutan O2 di dalam darah. Dengan demikian dapat dibayangkan bahwa sub unit tunggal yang lain merupakan afinitas terhadap O2 yang lebih rendah sehingga tidak dapat membawa O2 sampai ke paru. Dipihak lain, beberapa tipe lain mengikat O2 terlalu erat. Lebih cocok untuk membawa O2 sampai ke paru. Sedangkan yang kurang erat dalam efektif bekerja dalam pengangkutan oksigen ke jaringan. Kontrol Respirasi
Secara keseluruhan tergantung kepada sistem syaraf. Sistem syaraf yang mengendalikan kontrol respirasi terbagi menjadi: (1) Kontrol volunter, berasal dari syaraf korteks cerebral, yang mengirim impuls dari neuron Corticospinal ke neuron motorik yang berlokasi di sumsum tulang. Sistem volunter ini dapat menghambat maupun merangsang pula respirasi yang normal secara otomatis. (2) Kontrol otomatis yang berasal dari pusat otak yang lebih rendah, di dalam pons dan medulla. Impuls timbul di dalam sustu sistem ini kemudian melambat di dalam sumsum tulang untuk mengontrol muskulus respiratorius, tetapi mereka berjalan di sepanjang traktus syaraf yang terletak di bagian lateral dan ventral sumsum, dan terpisah dari traktus kortikospinal. Pada umumnya neuron motorik terhadap atot ekspirasi dihambat selama inspirasi.
Universitas Gadjah Mada
5
C. PENUTUP
Sebagai akhir perkuliahan, telah disajikan beberapa latihan bagi mahasiswa dengan harapan agar mahasiswa dapat memahami dan menguasai dasar-dasar sistema respiratotius. Latihan: 1. Sebutkan definisi: eupnea, dyspnea, apnea, polipnea? 2. Sebutkan juga definisi: tidal volume, volume residum, dan kapasitas total paru? 3. Apa yang dimaksud dengan Reflek Heing Breuner? 4. Bagaimana O2 dapat ditukar dengan CO2 di dalam kapiler? 5. Jelaskan secara singkat perbedaan antara oksihemoglobin dan methemoglobin? 6. Apa pula yang dimaksud dengan myoglobin? 7. Kontrol respirasi di kendalikan oleh apa saja? Jelaskan secara runtut! 8. Mengapa respirasi disebut dengan peristiwa yang aktif sedangkan ekspirasi merupakan hal yang pasif?
Universitas Gadjah Mada
6
