Pernahkah anda merasa kesulitan bernafas? Sampai berapa lamakah anda dapat bertahan dalam kesulitan bernafas? Kita dapat bertahan tidak bernafas untuk beberapa menit. Mengapa demikian? Karena bernafas mengambil oksigen untuk metabolisme seluler dan mengeluarkan CO2 sebagai sisa metabolisme yang harus dikeluarkan dari dalam tubuh.
Pada bab ini akan dipelajari tentang:
* Sistem pernafasan: hidung, faring, trakhea, paru-paru
* Tahapan pernafasan
* Frekuensi pernafasan
* Transpor karbondioksida
* Pengukuran udara pernafasan
* Kelainan dan Penyakit Sistem Pernafasan
Sistem pernafasan tersusun atas saluran pernafasan dan paru-paru sebagai tempat perrtukaraan udara pernafasan. Pernafasan merupakan proses untuk memenuhi kebutuhan oksigen yang diperlukan untuk mengubah sumber energi menjadi energi dan membuang CO2 sebagai sisa metabolisme.
Komposisi udara pernafasan
Komposisi udara pernafasan yang berasal dari udara atmosfer adalah sebagai berikut:
Tabel 4.1. Kandungan gas dalam mudara pernafasan
No
Jenis Gas & Kandungan (%)
1.Oksigen (O2) 21
2.Karbondioksida (CO2) 0,04
3.Nitrogen (N2) 79
4.Uap air (H2O) dan gas lainnya Sisanya
4.1. Saluran Pernafasan Manusia
Pernafasan pada manusia memerlukan saluran pernafasan dan paru-paru. Saluran Pernafasan berfungsi sebagai saluran udara yang masuk menuju paru-paru dan keluar dari paru-paru. Paru-paru sebagai tempat pertukaran udara pernafasan yaitu oksigen (O2) dan karbondioksida (CO2).
Saluran udara pernafasan tersusun atas: lubang hidung, rongga hidung, faring, laring, trakea, bronkus, dan bronkeolus. Lubang hidung sampai bronchiolus disebut pars konduktoria karena fungsinya sebagai saluran udara respirasi. Secara lebih rinci bagianbagian saluran pernafasan dan fungsinya adalah sebagai berikut:
4.1.1. Hidung
Lubang hidung merupakan tempat pertama yang dilalui udara pernafasan pada saat memasuki tubuh kita. Pada lubang hidung sebelah luar terdapat rambut yang berfungsi untuk menyaring dan mencegah masuknya benda-benda yang berukuran besar ke dalam saluran pernafasan yang lebih dalam. Rongga hidung memiliki permukaan dalam yang diselaputi oleh selaput lendir sehingga permukaannya selalu basah. Sel-sel penyusun lapisan selaput lendir memiliki rambut getar (silia) yang berfungsi untuk mengeluarkan benda-benda yang berukuran kecil (partikel kotoran) yang masuk bersama udara pernafasan. Dengan demikian, rongga hidung dan selaput lendir berperan untuk menyaring udara pernafasan, dan mengatur udara pernafasan agar suhu dan kelembabannya sesuai dengan tubuh manusia. Coba perhatikan, adakah kumpulan kotoran yang terdapat pada rongga hidungmu yang warnanya agak gelap dan agak kering (bahasa jawa=upil).
Jika partikel kotoran sampai masuk ke tenggorokan, maka akan dikeluarkan dalam bentuk dahak dan biasanya keluar pada pagi hari setelah bangun tidur. Hidung merupakan tempat pertama yang dilalui udara dari luar. Didalam rongga hidung terdapat rambut dan selaput lendir yang berguna untuk menyaring udara, dan mengatur kelembaban udara. Rongga hidung berfungsi untuk menyesuaikan udara atmosfir agar temperatur dan kelembabannya sesuai bagi tubuh hewan, juga untuk menjaga kebersihan dan kelancaran udara yang masuk. Lapisan mukosa saluran respirasi memiliki epithelium yang spesifik karena selalu basah dan bersilia yang berguna untuk menangkap (menjerat) dan mengeluarkan partikel kotoran yang masuk bersama udara pernafasan.
4.1.2. Laring
Faring (pangkal tenggorok) merupakan persimpangan antara saluran makanan dan udara pernafasan. Faring memiliki lubang yang disebut glotis dan memiliki penutup yang disebut epiglotis. Epiglotis berfungsi sebagai katup yang akan menutup faring manakala sedang menelan makanan sehingga makanan dari rongga mulut masuk ke kerongkongan. Sebaliknya, epiglotis akan selalu terbuka jika sedang tidak menelan sehingga udara pernafasan dapat langsung melewati faring menuju ke tenggorokan. Pada faring terdapat selaput suara yang akan bergetar bila ada udara yang melaluinya, misalnya pada waktu kita bicara. Setelah masuk hidung, udara masuk ke faring. Faring adalah hulu kerongkongan. Faring merupakan persimpangan antara rongga mulut ke kerongkongan dengan rongga hidung yang disebut anak tekak, yang menutup apabila sedang menelan makanan. Pangkal tenggorokan disebut laring. Pada pangkal tenggorokan terdapat selaput suara yang akan bergetar bila ada udara yang melaluinya, misalnya pada waktu kita bicara. Faring memiliki lubang yang disebut glotis sedangkan penutupnya disebut epiglotis, tulang rawan (cartilago) terdapat pada faring. Pada laring terdapat pita suara, berlanjut ke trakhea.
4.1.3. Trakhea
Trakhea (batang tenggorok) merupakan saluran seperti pipa yag tersusun atas tulang rawan yang berbentuk seperti huruf C. Seperti halnya pada rongga hidung, lapisan paling dalam trakea diselaputi oleh selaput lendir dan sel-sel yang memiliki rambut getar. Trakhea terletak di daerah leher, menghubungkan faring dengan paru-paru. Sebelum masuk ke paru-paru, trakhea bercabang menjadi dua bronkus, yaitu bronkus kiri dan kanan. Selanjutnya, setiap bronkus menuju ke paru-paru dan di dalam paru-paru keduanya membentuk cabang-cabang lebih kecil lagi yang disebut bronkeolus. Akhirnya, bronkeolus bercabang-cabang lagi menjadi cabang lebih kecil dan halus yang ujung-ujungnya membentuk suatu kantung yang disebut alveolus.
4.2. Paru-paru
Paru-paru, terletak di dalam rongga dada tepat di atas diafragma. Diafragma adalah sekat berotot yang membatasi rongga dada dan rongga perut. Paru-paru terdiri dari 2 bagian, kiri dan kanan, yang terletak di rongga dada. Sedangkan jantung terletak hampir di tengah rongga dada, di antara kedua paru-paru, dengan posisi yang lebih ke kiri sedikit. Paru-paru kanan tersusun atas 3 gelambir, sedangkan paru-paru kiri 2 gelambir.
Paru-paru dibungkus oleh selaput paru-paru yang disebut pleura. Di depannya terdapat batang tenggorok dan saluran pernafasan (bronchi). Oleh sebab jantung agak mengambil tempat ke kiri, bagian paru-paru sebelah kiri lebih kecil sedikit dari paru-paru kanan. Dengan demikian dapat dimengerti paru-paru kiri hanya terdiri dari 2 bagian (lobus), sedangkan paru-paru kanan 3 bagian.
4.2.1. Alveolus
Paru-paru tersusun atas berjuta-juta alveolus yang memiliki fungsi penting dalam pertukaran gas pernafasan. Alveolus dikelilingi oleh banyak pembuluh darah kecil yang disebut pembuluh kapiler alveoli. Nah, pada alveolus inilah oksigen yang terdapat dalam udara pernafasan berpindah dari kantung alveoli ke aliran darah dan selanjutnya berikatan dengan hemoglobin yang terdapat pada sel darah merah. Sebaliknya, karbondioskida yang terdapat dalam darah akan berpindah ke alveolus.
Pada bagian tengah dada, batang tenggorokan menyediakan tiga saluran pernafasan untuk paru-paru kanan (satu saluran pernafasan untuk setiap bagian) dan dua untuk paru-paru kiri. Ketiga saluran pernafasan ini segera terbagi atas saluran yang lebih kecil, saluran yang kecil tersebut terbagi lagi dalam saluran yang lebih kecil dan seterusnya, hingga sampai saluran yang terkecil dari “pohon saluran pernafasan” (bronchial tree), yang jumlahnya, sekitar 1 miliar unit. Ujung percabangan pernafasan ini disebut “kantung udara” di mana terjadi pertukaran oksigen dan karbondioksida.
Paru-paru memiliki dua sumber darah yaitu arteri paru-paru yang membawa darah dari sebelah kanan jantung, dan arteri saluran pernafasan yang menemani saluran pernafasan dalam berbagi cabang saluran pernafasan. Mengapa perlu dua sumber penyalur darah? Ternyata arteri paru-paru yang datang dari sebelah kanan jantung membawa darah dengan oksigen yang telah dipindahkan dari jaringan yang telah dilaluinya. Darah ini tidak akan dapat menyegarkan jaringan paru-paru. Sebab itu saluran pernafasan dan paru-paru harus memiliki penyaluran darah segarnya sendiri melalui jalan aorta.
Seperti semua arteri yang lain, arteri yang membawa darah dari sebelah kanan jantung ke paru-paru bercabang sampai menjadi pembuluh darah kapiler. Di dalam paru-paru, kantong oksigen dan pembuluh darah kapiler ini terletak berdampingan sedemikian rupa hingga hanya satu lapis dari sel yang tipis yang memisahkan udara dari darah. Lapisan sel ini demikian tipis sehingga oksigen dapat melewatinya dengan bebas dari udara ke darah, dan karbondioksida dari darah ke udara.
Paru-paru, teretak di rongga dada tepat diatas diafragma. Diafragma adalah sekat rongga badan yang membatasi rongga dada dan rongga perut. Paru-paru kanan mempuyai 3 gelambir, sedangkan kiri mempunyai 2 gelambir. Paru-paru dibungkus oleh dua lapis selaput paru-paru disebut pleura. Dibagian dalam paruparu terdapat gelembung halus yang merupakan perluasan permukaan paru-paru disebut alveolus. Paru-paru pada hewan vertebrata umumnya dan Mammalia khususnya terdiri atas 2 bagian yaitu paru-paru kanan dan kiri. Sel-sel alveolus secara struktural merupakan penyusun paru-paru yang memiliki peran penting dalam pertukaran udara atmosfer ke kapiler alveolus. Pengamatan struktur anatomi makroskopis paru-paru Mammalia (kambing) merupakan dasar untuk memahami fungsi fisiologis paru-paru.
Secara struktural paru-paru tersusun atas sel-sel alveolus yang berperan penting untuk pertukaran udara dari atmosfer ke kapiler alveoli dan sel parenkim. Sel alveolus paru-paru sangat tipis dengan ketebalan ± 0,2 - 0,5 µm dan tersusun sedemikian rupa sehingga membentuk kantung-kantung alveolus. Seluruh sel alveoli paru-paru jika direntang lebarnya mencapai 180 m2.
Pertukaran gas dari kantung alveoli ke dalam kapiler darah melalui membran respirasi yang tersusun atas:
1. Dinding alveolus,
2. Membrana basalis, dan
3. Endothel kapiler alveolus.
Di dalam alveoli terdapat cairan yang disebut surfaktan. Surfaktan mengandung dipalmitoil lecithin (phospolipoprotein) yang dihasilkan oleh sel alveoler dan berfungsi untuk menjaga tegangan permukaan alveoli dan mempertipis membran respirasi sehingga difusi gas menjadi lebih efisien.
4.3. Mekanisme Pernafasan
Bagaimana caranya agar udara dapat masuk di paru-paru? Paruparu tidak mempunyai jalan untuk menarik udara melalui hidung. Tetapi udara dapat dibawa masuk ke dalam paru-paru melalui kegiatan otot tertentu. Otot-otot ini menambah ukuran dada setiap seorang bernapas. Sementara ukuran dada seseorang bertambah, paru-paru bertambah luas; dan udara akan segera mengisi ruangan yang telah tersedia. Dengan demikian saat otot menjadi rileks, dada kembali kepada ukurannya semula, dan udara dipaksakan untuk keluar melalui jalan masuknya.
Otot yang menambah ukuran dada (otot pernafasan) adalah diafragma, otot yang terletak di antara tulang iga dan otot tertentu di leher. Otot-otot inilah yang digunakan pada saat memasukkan udara ke dalam paru-paru. Diafragma adalah otot yang berbentuk kubah (dome) terletak pada tingkatan bawah dari tulang iga, yang memisahkan dada dari abdomen (perut). Jantung dan paru-paru terletak di atas diafragma, sedangkan hati, perut, dan limfa kecil dan organ abdomen lainnya terletak dibawah diafragma. Bila diafragma berkontraksi, ia akan menarik ke bawah menentang organ yang ada di abdomen. Ini akan menyebabkan paru-paru menjadi lebih luas. Otot antara tulang iga juga akan berkontraksi pada saat yang sama dengan kontraksinya diafragma, sebab itu menolong untuk lebih memperluas paru-paru.
Otot yang berada di dinding abdomen bila berkontraksi akan menghasilkan akibat yang berlawanan dari apa yang dilakukan oleh diafragma dan otot diantara tulang iga. Bila otot di dinding abdomen berkon-traksi, organ-organ abdomen dan diafragma akan merapat ke atas. Ini akan menyebabkan udara terdorong ke atas untuk meninggalkan paru-paru dengan cepat. Bilamana hal ini tidak terjadi akan mengakibatkan timbulnya suatu tekanan di dalam dada.
Sama seperti seluruh otot dalam tubuh manusia, aksi dari otot pernafasan dikontrol oleh urat saraf. Sebagaimana Anda ketahui, Anda dapat bernapas lebih cepat, lebih dalam atau menahan napas untuk sementara. Hal ini disebabkan oleh saraf pengontrol sadar yang Anda miliki dan otot yang berhubungan dengan pernafasan. Akan tetapi umumnya proses pernafasan dikontrol secara otomatis oleh saraf pusat yang berada di sebelah bawah dari otak. Saraf pusat ini mengirimkan getaran saraf ke otot-otot pernafasan hingga mereka dapat berkontraksi dan mengendor-kan secara bergantian. Pusat syaraf tersebut bahkan dapat mengontrol seberapa cepat dan seberapa dalam Anda bernapas. Ketika Anda berolahraga, saraf pusat Pernafasan mengirimkan getaran-nya dengan irama yang lebih cepat daripada saat Anda beristirahat.
4.3.1. Proses Masuk dan Keluarnya Udara Pernafasan
Proses pertukaran gas dari atmosfer ke paru-paru dan sebaliknya terjadi karena adanya pergerakan tulang-tulang rusuk dan otot difragma yang diatur oleh pusat pernafasan yang terdapat di otak. Pada mulanya, otot-otot antar tulang rusuk menegang (kontraksi) sehingga menarik tulang rusuk ke atas dan pada saat yangbersamaan otot diafragma juga menegang sehingga diafragma menjadi datar. Akibatnya, rongga dada membesar, paru-paru mengembang, tekanan udara dalam kantung-kantung paru-paru turun menjadi lebih rendah daripada tekanan udara atmosfer sehingga udara mengalir masuk ke paru-paru. Peristiwa masuknya udara pernafasan ke paru-paru disebut inspirasi. Setelah inspirasi, otot-otot antar tulang rusuk mengendor (relaksasi) sehingga tulang rusuk kembali pada posisi semula dan pada saat yang bersamaan otot diafragma juga mengendor sehingga diafragma melengkung ke rongga dada. Akibatnya, rongga dada menyempit, paru-paru terdesak mengecil sehingga tekanan udara dalam paru-paru naik lebih tinggi dari tekanan udara atmosfer dan akibatnya udara mengalir keluar dari paru-paru. Proses menghembuskan udara pernafasan dari paru-paru disebut ekspirasi.
4.3.2. Tahapan Respirasi
Proses inspirasi dan ekspirasi disebut pernafasan luar. Mengapa demikian? Karena proses tersebut hanya merupakan pertukaran gas di alveolus paru-paru, sedangkan oksigen digunakan untuk pembakaran di jaringan tubuh. Oleh karena itu, pernafasan pada manusia dapat dibedakan menjadi 3 (tiga) tahapan yaitu:
1. Respirasi luar merupakan pertukaran gas dari atmosfer ke
paru-paru dan sebaliknya. Masuknya udara dari atmosfer ke paru-paru disebut inspirasi dan proses sebaliknya disebut ekspirasi. Perpindahan gas dari suatu tempat ke tempat lain dapat terjadi jika ada perbedaan tekanan udara. Pada inspirasi otot diafragma kontraksi (menjadi datar), demikian juga otot intercostalis sehingga mengangkat tulang rusuk akibatnya volume rongga dada semakin membesar dan tekanan udaranya turun. Penurunan tekanan rongga dada yakni lebih rendah 1 atm dibanding tekanan udara luar (atmosfer) tersebut akan mengakibatkan udara mengalir dari luar ke paru-paru. Setelah berkontraksi maka otot diafragma dan antar iga (intercostalis) akan relaksasi sehingga posisi tulang rusuk dan diafragma akan kembali seperti semula, akibatnya volume rongga dada mengecil dan tekanannya meningkat dengan demikian udara akan keluar dari paru-paru ke atmosfir atau disebut ekspirasi. Perpindahan gas O2 dari alveolus ke kapiler alveoli melalui membran respirasi yang terjadi secara difusi. Oleh karena itu proses tersebut tergantung pada: tekanan parsiil gas, permiabilitas epitel (membran respirasi), luas permukaan membran respirasi, kecepatan sirkulasi darah di kapiler paru-paru.
2. Transport gas Oksigen (O2) dari kapiler paru-paru diangkut ke jaringan menggunakan hemoglobin (Hb) yang terdapat di dalam sel darah merah. Perpindahan oksigen dari alveolus paru-paru ke kapiler paru-paru terjadi secara difusi, oleh karena itu tergantung pada tekanan oksigen parsial pada darah arteriil yaitu 100 mmHg dan tekanan CO2 yaitu 40 mmHg. Pada tekanan tersebut 96 % Hb tersaturasi dengan oksigen menjadi HbO2. Pada jaringan tekanan oksigen 35 mmHg dan tekanan CO2 50 mmHg, maka sebagai konsekuensinya oksigen akan berdifusi dari eritrosit ke sel/jaringan malalui cairan plasma dan kemudian cairan interstitial. Sementara CO2 juga berdifusi dari jaringan ke eritrosit. Darah vena memiliki tekanan CO2 46 mmHg, sedangkan tekanan oksigennya 40 mmHg. Pada olahraga (latihan) tekanan O2 di jaringan turun sedang tekanan CO2 meningkat, hal ini akan menaikkan kebutuhan oksigen.
3. Respirasi seluler atau interna adalah pemanfaatan oksigen untuk oksidasi seluler di dalam mitokondria sehingga dihasilkan energi (ATP), panas, air, dan CO2.
4.3.3. Frekuensi Pernafasan
Pada umumnya manusia melakukan Pernafasan antar 15-18 kali (inspirasi dan ekspirasi). Cepat atau lambatnya manusia bernapas dipengaruhi oleh beberapa faktor baik dari dalam maupun dari luar., antara lain:
1. Umur, umumnya makin bertambah umur seseorang, irama
Pernafasannya semakin lambat. Hal ini berkaitan mekin berkurangnya kebutuhan energi.
2. Jenis kelamin, laki-laki umunya beraktivitas lebih banyak dan bekerja lebih keras daripada perempuan. Hal ini akan mengakibatkan semakin tingginya kebutuhan energi, sehingga membutuhkan banyak oksigen untuk meningkatkan laju metabolisme tubuh.
3. Suhu tubuh, semakin rendah suhu semakin cepat Pernafasan, sebaliknya semakin tinggi suhu semakin lambat Pernafasan. Tetapi hal yang demikian tidak berlangsung secara linier.
4. Posisi tubuh, hal ini menentukan sedikit banyak otot dan organ tubuh yang bekerja. Hal ini berarti menentukan kebutuhan energi untuk mendukungnya.
5. Aktivitas tubuh, semakin banyak organ tubuh yang bekerja dan semakin berat kerja organ tersebut, semakin tinggi kebutuhan energi yang diperlukan, sehingga laju metabolisme dan irama Pernafasan semakin cepat.
4.3.4. Oksigen digunakan untuk apa?
Untuk apa oksigen (O2)? Oksigen digunakan oleh tubuh untuk pembakaran (oksidasi) zat-zat makanan terutama glukosa menjadi sumber tenaga, air, CO2, dan panas. Apakah manfaat dari hasil pembakaran?
1. Energi digunakan oleh tubuh untuk melakukan kegiatan tubuh agar tetap dapat hidup.
2. Karbondioksida bersifat sangat beracun dan dianggap sebagai limbah oleh karenanya harus dikeluarkan dari dalam tubuh.
3. Air dapat digunakan oleh tubuh atau jika berlebihan dapat dikeluarkan. Cobalah hembuskan nafas pada sebuah permukaan cermin, apakah yang dapat anda amati?
Panas yang dihasilkan dari pembakaran digunakan agar proses-proses kehidupan di dalam tubuh berjalan normal. Sebagai petunjuk jika proses tubuh tidak normal, maka suhu tubuh akan terasa dingin. Hal ini biasa terjadi pada orang pingsan.
4.3.5. Pengangkutan gas karbondioksida
Proses pengangkutan gas karbondioksida dari jaringan ke paruparu melalui 3 cara yaitu:
1. Transpor karbondioksida lewat plasma sebagai H2CO3. CO2 memiliki sifat lebih mudah larut dalam air dibanding dengan O2 sehingga dapat diangkut lewat plasma sebagai H2CO3. Darah venosa mengandung CO2 sekitar 50 mL/dL artinya setiap 100 mL darah mengangkut 50 mL CO2- dari jaringan ke pulmo. Karbondioksida di dalam darah berada pada berbagai kondisi. Bikarbonat di dalam eritrosit dan plasma merupakan bagian terbanyak. Karbondioksida berdifusi dari jaringan ke dalam plasma darah akan bereaksi dengan H2O membentuk H2CO3. H2CO3 berfungsi menurunkan pH dalam eritrosit.
2. Sebagai karbaminohemoglobin. Pada jaringan tekanan CO2 tinggi dan tekanan O2 rendah sehingga HbO2 mengalami disosiasi menjadi Hb + O2. Oksigen berdifusi ke cairan interstitial dan CO2– memasuki sitoplasma eritrosit. Sebagian kecil CO2 berikatan dengan Hb membentuk karbamino hemoglobin (karbamiHb).
3. Sebagai HCO3-. CO2 akan bereaksi dengan H2O yang terdapat dalam plasma darah dengan pengaruh enzim karbonik anhidrase membentuk H2CO3 yang secara spontan akan mengalami disosiasi menjadi ion H+ (proton) dan HCO3–. Dengan demikian, darah venosa mengandung HCO3– 60%, karbaminoHb 32%, dan sisanya sebagai H2CO3 dalam ertrosit.
4.3.6. Pengukuran Udara Pernafasan
Banyaknya udara yang keluar masuk paru-paru pada pernafasan normal dapat diukur dengan spirometer.
1. Kapasitas vital adalah banyaknya udara yang dapat dikeluarkan dari paru-paru setelah ambil nafas sedalam mungkin.
2. Death space (udara mati) adalah jumlah udara yang berada dalam saluran pernafasan antara hidung dan paru-paru, volumenya kurang lebih 150 ml.
3. Udara tidal adalah volume udara yang keluar masuk paru-paru dalam satu kali respirasi (ekspirasi atau inspirasi). Volume pada laki 500 ml, wanita 380 ml.
4. Kapasitas inspirasi adalah banyaknya udara yang dapat dihirup pada inspirasi maksimal, volumenya pada laki-laki 3800 ml, pada wanita 2400 ml.
5. Volume cadangan inspirasi adalah banyaknya udara yang dapat dihirup setelah inspirasi maksimal, volumenya pada lakilaki 1000 ml, pada wanita 700 ml.
6. Volume cadangan ekspirasi adalah banyaknya udara yang dapat dikeluarkan setelah ekspirasi normal, volumenya pada laki-laki 1000 ml, wanita 700 ml.
4.4. Kelainan dan Penyakit Sistem Pernafasan Manusia
Struktur maupun fungsi sistem pernafasan manusia dapat mengalami gangguan atau serangan penyakit. Antara lain:
1. Asma, merupakan penyakit penyumbatan saluran Pernafasan yang disebabkan alergi terhadap rambut, bulu atau kotoran.
2. TBC, penyakit paru-paru yang diakibatkan oleh serangan bakteri Mycobacterium tuberculosa. Difusi oksigen akan terganggu karena adanya bintil-bintil atau peradangan pada dinding alveolus. Tuberkolosis atau TBC adalah infeksi karena bakteri Mycobacterium tuberculosis, yang dapat merusak paru-paru tapi dapat juga mengenai sistem saraf sentral (meningitis, sistem lymphatic, sistem sirkulasi (miliary TB), sistem genitourinary, tulang dan sendi. Indonesia berada dalam peringkat ketiga terburuk di dunia untuk jumlah penderita TBC. Setiap tahun muncul 500 ribu kasus baru dan lebih dari 140 ribu lainnya meninggal. Tanggal 24 Maret diperingati dunia sebagai "Hari TBC". Pada 24 Maret 1882 tersebut, Robert Koch di Berlin, Jerman, mempresentasikan hasil penyebab tuberkulosa yang ditemukannya.
3. Macam-macam peradangan pada sistem Pernafasan, seperti: bronchitis, laringitis, faringitis, pleuritis, sinusitis.
4. Asfiksi, gangguan Pernafasan pada waktu pengangkutan dan penggunaan oksigen oleh jaringan, akibat tenggelam, pneumonia dan keracunan.
5. Asidosis, kenaikan kadar asam karbonat dan asam bikarbonat dalam darah.
6. Difteri, penyumbatan oleh lendir pada rongga faring yang dihasilkan oleh infeksi kuman difteri.
7. Pneumonia, infeksi yang disebabkan oleh virus atau bakteri pada alveolus yang menyebabkan terjadinya radang paru-paru.
4.5. Pemeliharaan Kesehatan Paru-paru
1. Olah Raga Mempertinggi Vitalitas Paru-Paru
Vitalitas dari paru-paru dapat dipertinggi dengan olah raga. Volume Oksigen Maksimum (VO2 max). Orang-orang yang mempunyai daya tahan tinggi oleh sebab melakukan olahraga, ternyata paru-paru mereka mempunyai kesanggupan untuk menampung 1 1/2 lebih banyak udara dari pada orang biasa. Pengukuran banyaknya udara atau oksigen disebut VO2 max. V berarti volume, O2 berarti Oksigen, max berarti maksimum, dengan demikian VO2 max berarti volume oksigen yang dapat digunakan tubuh pada saat bekerja sekeras mungkin. Sebagai contoh, pada saat kita lari menaiki bukit, maka kita akan menggunakan lebih banyak oksigen pada saat menaiki bukit ke dua dibandingkan dengan bukit pertama. Demikian juga bukit ke tiga, kita akan menggunakan lebih banyak oksigen dari pada bukit ke dua. Tetapi pada satu titik tertentu, kita akan tiba pada tingkatan di mana konsumsi oksigen maksimum, maksimum kuasa aerobik, atau VO2 max tadi. Faktor ini memberikan indikasi bagaimana kedayagunaan tubuh menggunakan oksigen pada saat melakukan pekerjaan, misalnya sewaktu olagraga, otot harus menghasilkan energi, satu proses dimana oksigen memegang peranan penting. Lebih banyak oksigen digunakan berarti lebih besar kapasitas untuk menghasilkan energi dan kerj yang berarti daya tahan Anda lebih besar. Mereka yang mempunyai VO2 max yang tinggi dapat melakukan lebih banyak pekerjaan sebelum menjadi lelah, dibandingkan dengan mereka yang mempunyai VO2 max yang rendah. Lebih sehat dan lebih tinggi kesegaran jasmani Anda, lebih banyak oksigen yang tubuh Anda dapat proseskan. Sementara Anda berlatih, paru-paru Anda akan dapat mengambil lebih banyak oksigen, yang berarti peredaran darah yang lebih baik, dan sel otot Anda bisa mendapatkan lebih banyak oksigen dari pembuluh darah kapiler. Dengan demikian, mereka yang mempunyai VO2 tinggi adalah orang yang mempunyai kesegaran jasmani, sedang yang mempunyai VO2 yang rendah, tidak mempunyai kesegaran jasmani. VO2 diukur dalam bentuk jumlah milliliter oksigen yang dikonsumsikan per kg berat badan dalam setiap menit. Sebagai contoh, mahasiswa rata-rata mempunyai VO2 max antara 40-50, sedangkan mahasiswi antara 35-45. Untuk atlet yang mempunyai daya tahan tinggi, rata-rata VO2-nya 75, dan atlet wanita sekitar 65; yang berarti jumlah milliliter oksigen yang dikonsumsikan per kg berat badan per menit. Untuk pengukuran VO2 max, diperlukan peralatan untuk mengukur di laboratorium. Umumnya dapat dilaksanakan tes kapasitas aerobik, misalnya “step test” (tes melangkah), atau lari untuk 2,4 km. Seseorang setelah lari 2,4 km sangat erat hubungannya dengan ukuran langsung dari VO2 max seseorang.
Faktor penentu VO2 Max
Apakah yang menentukan VO2 max seseorang? Terdapat 5 faktor yang menentukan VO2 max seseorang, yaitu:
1. Jenis Kelamin. Setelah masa pubertas, wanita dalam usianya yang sama dengan pria umumnya mempunyai konsumsi oksigen maksimal yang lebih rendah dari pria.
2. Usia. Setelah usia 20-an, VO2 max menurun dengan perlahanlahan. Dalam usia 55 tahun, VO2 lebih kurang 27% lebih rendah dari usia 25 tahun. Dengan sendirinya hal ini berbeda dari satu dengan orang yang lain. Mereka yang mempunyai banyak kegiatan VO2 max akan menurun dengan lebih perlahan.
3. Keturunan. Seseorang mungkin saja mempunyai potensi yang lebih besar dari orang lain untuk mengkonsumsi oksigen yang lebih tinggi, dan mempunyai suplai pembuluh darah kapiler yang lebih baik terhadap otot-otot, mempunnyai kapasitas paru-paru yang lebih besar, dapat mensuplai hemoglobin dan sel darah merah yang lebih banyak dan jantung yang lebih kuat. Dilaporkan bahwa konsumsi oksigen maksimum untuk mereka yang kembar identik sangat sama.
4. Komposisi Tubuh. Walaupun VO2 max dinyatakan dalam berapa milliliter oksigen yang dikonsumsi per kg berat badan, perbedaan komposisi seseorang menyebabkan konsumsi yang berbeda. Misalnya tubuh mereka yang mempunyai lemak dengan persentasi yang tinggi, mempunyai VO2 max yang lebih rendah. Bila tubuh Anda berotot kuat, VO2 max Anda lebih tinggi. Sebab itu, jikalau Anda dapat mengurangi lemak dalam tubuh, VO2 max dapat bertambah tanpa tambahan latihan.
5. Latihan atau olahraga dapat memperbaiki VO2 max. Dengan latihan daya tahan yang sistematis akan memperbaiki VO2 max dari 5% sampai 25%. Penelitian menunjukkan bahwa laki-laki usia 65-74 tahun dapat meningkatkan VO2 maksimumnya sekitar 18% setelah berolahraga dengan teratur dalam waktu 6 bulan.
Kata-kata Penting
* Saluran pernafasan
* Trakea
* Bronkheolus
* Alveoli
* Pleura
* Inspirasi
* Ekspirasi
* Hemoglobin
* Oksigen
* Karbondioksida
* Oksihemoglobin
* Respirasi seluler
* Udara tidal
* Kapsitas vital
* VO2 max
* Asma
* Tuberkulosis
* Aspiksia
Rangkuman
* Saluran pernafasan tersusun atas: lubang hidung, rongga hidung, faring, laring, trakea, bronkus, dan bronkeolus.
* Paru-paru terdiri dari 2 bagian, kiri dan kanan, yang terletak di rongga dada. Paru-paru kanan tersusun atas 3 gelambir, sedangkan paruparu kiri 2 gelambir. Paru-paru tersusun atas berjuta-juta alveolus yang memiliki fungsi penting dalam pertukaran gas pernafasan. Alveoli tempat pertukaran oksigen yang terdapat dalam udara pernafasan dengan karbondioskida yang terdapat dalam darah.
* Semua makhluk hidup melakukan Pernafasan (respirasi) untuk memenuhi kebutuhan oksigen (O2) dan membuang gas hidrat-arang (CO2).
* Paru-paru, tersusun atas berjuta-juta alveolus yang memiliki fungsi penting dalam pertukaran gas pernafasan.
* Proses pertukaran udara pernafasan terjadi karena adanya pergerakan tulang-tulang rusuk dan otot difragma yang mengakibatkan rongga dada membesar, paru-paru mengembang, tekanan udara dalam kantung-kantung paru-paru turun menjadi lebih rendah daripada tekanan udara atmosfer sehingga udara mengalir masuk ke paru-paru.
* Oksigen digunakan oleh tubuh untuk pembakaran (oksidasi) zat-zat makanan terutama glukosa menjadi sumber tenaga, air, CO2, dan panas.
* Alat Pernafasan manusia dapat mengalami kelainan atau serangan penyakit, seperti: asma, tuberculosis (TBC), infeksi saluran pernafasan atas (ISPA), difteri, dan pneumonia.
Latihan Uji Pemahaman
A. Lengkapilah dengan jawaban yang tepat!
1. Proses pernafasan pada tubuh manusia melewati organ-organ ...
2. Udara pernafasan ketika melewati ronga hidung mengalami ...
3. Otot-otot pernapasan yang berkontraksi pada waktu ekspirasi adalah ...
4. Pada saat inspirasi posisi diafragma adalah ...
5. Pernafasan luar adalah pertukaran oksigen dan karbondioksida yang terjadi di bagian ...
6. Komposisi udara pernafasan yang paling banyak adalah ...
7. Udara yang masuk atau keluar waktu kita bernapas normal disebut udara ...
8. Komposisi udara yang akan masuk paru-paru kurang lebih Penyempitan saluran Pernafasan tertama pada bagain bronkeolus menyebabkan....
9. Orang yang menderita asma karena mengalami penyem-pitan saluran pernafasan pada bagian ...
10. Penyakit pada paru-paru yang disebabkan oleh kuman Mycobacterium tuberculosa disebut ...
B. Berilah penjelasan dengan singkat dan benar!
1. Sebutkan secara urut dari ujung depan ke belakang susunan saluran pernafasan.
2. Jelaskan peran selaput lendir hidung ketika udara pernafasan yang menuju ke paru-paru melewatinya!
3. Jelaskan mengenai proses pertukaran udara pernafasan ke dalam paru-paru dan sebaliknya!
4. Jelaskan fungsi kantung-kantung alveoli paru-paru dalam pertukaran udara pernafasan!
5. Jelaskan manfaat oksigen bagi tubuh kita!
6. Jelaskan mekanisme pengangkutan gas karbondioksida dari jaringan ke paru-paru!
7. Jelaskan tentang penyebab penyakit pneumonia, gejala, dan bagian alat pernafasan yang mengalami kerusakan!
8. Jelaskan tentang kapasitas vital paru-paru seseorang dan faktorfaktor yang mempengaruhinya!
9. Jelaskan mengapa seorang atlet renang dapat bertahan cukup lama di dalam air selama berenang!
10. Jelaskan mengapa jika aktivitas tubuh semakin meningkat, maka frekuensi pernafasan juga semakin cepat!
Pada bab ini akan dipelajari tentang:
* Sistem pernafasan: hidung, faring, trakhea, paru-paru
* Tahapan pernafasan
* Frekuensi pernafasan
* Transpor karbondioksida
* Pengukuran udara pernafasan
* Kelainan dan Penyakit Sistem Pernafasan
Sistem pernafasan tersusun atas saluran pernafasan dan paru-paru sebagai tempat perrtukaraan udara pernafasan. Pernafasan merupakan proses untuk memenuhi kebutuhan oksigen yang diperlukan untuk mengubah sumber energi menjadi energi dan membuang CO2 sebagai sisa metabolisme.
Komposisi udara pernafasan
Komposisi udara pernafasan yang berasal dari udara atmosfer adalah sebagai berikut:
Tabel 4.1. Kandungan gas dalam mudara pernafasan
No
Jenis Gas & Kandungan (%)
1.Oksigen (O2) 21
2.Karbondioksida (CO2) 0,04
3.Nitrogen (N2) 79
4.Uap air (H2O) dan gas lainnya Sisanya
4.1. Saluran Pernafasan Manusia
Pernafasan pada manusia memerlukan saluran pernafasan dan paru-paru. Saluran Pernafasan berfungsi sebagai saluran udara yang masuk menuju paru-paru dan keluar dari paru-paru. Paru-paru sebagai tempat pertukaran udara pernafasan yaitu oksigen (O2) dan karbondioksida (CO2).
Saluran udara pernafasan tersusun atas: lubang hidung, rongga hidung, faring, laring, trakea, bronkus, dan bronkeolus. Lubang hidung sampai bronchiolus disebut pars konduktoria karena fungsinya sebagai saluran udara respirasi. Secara lebih rinci bagianbagian saluran pernafasan dan fungsinya adalah sebagai berikut:
4.1.1. Hidung
Lubang hidung merupakan tempat pertama yang dilalui udara pernafasan pada saat memasuki tubuh kita. Pada lubang hidung sebelah luar terdapat rambut yang berfungsi untuk menyaring dan mencegah masuknya benda-benda yang berukuran besar ke dalam saluran pernafasan yang lebih dalam. Rongga hidung memiliki permukaan dalam yang diselaputi oleh selaput lendir sehingga permukaannya selalu basah. Sel-sel penyusun lapisan selaput lendir memiliki rambut getar (silia) yang berfungsi untuk mengeluarkan benda-benda yang berukuran kecil (partikel kotoran) yang masuk bersama udara pernafasan. Dengan demikian, rongga hidung dan selaput lendir berperan untuk menyaring udara pernafasan, dan mengatur udara pernafasan agar suhu dan kelembabannya sesuai dengan tubuh manusia. Coba perhatikan, adakah kumpulan kotoran yang terdapat pada rongga hidungmu yang warnanya agak gelap dan agak kering (bahasa jawa=upil).
Jika partikel kotoran sampai masuk ke tenggorokan, maka akan dikeluarkan dalam bentuk dahak dan biasanya keluar pada pagi hari setelah bangun tidur. Hidung merupakan tempat pertama yang dilalui udara dari luar. Didalam rongga hidung terdapat rambut dan selaput lendir yang berguna untuk menyaring udara, dan mengatur kelembaban udara. Rongga hidung berfungsi untuk menyesuaikan udara atmosfir agar temperatur dan kelembabannya sesuai bagi tubuh hewan, juga untuk menjaga kebersihan dan kelancaran udara yang masuk. Lapisan mukosa saluran respirasi memiliki epithelium yang spesifik karena selalu basah dan bersilia yang berguna untuk menangkap (menjerat) dan mengeluarkan partikel kotoran yang masuk bersama udara pernafasan.
4.1.2. Laring
Faring (pangkal tenggorok) merupakan persimpangan antara saluran makanan dan udara pernafasan. Faring memiliki lubang yang disebut glotis dan memiliki penutup yang disebut epiglotis. Epiglotis berfungsi sebagai katup yang akan menutup faring manakala sedang menelan makanan sehingga makanan dari rongga mulut masuk ke kerongkongan. Sebaliknya, epiglotis akan selalu terbuka jika sedang tidak menelan sehingga udara pernafasan dapat langsung melewati faring menuju ke tenggorokan. Pada faring terdapat selaput suara yang akan bergetar bila ada udara yang melaluinya, misalnya pada waktu kita bicara. Setelah masuk hidung, udara masuk ke faring. Faring adalah hulu kerongkongan. Faring merupakan persimpangan antara rongga mulut ke kerongkongan dengan rongga hidung yang disebut anak tekak, yang menutup apabila sedang menelan makanan. Pangkal tenggorokan disebut laring. Pada pangkal tenggorokan terdapat selaput suara yang akan bergetar bila ada udara yang melaluinya, misalnya pada waktu kita bicara. Faring memiliki lubang yang disebut glotis sedangkan penutupnya disebut epiglotis, tulang rawan (cartilago) terdapat pada faring. Pada laring terdapat pita suara, berlanjut ke trakhea.
4.1.3. Trakhea
Trakhea (batang tenggorok) merupakan saluran seperti pipa yag tersusun atas tulang rawan yang berbentuk seperti huruf C. Seperti halnya pada rongga hidung, lapisan paling dalam trakea diselaputi oleh selaput lendir dan sel-sel yang memiliki rambut getar. Trakhea terletak di daerah leher, menghubungkan faring dengan paru-paru. Sebelum masuk ke paru-paru, trakhea bercabang menjadi dua bronkus, yaitu bronkus kiri dan kanan. Selanjutnya, setiap bronkus menuju ke paru-paru dan di dalam paru-paru keduanya membentuk cabang-cabang lebih kecil lagi yang disebut bronkeolus. Akhirnya, bronkeolus bercabang-cabang lagi menjadi cabang lebih kecil dan halus yang ujung-ujungnya membentuk suatu kantung yang disebut alveolus.
4.2. Paru-paru
Paru-paru, terletak di dalam rongga dada tepat di atas diafragma. Diafragma adalah sekat berotot yang membatasi rongga dada dan rongga perut. Paru-paru terdiri dari 2 bagian, kiri dan kanan, yang terletak di rongga dada. Sedangkan jantung terletak hampir di tengah rongga dada, di antara kedua paru-paru, dengan posisi yang lebih ke kiri sedikit. Paru-paru kanan tersusun atas 3 gelambir, sedangkan paru-paru kiri 2 gelambir.
Paru-paru dibungkus oleh selaput paru-paru yang disebut pleura. Di depannya terdapat batang tenggorok dan saluran pernafasan (bronchi). Oleh sebab jantung agak mengambil tempat ke kiri, bagian paru-paru sebelah kiri lebih kecil sedikit dari paru-paru kanan. Dengan demikian dapat dimengerti paru-paru kiri hanya terdiri dari 2 bagian (lobus), sedangkan paru-paru kanan 3 bagian.
4.2.1. Alveolus
Paru-paru tersusun atas berjuta-juta alveolus yang memiliki fungsi penting dalam pertukaran gas pernafasan. Alveolus dikelilingi oleh banyak pembuluh darah kecil yang disebut pembuluh kapiler alveoli. Nah, pada alveolus inilah oksigen yang terdapat dalam udara pernafasan berpindah dari kantung alveoli ke aliran darah dan selanjutnya berikatan dengan hemoglobin yang terdapat pada sel darah merah. Sebaliknya, karbondioskida yang terdapat dalam darah akan berpindah ke alveolus.
Pada bagian tengah dada, batang tenggorokan menyediakan tiga saluran pernafasan untuk paru-paru kanan (satu saluran pernafasan untuk setiap bagian) dan dua untuk paru-paru kiri. Ketiga saluran pernafasan ini segera terbagi atas saluran yang lebih kecil, saluran yang kecil tersebut terbagi lagi dalam saluran yang lebih kecil dan seterusnya, hingga sampai saluran yang terkecil dari “pohon saluran pernafasan” (bronchial tree), yang jumlahnya, sekitar 1 miliar unit. Ujung percabangan pernafasan ini disebut “kantung udara” di mana terjadi pertukaran oksigen dan karbondioksida.
Paru-paru memiliki dua sumber darah yaitu arteri paru-paru yang membawa darah dari sebelah kanan jantung, dan arteri saluran pernafasan yang menemani saluran pernafasan dalam berbagi cabang saluran pernafasan. Mengapa perlu dua sumber penyalur darah? Ternyata arteri paru-paru yang datang dari sebelah kanan jantung membawa darah dengan oksigen yang telah dipindahkan dari jaringan yang telah dilaluinya. Darah ini tidak akan dapat menyegarkan jaringan paru-paru. Sebab itu saluran pernafasan dan paru-paru harus memiliki penyaluran darah segarnya sendiri melalui jalan aorta.
Seperti semua arteri yang lain, arteri yang membawa darah dari sebelah kanan jantung ke paru-paru bercabang sampai menjadi pembuluh darah kapiler. Di dalam paru-paru, kantong oksigen dan pembuluh darah kapiler ini terletak berdampingan sedemikian rupa hingga hanya satu lapis dari sel yang tipis yang memisahkan udara dari darah. Lapisan sel ini demikian tipis sehingga oksigen dapat melewatinya dengan bebas dari udara ke darah, dan karbondioksida dari darah ke udara.
Paru-paru, teretak di rongga dada tepat diatas diafragma. Diafragma adalah sekat rongga badan yang membatasi rongga dada dan rongga perut. Paru-paru kanan mempuyai 3 gelambir, sedangkan kiri mempunyai 2 gelambir. Paru-paru dibungkus oleh dua lapis selaput paru-paru disebut pleura. Dibagian dalam paruparu terdapat gelembung halus yang merupakan perluasan permukaan paru-paru disebut alveolus. Paru-paru pada hewan vertebrata umumnya dan Mammalia khususnya terdiri atas 2 bagian yaitu paru-paru kanan dan kiri. Sel-sel alveolus secara struktural merupakan penyusun paru-paru yang memiliki peran penting dalam pertukaran udara atmosfer ke kapiler alveolus. Pengamatan struktur anatomi makroskopis paru-paru Mammalia (kambing) merupakan dasar untuk memahami fungsi fisiologis paru-paru.
Secara struktural paru-paru tersusun atas sel-sel alveolus yang berperan penting untuk pertukaran udara dari atmosfer ke kapiler alveoli dan sel parenkim. Sel alveolus paru-paru sangat tipis dengan ketebalan ± 0,2 - 0,5 µm dan tersusun sedemikian rupa sehingga membentuk kantung-kantung alveolus. Seluruh sel alveoli paru-paru jika direntang lebarnya mencapai 180 m2.
Pertukaran gas dari kantung alveoli ke dalam kapiler darah melalui membran respirasi yang tersusun atas:
1. Dinding alveolus,
2. Membrana basalis, dan
3. Endothel kapiler alveolus.
Di dalam alveoli terdapat cairan yang disebut surfaktan. Surfaktan mengandung dipalmitoil lecithin (phospolipoprotein) yang dihasilkan oleh sel alveoler dan berfungsi untuk menjaga tegangan permukaan alveoli dan mempertipis membran respirasi sehingga difusi gas menjadi lebih efisien.
4.3. Mekanisme Pernafasan
Bagaimana caranya agar udara dapat masuk di paru-paru? Paruparu tidak mempunyai jalan untuk menarik udara melalui hidung. Tetapi udara dapat dibawa masuk ke dalam paru-paru melalui kegiatan otot tertentu. Otot-otot ini menambah ukuran dada setiap seorang bernapas. Sementara ukuran dada seseorang bertambah, paru-paru bertambah luas; dan udara akan segera mengisi ruangan yang telah tersedia. Dengan demikian saat otot menjadi rileks, dada kembali kepada ukurannya semula, dan udara dipaksakan untuk keluar melalui jalan masuknya.
Otot yang menambah ukuran dada (otot pernafasan) adalah diafragma, otot yang terletak di antara tulang iga dan otot tertentu di leher. Otot-otot inilah yang digunakan pada saat memasukkan udara ke dalam paru-paru. Diafragma adalah otot yang berbentuk kubah (dome) terletak pada tingkatan bawah dari tulang iga, yang memisahkan dada dari abdomen (perut). Jantung dan paru-paru terletak di atas diafragma, sedangkan hati, perut, dan limfa kecil dan organ abdomen lainnya terletak dibawah diafragma. Bila diafragma berkontraksi, ia akan menarik ke bawah menentang organ yang ada di abdomen. Ini akan menyebabkan paru-paru menjadi lebih luas. Otot antara tulang iga juga akan berkontraksi pada saat yang sama dengan kontraksinya diafragma, sebab itu menolong untuk lebih memperluas paru-paru.
Otot yang berada di dinding abdomen bila berkontraksi akan menghasilkan akibat yang berlawanan dari apa yang dilakukan oleh diafragma dan otot diantara tulang iga. Bila otot di dinding abdomen berkon-traksi, organ-organ abdomen dan diafragma akan merapat ke atas. Ini akan menyebabkan udara terdorong ke atas untuk meninggalkan paru-paru dengan cepat. Bilamana hal ini tidak terjadi akan mengakibatkan timbulnya suatu tekanan di dalam dada.
Sama seperti seluruh otot dalam tubuh manusia, aksi dari otot pernafasan dikontrol oleh urat saraf. Sebagaimana Anda ketahui, Anda dapat bernapas lebih cepat, lebih dalam atau menahan napas untuk sementara. Hal ini disebabkan oleh saraf pengontrol sadar yang Anda miliki dan otot yang berhubungan dengan pernafasan. Akan tetapi umumnya proses pernafasan dikontrol secara otomatis oleh saraf pusat yang berada di sebelah bawah dari otak. Saraf pusat ini mengirimkan getaran saraf ke otot-otot pernafasan hingga mereka dapat berkontraksi dan mengendor-kan secara bergantian. Pusat syaraf tersebut bahkan dapat mengontrol seberapa cepat dan seberapa dalam Anda bernapas. Ketika Anda berolahraga, saraf pusat Pernafasan mengirimkan getaran-nya dengan irama yang lebih cepat daripada saat Anda beristirahat.
4.3.1. Proses Masuk dan Keluarnya Udara Pernafasan
Proses pertukaran gas dari atmosfer ke paru-paru dan sebaliknya terjadi karena adanya pergerakan tulang-tulang rusuk dan otot difragma yang diatur oleh pusat pernafasan yang terdapat di otak. Pada mulanya, otot-otot antar tulang rusuk menegang (kontraksi) sehingga menarik tulang rusuk ke atas dan pada saat yangbersamaan otot diafragma juga menegang sehingga diafragma menjadi datar. Akibatnya, rongga dada membesar, paru-paru mengembang, tekanan udara dalam kantung-kantung paru-paru turun menjadi lebih rendah daripada tekanan udara atmosfer sehingga udara mengalir masuk ke paru-paru. Peristiwa masuknya udara pernafasan ke paru-paru disebut inspirasi. Setelah inspirasi, otot-otot antar tulang rusuk mengendor (relaksasi) sehingga tulang rusuk kembali pada posisi semula dan pada saat yang bersamaan otot diafragma juga mengendor sehingga diafragma melengkung ke rongga dada. Akibatnya, rongga dada menyempit, paru-paru terdesak mengecil sehingga tekanan udara dalam paru-paru naik lebih tinggi dari tekanan udara atmosfer dan akibatnya udara mengalir keluar dari paru-paru. Proses menghembuskan udara pernafasan dari paru-paru disebut ekspirasi.
4.3.2. Tahapan Respirasi
Proses inspirasi dan ekspirasi disebut pernafasan luar. Mengapa demikian? Karena proses tersebut hanya merupakan pertukaran gas di alveolus paru-paru, sedangkan oksigen digunakan untuk pembakaran di jaringan tubuh. Oleh karena itu, pernafasan pada manusia dapat dibedakan menjadi 3 (tiga) tahapan yaitu:
1. Respirasi luar merupakan pertukaran gas dari atmosfer ke
paru-paru dan sebaliknya. Masuknya udara dari atmosfer ke paru-paru disebut inspirasi dan proses sebaliknya disebut ekspirasi. Perpindahan gas dari suatu tempat ke tempat lain dapat terjadi jika ada perbedaan tekanan udara. Pada inspirasi otot diafragma kontraksi (menjadi datar), demikian juga otot intercostalis sehingga mengangkat tulang rusuk akibatnya volume rongga dada semakin membesar dan tekanan udaranya turun. Penurunan tekanan rongga dada yakni lebih rendah 1 atm dibanding tekanan udara luar (atmosfer) tersebut akan mengakibatkan udara mengalir dari luar ke paru-paru. Setelah berkontraksi maka otot diafragma dan antar iga (intercostalis) akan relaksasi sehingga posisi tulang rusuk dan diafragma akan kembali seperti semula, akibatnya volume rongga dada mengecil dan tekanannya meningkat dengan demikian udara akan keluar dari paru-paru ke atmosfir atau disebut ekspirasi. Perpindahan gas O2 dari alveolus ke kapiler alveoli melalui membran respirasi yang terjadi secara difusi. Oleh karena itu proses tersebut tergantung pada: tekanan parsiil gas, permiabilitas epitel (membran respirasi), luas permukaan membran respirasi, kecepatan sirkulasi darah di kapiler paru-paru.
2. Transport gas Oksigen (O2) dari kapiler paru-paru diangkut ke jaringan menggunakan hemoglobin (Hb) yang terdapat di dalam sel darah merah. Perpindahan oksigen dari alveolus paru-paru ke kapiler paru-paru terjadi secara difusi, oleh karena itu tergantung pada tekanan oksigen parsial pada darah arteriil yaitu 100 mmHg dan tekanan CO2 yaitu 40 mmHg. Pada tekanan tersebut 96 % Hb tersaturasi dengan oksigen menjadi HbO2. Pada jaringan tekanan oksigen 35 mmHg dan tekanan CO2 50 mmHg, maka sebagai konsekuensinya oksigen akan berdifusi dari eritrosit ke sel/jaringan malalui cairan plasma dan kemudian cairan interstitial. Sementara CO2 juga berdifusi dari jaringan ke eritrosit. Darah vena memiliki tekanan CO2 46 mmHg, sedangkan tekanan oksigennya 40 mmHg. Pada olahraga (latihan) tekanan O2 di jaringan turun sedang tekanan CO2 meningkat, hal ini akan menaikkan kebutuhan oksigen.
3. Respirasi seluler atau interna adalah pemanfaatan oksigen untuk oksidasi seluler di dalam mitokondria sehingga dihasilkan energi (ATP), panas, air, dan CO2.
4.3.3. Frekuensi Pernafasan
Pada umumnya manusia melakukan Pernafasan antar 15-18 kali (inspirasi dan ekspirasi). Cepat atau lambatnya manusia bernapas dipengaruhi oleh beberapa faktor baik dari dalam maupun dari luar., antara lain:
1. Umur, umumnya makin bertambah umur seseorang, irama
Pernafasannya semakin lambat. Hal ini berkaitan mekin berkurangnya kebutuhan energi.
2. Jenis kelamin, laki-laki umunya beraktivitas lebih banyak dan bekerja lebih keras daripada perempuan. Hal ini akan mengakibatkan semakin tingginya kebutuhan energi, sehingga membutuhkan banyak oksigen untuk meningkatkan laju metabolisme tubuh.
3. Suhu tubuh, semakin rendah suhu semakin cepat Pernafasan, sebaliknya semakin tinggi suhu semakin lambat Pernafasan. Tetapi hal yang demikian tidak berlangsung secara linier.
4. Posisi tubuh, hal ini menentukan sedikit banyak otot dan organ tubuh yang bekerja. Hal ini berarti menentukan kebutuhan energi untuk mendukungnya.
5. Aktivitas tubuh, semakin banyak organ tubuh yang bekerja dan semakin berat kerja organ tersebut, semakin tinggi kebutuhan energi yang diperlukan, sehingga laju metabolisme dan irama Pernafasan semakin cepat.
4.3.4. Oksigen digunakan untuk apa?
Untuk apa oksigen (O2)? Oksigen digunakan oleh tubuh untuk pembakaran (oksidasi) zat-zat makanan terutama glukosa menjadi sumber tenaga, air, CO2, dan panas. Apakah manfaat dari hasil pembakaran?
1. Energi digunakan oleh tubuh untuk melakukan kegiatan tubuh agar tetap dapat hidup.
2. Karbondioksida bersifat sangat beracun dan dianggap sebagai limbah oleh karenanya harus dikeluarkan dari dalam tubuh.
3. Air dapat digunakan oleh tubuh atau jika berlebihan dapat dikeluarkan. Cobalah hembuskan nafas pada sebuah permukaan cermin, apakah yang dapat anda amati?
Panas yang dihasilkan dari pembakaran digunakan agar proses-proses kehidupan di dalam tubuh berjalan normal. Sebagai petunjuk jika proses tubuh tidak normal, maka suhu tubuh akan terasa dingin. Hal ini biasa terjadi pada orang pingsan.
4.3.5. Pengangkutan gas karbondioksida
Proses pengangkutan gas karbondioksida dari jaringan ke paruparu melalui 3 cara yaitu:
1. Transpor karbondioksida lewat plasma sebagai H2CO3. CO2 memiliki sifat lebih mudah larut dalam air dibanding dengan O2 sehingga dapat diangkut lewat plasma sebagai H2CO3. Darah venosa mengandung CO2 sekitar 50 mL/dL artinya setiap 100 mL darah mengangkut 50 mL CO2- dari jaringan ke pulmo. Karbondioksida di dalam darah berada pada berbagai kondisi. Bikarbonat di dalam eritrosit dan plasma merupakan bagian terbanyak. Karbondioksida berdifusi dari jaringan ke dalam plasma darah akan bereaksi dengan H2O membentuk H2CO3. H2CO3 berfungsi menurunkan pH dalam eritrosit.
2. Sebagai karbaminohemoglobin. Pada jaringan tekanan CO2 tinggi dan tekanan O2 rendah sehingga HbO2 mengalami disosiasi menjadi Hb + O2. Oksigen berdifusi ke cairan interstitial dan CO2– memasuki sitoplasma eritrosit. Sebagian kecil CO2 berikatan dengan Hb membentuk karbamino hemoglobin (karbamiHb).
3. Sebagai HCO3-. CO2 akan bereaksi dengan H2O yang terdapat dalam plasma darah dengan pengaruh enzim karbonik anhidrase membentuk H2CO3 yang secara spontan akan mengalami disosiasi menjadi ion H+ (proton) dan HCO3–. Dengan demikian, darah venosa mengandung HCO3– 60%, karbaminoHb 32%, dan sisanya sebagai H2CO3 dalam ertrosit.
4.3.6. Pengukuran Udara Pernafasan
Banyaknya udara yang keluar masuk paru-paru pada pernafasan normal dapat diukur dengan spirometer.
1. Kapasitas vital adalah banyaknya udara yang dapat dikeluarkan dari paru-paru setelah ambil nafas sedalam mungkin.
2. Death space (udara mati) adalah jumlah udara yang berada dalam saluran pernafasan antara hidung dan paru-paru, volumenya kurang lebih 150 ml.
3. Udara tidal adalah volume udara yang keluar masuk paru-paru dalam satu kali respirasi (ekspirasi atau inspirasi). Volume pada laki 500 ml, wanita 380 ml.
4. Kapasitas inspirasi adalah banyaknya udara yang dapat dihirup pada inspirasi maksimal, volumenya pada laki-laki 3800 ml, pada wanita 2400 ml.
5. Volume cadangan inspirasi adalah banyaknya udara yang dapat dihirup setelah inspirasi maksimal, volumenya pada lakilaki 1000 ml, pada wanita 700 ml.
6. Volume cadangan ekspirasi adalah banyaknya udara yang dapat dikeluarkan setelah ekspirasi normal, volumenya pada laki-laki 1000 ml, wanita 700 ml.
4.4. Kelainan dan Penyakit Sistem Pernafasan Manusia
Struktur maupun fungsi sistem pernafasan manusia dapat mengalami gangguan atau serangan penyakit. Antara lain:
1. Asma, merupakan penyakit penyumbatan saluran Pernafasan yang disebabkan alergi terhadap rambut, bulu atau kotoran.
2. TBC, penyakit paru-paru yang diakibatkan oleh serangan bakteri Mycobacterium tuberculosa. Difusi oksigen akan terganggu karena adanya bintil-bintil atau peradangan pada dinding alveolus. Tuberkolosis atau TBC adalah infeksi karena bakteri Mycobacterium tuberculosis, yang dapat merusak paru-paru tapi dapat juga mengenai sistem saraf sentral (meningitis, sistem lymphatic, sistem sirkulasi (miliary TB), sistem genitourinary, tulang dan sendi. Indonesia berada dalam peringkat ketiga terburuk di dunia untuk jumlah penderita TBC. Setiap tahun muncul 500 ribu kasus baru dan lebih dari 140 ribu lainnya meninggal. Tanggal 24 Maret diperingati dunia sebagai "Hari TBC". Pada 24 Maret 1882 tersebut, Robert Koch di Berlin, Jerman, mempresentasikan hasil penyebab tuberkulosa yang ditemukannya.
3. Macam-macam peradangan pada sistem Pernafasan, seperti: bronchitis, laringitis, faringitis, pleuritis, sinusitis.
4. Asfiksi, gangguan Pernafasan pada waktu pengangkutan dan penggunaan oksigen oleh jaringan, akibat tenggelam, pneumonia dan keracunan.
5. Asidosis, kenaikan kadar asam karbonat dan asam bikarbonat dalam darah.
6. Difteri, penyumbatan oleh lendir pada rongga faring yang dihasilkan oleh infeksi kuman difteri.
7. Pneumonia, infeksi yang disebabkan oleh virus atau bakteri pada alveolus yang menyebabkan terjadinya radang paru-paru.
4.5. Pemeliharaan Kesehatan Paru-paru
1. Olah Raga Mempertinggi Vitalitas Paru-Paru
Vitalitas dari paru-paru dapat dipertinggi dengan olah raga. Volume Oksigen Maksimum (VO2 max). Orang-orang yang mempunyai daya tahan tinggi oleh sebab melakukan olahraga, ternyata paru-paru mereka mempunyai kesanggupan untuk menampung 1 1/2 lebih banyak udara dari pada orang biasa. Pengukuran banyaknya udara atau oksigen disebut VO2 max. V berarti volume, O2 berarti Oksigen, max berarti maksimum, dengan demikian VO2 max berarti volume oksigen yang dapat digunakan tubuh pada saat bekerja sekeras mungkin. Sebagai contoh, pada saat kita lari menaiki bukit, maka kita akan menggunakan lebih banyak oksigen pada saat menaiki bukit ke dua dibandingkan dengan bukit pertama. Demikian juga bukit ke tiga, kita akan menggunakan lebih banyak oksigen dari pada bukit ke dua. Tetapi pada satu titik tertentu, kita akan tiba pada tingkatan di mana konsumsi oksigen maksimum, maksimum kuasa aerobik, atau VO2 max tadi. Faktor ini memberikan indikasi bagaimana kedayagunaan tubuh menggunakan oksigen pada saat melakukan pekerjaan, misalnya sewaktu olagraga, otot harus menghasilkan energi, satu proses dimana oksigen memegang peranan penting. Lebih banyak oksigen digunakan berarti lebih besar kapasitas untuk menghasilkan energi dan kerj yang berarti daya tahan Anda lebih besar. Mereka yang mempunyai VO2 max yang tinggi dapat melakukan lebih banyak pekerjaan sebelum menjadi lelah, dibandingkan dengan mereka yang mempunyai VO2 max yang rendah. Lebih sehat dan lebih tinggi kesegaran jasmani Anda, lebih banyak oksigen yang tubuh Anda dapat proseskan. Sementara Anda berlatih, paru-paru Anda akan dapat mengambil lebih banyak oksigen, yang berarti peredaran darah yang lebih baik, dan sel otot Anda bisa mendapatkan lebih banyak oksigen dari pembuluh darah kapiler. Dengan demikian, mereka yang mempunyai VO2 tinggi adalah orang yang mempunyai kesegaran jasmani, sedang yang mempunyai VO2 yang rendah, tidak mempunyai kesegaran jasmani. VO2 diukur dalam bentuk jumlah milliliter oksigen yang dikonsumsikan per kg berat badan dalam setiap menit. Sebagai contoh, mahasiswa rata-rata mempunyai VO2 max antara 40-50, sedangkan mahasiswi antara 35-45. Untuk atlet yang mempunyai daya tahan tinggi, rata-rata VO2-nya 75, dan atlet wanita sekitar 65; yang berarti jumlah milliliter oksigen yang dikonsumsikan per kg berat badan per menit. Untuk pengukuran VO2 max, diperlukan peralatan untuk mengukur di laboratorium. Umumnya dapat dilaksanakan tes kapasitas aerobik, misalnya “step test” (tes melangkah), atau lari untuk 2,4 km. Seseorang setelah lari 2,4 km sangat erat hubungannya dengan ukuran langsung dari VO2 max seseorang.
Faktor penentu VO2 Max
Apakah yang menentukan VO2 max seseorang? Terdapat 5 faktor yang menentukan VO2 max seseorang, yaitu:
1. Jenis Kelamin. Setelah masa pubertas, wanita dalam usianya yang sama dengan pria umumnya mempunyai konsumsi oksigen maksimal yang lebih rendah dari pria.
2. Usia. Setelah usia 20-an, VO2 max menurun dengan perlahanlahan. Dalam usia 55 tahun, VO2 lebih kurang 27% lebih rendah dari usia 25 tahun. Dengan sendirinya hal ini berbeda dari satu dengan orang yang lain. Mereka yang mempunyai banyak kegiatan VO2 max akan menurun dengan lebih perlahan.
3. Keturunan. Seseorang mungkin saja mempunyai potensi yang lebih besar dari orang lain untuk mengkonsumsi oksigen yang lebih tinggi, dan mempunyai suplai pembuluh darah kapiler yang lebih baik terhadap otot-otot, mempunnyai kapasitas paru-paru yang lebih besar, dapat mensuplai hemoglobin dan sel darah merah yang lebih banyak dan jantung yang lebih kuat. Dilaporkan bahwa konsumsi oksigen maksimum untuk mereka yang kembar identik sangat sama.
4. Komposisi Tubuh. Walaupun VO2 max dinyatakan dalam berapa milliliter oksigen yang dikonsumsi per kg berat badan, perbedaan komposisi seseorang menyebabkan konsumsi yang berbeda. Misalnya tubuh mereka yang mempunyai lemak dengan persentasi yang tinggi, mempunyai VO2 max yang lebih rendah. Bila tubuh Anda berotot kuat, VO2 max Anda lebih tinggi. Sebab itu, jikalau Anda dapat mengurangi lemak dalam tubuh, VO2 max dapat bertambah tanpa tambahan latihan.
5. Latihan atau olahraga dapat memperbaiki VO2 max. Dengan latihan daya tahan yang sistematis akan memperbaiki VO2 max dari 5% sampai 25%. Penelitian menunjukkan bahwa laki-laki usia 65-74 tahun dapat meningkatkan VO2 maksimumnya sekitar 18% setelah berolahraga dengan teratur dalam waktu 6 bulan.
Kata-kata Penting
* Saluran pernafasan
* Trakea
* Bronkheolus
* Alveoli
* Pleura
* Inspirasi
* Ekspirasi
* Hemoglobin
* Oksigen
* Karbondioksida
* Oksihemoglobin
* Respirasi seluler
* Udara tidal
* Kapsitas vital
* VO2 max
* Asma
* Tuberkulosis
* Aspiksia
Rangkuman
* Saluran pernafasan tersusun atas: lubang hidung, rongga hidung, faring, laring, trakea, bronkus, dan bronkeolus.
* Paru-paru terdiri dari 2 bagian, kiri dan kanan, yang terletak di rongga dada. Paru-paru kanan tersusun atas 3 gelambir, sedangkan paruparu kiri 2 gelambir. Paru-paru tersusun atas berjuta-juta alveolus yang memiliki fungsi penting dalam pertukaran gas pernafasan. Alveoli tempat pertukaran oksigen yang terdapat dalam udara pernafasan dengan karbondioskida yang terdapat dalam darah.
* Semua makhluk hidup melakukan Pernafasan (respirasi) untuk memenuhi kebutuhan oksigen (O2) dan membuang gas hidrat-arang (CO2).
* Paru-paru, tersusun atas berjuta-juta alveolus yang memiliki fungsi penting dalam pertukaran gas pernafasan.
* Proses pertukaran udara pernafasan terjadi karena adanya pergerakan tulang-tulang rusuk dan otot difragma yang mengakibatkan rongga dada membesar, paru-paru mengembang, tekanan udara dalam kantung-kantung paru-paru turun menjadi lebih rendah daripada tekanan udara atmosfer sehingga udara mengalir masuk ke paru-paru.
* Oksigen digunakan oleh tubuh untuk pembakaran (oksidasi) zat-zat makanan terutama glukosa menjadi sumber tenaga, air, CO2, dan panas.
* Alat Pernafasan manusia dapat mengalami kelainan atau serangan penyakit, seperti: asma, tuberculosis (TBC), infeksi saluran pernafasan atas (ISPA), difteri, dan pneumonia.
Latihan Uji Pemahaman
A. Lengkapilah dengan jawaban yang tepat!
1. Proses pernafasan pada tubuh manusia melewati organ-organ ...
2. Udara pernafasan ketika melewati ronga hidung mengalami ...
3. Otot-otot pernapasan yang berkontraksi pada waktu ekspirasi adalah ...
4. Pada saat inspirasi posisi diafragma adalah ...
5. Pernafasan luar adalah pertukaran oksigen dan karbondioksida yang terjadi di bagian ...
6. Komposisi udara pernafasan yang paling banyak adalah ...
7. Udara yang masuk atau keluar waktu kita bernapas normal disebut udara ...
8. Komposisi udara yang akan masuk paru-paru kurang lebih Penyempitan saluran Pernafasan tertama pada bagain bronkeolus menyebabkan....
9. Orang yang menderita asma karena mengalami penyem-pitan saluran pernafasan pada bagian ...
10. Penyakit pada paru-paru yang disebabkan oleh kuman Mycobacterium tuberculosa disebut ...
B. Berilah penjelasan dengan singkat dan benar!
1. Sebutkan secara urut dari ujung depan ke belakang susunan saluran pernafasan.
2. Jelaskan peran selaput lendir hidung ketika udara pernafasan yang menuju ke paru-paru melewatinya!
3. Jelaskan mengenai proses pertukaran udara pernafasan ke dalam paru-paru dan sebaliknya!
4. Jelaskan fungsi kantung-kantung alveoli paru-paru dalam pertukaran udara pernafasan!
5. Jelaskan manfaat oksigen bagi tubuh kita!
6. Jelaskan mekanisme pengangkutan gas karbondioksida dari jaringan ke paru-paru!
7. Jelaskan tentang penyebab penyakit pneumonia, gejala, dan bagian alat pernafasan yang mengalami kerusakan!
8. Jelaskan tentang kapasitas vital paru-paru seseorang dan faktorfaktor yang mempengaruhinya!
9. Jelaskan mengapa seorang atlet renang dapat bertahan cukup lama di dalam air selama berenang!
10. Jelaskan mengapa jika aktivitas tubuh semakin meningkat, maka frekuensi pernafasan juga semakin cepat!
