7. prinsip dan aplikasi engineering pada sistem respiras...

Prinsip dan Aplikasi Engineering pada Sistem Respirasi

1. Fungsi

• Menyediakan O2

• Mengeluarkan CO2 • Regulasi konsentrasi hidrogen (asam basa)• Phonasi (pembentukan suara)

2. Komponen• Secara struktural dibagi

menjadi:– Sist. pernafasan bag. atas

(dari rongga hidung sampai laryinx)

– Sist. pernafasan bag. bawah (dimulai dari larynx)

• Secara fungsional dibagi menjadi:– Zona konduksi; dari rongga

hidung sampai terminal bronchiolus

– Zona respirasi; dari bronchiolus sampai alveolus

Organ-organ sistemrespirasi:• Zona Konduksi:

– Rongga hidung– Pharynx– Larynx– Trachea – Bronchiolus primer– Bronchiolus sekunder– Bronchiolus tersier (Bronchiolus

segmentalis)– Bronchiolus – Bronchiolus terminalis

• Zona Respirasi:– Bronchiolus repiratorius– Ductus alveolaris– Sacculus alveolaris– Alveolus

Zona KonduksiZona Konduksi

– Rongga hidung– Pharynx– Larynx– Trachea – Bronchiolus primer– Bronchiolus sekunder– Bronchiolus tersier

(Bronchiolus segmentalis)– Bronchiolus terminalis

Fungsi:• Filter, menghangatkan dan

melembabkan udara• Terdapat peningkatan luas

penampang totaL yang berlipat ganda

.

Zona respirasi

Zona respirasi• Bronchiolus repiratorius• Ductus alveolaris• Sacculus alveolaris• Alveolus (kantung-kantung

udara di dalam paru tempat pertukaran gas berlangsung)

• Pertukaran gas dapat terjadi dengan cepat dan efisien karena jarak antara darah di kapiler dan udara di alveoli < 0,1 µm

Rongga Pleura dan Membran Pleura

• Terdapat 2 rongga pleura yang dipisahkan oleh mediastinum

• Tiap rongga pleura berisi paru dan dilapisi oleh membran serosa yaitu pleura

• Pleura terdiri dari 2 lapis yaitu: – pleura parietalis– pleura visceralis

• Cairan Pleural melubrikasi celah diantara lapisan pleura

3. Properti• Compliance:

– kemampuan alveoli dan jaringan paru untuk mengembang pada waktu inspirasi

• Elasticity:– Kemampuan jaringan elastis paru untuk

rekoil/kembali ke ukuran semula pada waktu ekspirasi

• Surface tension:– menghambat distensi paru

4. Ventilasi • Ventilasi:

– Pertukaran udara antara udara luar dengan paru– Proses mekanik dari gerak aliran udara masuk keluar paru

(bernapas)– Fekuensi 15 – 20 kali per menit

• Proses ventilasi:– Inspirasi/inhalasi (aktif):

• Otot inspirasi berkontraksi → rongga toraks membesar → alveoli membesar → gas pada alveoli ekspansi →tekanan pada paru turun dibawah atmosfir → udara mengalir dari luar ke paru ( hukum Boyle)

– Ekspirasi/ekshalasi (pasif):• otot inspirasi relaksasi → volume rongga toraks kembali ke ukuran semula

Mekanisme Ventilasi pulmoner

inspirasi

• Otot inspirasi berkontraksi• Diafragma berkontraksi • Volume thorax bertambah

ekspirasi

• Otot inspirasi relaksasi• Diafragma relaksasi • Volume thorax kembali ke ukuran

semula

Pergerakan udara keluar-masuk Paru

• Tekanan :– Tekanan pleura– Tekanan alveolus

• Compliance

5. Respirasi

• Respirasi Eksternal :– Seluruh proses yang mencakup pertukaran O2 dan

CO2 antara alveoli dan pembuluh darah

• Respirasi Internal /cellular respiration:– Pengambilan O2 dan produksi CO2 didalam sel

individu

Pulmonary ventilation External respiration Internal respiration

Pertukaran udara antara udara luar dengan paruBiasa disebut bernafas.

Pertukaran udara antara alveoli paru dengan darah pada sirkulasi pulmonal

Pertukaran gas antara darah dan sel dalam tubuh

Tergantung dari gerak dada dan diafragma juga jalan nafas

Tergantung pada tekanan parsiel gas, integritas membran paru (alveoli) dan aliran darah pada paru

Tergantung pada tekanan parsiel gas, integritas membran paru (alveoli) dan aliran darah paru

6. Gas• Sifat umum gas:

– Kompresibel – Jika resistensi maka flow – Udara terdiri dari campuran gas dan masing-masing berdifusi

secara independen– Solubilitas gas tergantung pada:

• Tekanan parsiel gas • Temperatur

– Solubilitas masing-masing gas berbeda• O2 pada air: 0,1 m moles/L (rendah)

• CO2 pada air: 3,0 m mole/L (tinggi)

Konsentrasi gas diudara

Nitrogen N2 78.6 Oksigen O2 20.9Karbon dioksida CO2 0.04Uap air H2O 0.46

Tekanan parsial gas• Tekanan parsial mengacu pada tekanan yang

dilakukan setiap gas pada suatu sistem (atmosphere, darah, jaringan, paru)

• Jumlah tekanan parsial masing-masing gas adalah tekanan total pada sistem tersebut

• Tekanan total disebut tekanan barometrik• Pada atmosfer tekanan barometrik adalah 760

mmHg pad ketinggian air laut.Tekanan parsial gas (P) = % gas X tekanan total

• Gerak gas antara alveoli, darah, dan sel tergantung dari beda tekanan parsial masing-masing gas pada daerah tersebut.

• Gas berdifusi dari daerah yang mempunyai tekanan lebih tinggi ke daerah yang mempunyai tekanan lebih rendah (hukum difusi)

7. Hukum dalam Sistem Respirasi

• Boyle’s Law: Volume of gas varies inversely with the pressure, if temperature is held

constantV ~ P

• Charles’ Law: Volume of a gas is directly proportional to its absolute temperature, if pressure is held constant

V2 = T2

V1 T1

Hukum dalam Sistem Respirasi

• Dalton’s Law of Partial Pressure-each gas in a mixture of gases exerts a pressure independent of the other gases in the mixture

PT=PO2+PCO2+PN2+PH2O

• Henry’s Law-the quantity of a gas that can dissolve in a liquid is proportional to the partial pressure and the solubility coefficient

Pressure=______PGAS______Solubility Coefficient

8. Tekanan pada sistem Respirasi• Tekanan intrapulmonar (intra-alveolar pressure)

– Besarnya relatif terhadap Patm

– Pada pernafasan relaxed breathing, beda antara Patm dan tekanan intrapulmonar kecil, yaitu sekitar —1 mm Hg sewaktu inhalasi dan +1 mm Hg pada waktu ekspirasi

• Tekanan intrapleura: tekanan pada ruangan antara pleura parietalis dan pleura visceralis – Besar tekanan rata-rata —4 mm Hg dan maksimum —18 mm

Hg (lebih rendah dari tekanan intra alveolar)– Pada seluruh siklus respirasi, tekanannya tetap dibawah

tekanan atmosfir (Patm)– Gaya yang menyebabkan terjadinya tekanan negatif:

• Kecenderungan paru untuk kembali ke ukuran semula (recoil) akibat properti elastis dari jaringan paru)

• Surface tension pada cairan alveolar• Kedua gaya tersebut menyebabkan paru tertarik menjauhi dinding

toraks sehingga menimbulkan kevakuman partial pada pleural cavity

Perubahan Tekanan dan Volume sewaktu Inhalasi /inspirasi dan

Ekshalasi/ekspirasi

Inhalasi Ekshalasi+2

0

-2

-4

Tekanan intrapulmoner

Tekanan intrapleural

Tidal Volume

Volume dan kapasitas Paru

• 4 level penting:– Maximal inspiratory level (MIL): menghirup udara

secara maksimum– Normal inspiratory level (NIL): menghirup napas

biasa– Normal expiratory level (NEL): menghembuskan

napas biasa– Maximal expiratory level (MEL): menghembuskan

napas secara maksimum

Volume dan Kapasitas Paru

1. Volume tidal: volume udara yang di inspirasi dan ekspirasi setiap kali bernafas normal


2. Volume cadangan inspirasi/Inspiratory reserve volume (IRV): Volume udara ekstra yang masih dapat diinspirasi setelah dan diatas volume tidal


3. Volume cadangan ekspirasi/Expiratory reserve volume (ERV): Volume udara ekstra yang masih dapat dikeluarkan oleh ekspirasi kuat setelah ekspirasi normal


4. Volume Residu: Udara yang masih tetap berada dalam paru setelah ekspirasi paling kuat. Merupakan volume minimal


1. Kapasitas inspirasi /Inspiratory capacity: volume tidal + inspiratory reserve volume


2. Kapasitas Residu fungsional/Functional residual capacity (FRC): expiratory reserve volume + volume residu


3. Kapasitas Vital / Vital capacity: expiratory reserve volume + volume tidal + inspiratory reserve volume


3. Kapasitas paru total / Total lung capacity: vital capacity + residual volume

1. Volume tidal: volume udara yang di inspirasi dan ekspirasi setiap kali bernafas normal

2. Volume cadangan inspirasi/Inspiratory reserve volume (IRV): Volume udara ekstra yang masih dapat diinspirasi setelah dan diatas volume tidal

3. Volume cadangan ekspirasi/Expiratory reserve volume (ERV): Volume udara ekstra yang masih dapat dikeluarkan oleh ekspirasi kuat setelah ekspirasi normal

4. Volume Residu: Udara yang masih tetap berada dalam paru setelah ekspirasi paling kuat. Merupakan volume minimal

1. Kapasitas inspirasi /Inspiratory capacity: volume tidal + inspiratory reserve volume

2. Kapasitas Residu fungsional/Functional residual capacity (FRC): expiratory reserve volume + volume residu

3. Kapasitas Vital / Vital capacity: expiratory reserve volume + volume tidal + inspiratory reserve volume

3. Kapasitas paru total / Total lung capacity: vital capacity + residual volume

9. Hambatan pada jalan Nafas

• Penyakit paru sering digolongkan pada 2 katagori:– Penyakit paru obstruktif, mempengaruhi flow

ekspirasi– Penyakit paru restriktif: mengindikasikan

pengurangan volume inspirasi

10. Besaran yang dapat diukur:

• Besaran fisik:– Tekanan – Flow– Volume

• Properti:– Compliance

• Gas darah

Compliance • Faktor-faktor yang mempengaruhi compliance:

1. Struktur jaringan ikat paru 2. Level produksi surfactant3. Mobilitas dari rongga thorax

Surfactant

Molekul air Yang menempel pada alveoli menimbulkan tegangan permukaan.Surface tension mengurangi tegangan permukaan dengan cara mengurangi gaya tarik antar moelkul air

7. prinsip dan aplikasi engineering pada sistem respiras...

Documents