BIOKIMIA PERNAFASAN

Pendahuluan

Pernafasan adalah pertukaran antara gas O2 dari lingkungan hidup dengan gas CO2

sebagai salah satu hasil sampingan dari proses metabolisme di dalam tubuh.

Tujuan dari pernafasan adalah:

Memperoleh O2 yang diperlukan oleh sel untuk respirasi seluler (rangkaian fosforilasi oksidatif). Hal ini diperlukan untuk pembentukan energi.

Mengeluarkan gas CO2 sebagai salah satu hasil sampingan dari metabolisme. CO2 ini bila bereaksi dengan H2O akan menjadi asam yang cukup kuat dan dapat mengganggu pH cairan tubuh yang harus dipertahankan konstan.

Pertukaran gas O2 dan CO2 di alveoli paru dan pembuluh darah kapiler

Komposisi gas pernafasan

Kita menghisap udara atmosfer dengan tekanan 760 mmHg. Udara atmosfer ini memiliki komposisi gas-gas utama dengan tekanannya masing-masing sebagai berikut:

N2 : 79% → P N2 : 79% X 760 = 600 mmHg O2 : 21% → P O2 : 21% X 760 = 159 mmHg CO2 : 0,04% → P CO2 : 0,04% X 760 = 0,3 mmHg

Dengan adanya uap air (H2O) yang relatif konstan di dalam alveoli paru yaitu dengan tekanan 47 mmHg, maka komposisi gas oksigen dan karbondioksida berbeda, yaitu:

H2O : dengan tekanan parsial 47 mmHg O2 : dengan tekanan parsial 104 mmHg CO2 : dengan tekanan parsial 40 mmHg

Dari analisa gas darah diketahui pula komposisi gas-gas dalam darah arterial, venous maupun jaringan, dengan komposisi sebagai berikut:

Gas Tekanan parsial (mmHg)Atmosfer Alveoli Arterial Jaringan Venous

O2 159 104 95 Interstitial40

Intrasel23

40

CO2 0,3 40 40 Intrasel46

Interstitiel45

45

Difusi gas pernafasan

Kita menghisap udara atmosfer dengan tekanan 760 mmHg. Udara atmosfer ini memiliki komposisi gas-gas dengan tekanannya masing-masing sebagai berikut:

Perbedaan tekanan parsial dari gas-gas akan mendorong gas-gas tersebut dari tempat satu ke tempat lainnya di dalam tubuh kita. Lebih jelas cermati skema berikut.

Difusi gas oksigen dan karbondioksida akibat perbedaan tekanan parsial gas

Transportasi gas pernafasan

Transport O2 dari alveoli paru ke sel, diangkut dalam dua bentuk, yaitu:

Sebagai larutan gas O2

Oksigen yang larut dalam darah kira-kira 1,5%. Bentuk ini mengikuti hukum-hukum larutan gas sehingga tergantung pada tekanan parsial. Makin besar tekanan parsial, makin banyak gas yang terlarut. Pada P O2 normal dalam arteri (95 mmHg), gas O2 yang terlarut berkisar 0,29/100 ml darah.

Diangkut oleh hemoglobin (Hb)Oksigen yang terikat oleh Hb kira-kira 98,5%. Hb mampu mengikat O2 secara reversibel. Ikatan antara Hb dengan O2 merupakan ikatan yang longgar.

Hb + O2 → Hb-O2

(Deoxygenated Hb) (Oxygenated Hb)

Pada P O2 95 mmHg, setiap gram Hb mampu mengikat 1,34 ml O2. Jadi bila kadar Hb 14,5 g%, maka O2 yang diangkut dalam bentuk ini adalah

14,5 X 1,34 ml = 19,43 ml/100 ml darah.

Dari dua macam pengangkutan di atas, dapat dihitung bahwa O2 yang diangkut oleh darah arteridari alveoli paru ke jaringan tubuh adalah 0,29 ml + 19,43 ml atau kira-kira 19,72 ml/100ml darah.

Adapun transport CO2 dari sel/jaringan menuju alveoli paru melalui 3 cara yaitu:

Larut dalam plasma kira-kira 10% dari volume CO2.

Terikat oleh Hb sebagai senyawa karbamin yaitu karbaminohemoglobin, kira-kira 30% dari volume CO2

Hb + CO2 → Hb-CO2

Sebagai garam bikarbonat HCO3-, kira-kira 60%. Reaksi pembentukan bikarbonat

memerlukan aktifitas enzim karbonik anhidrase yang terdapat di dalam eritrosit, sehingga proses ini terjadi di dalam eritrosit.

CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3- + Na+/K+ → NaHCO3/KHCO3

Setelah senyawa bikarbonat terbentuk, senyawa tersebut dikeluarkan dari eritrosit menuju plasma. Untuk mengimbangi muatan listrik yang dikeluarkan, maka sebagai ganti ion Cl- masuk dari plasma ke dalam eritrosit. Peristiwa ini dinamakan Chloride shift.

Transportasi CO2

Pengaruh transportasi CO2 terhadap pH cairan tubuh

Pengeluaran CO2 melalui paru yang sangat besar merupakan sumber asam yang luar biasa, yang mampu mengubah pH cairan tubuh menjadi sangat rendah. Namun tubuh kita mampu mengendalikan keadaan tersebut.

Pada keadaan normal, rasio bikarbonat (HCO3-) dengan asam karbonat H2CO3 adalah 20:1.

HCO3-

------- = 20H2CO3

Jika rasio bikarbonat dan asam karbonat bisa dipertahankan 20, maka pH akan tetap 7,4, tidak memandang berapapun kadar bikarbonat dan asam karbonat tersebut.

Selain CO2 masih banyak hasil sampingan yang bersifat asam misalnya laktat, piruvat, benda keton, sulfat, fosfat dan sebagainya. Bila dibiarkan, bahan-bahan ini dapat mengganggu keseimbangan asam-basa cairan tubuh, sehingga perlu dibuang melalui paru dan ginjal. Agar selama perjalanan menuju organ pembuangan tidak mengganggu pH cairan tubuh, maka asam-asam tadi harus diikat dulu oleh bahan yang disebut larutan penyangga (buffer).

Pada dasarnya buffer adalah campuran antara asam lemah dan garamnya atau campuran antara basa lemah dan garamnya. Di dalam tubuh buffer merupakan campuran asam lemah dan garamnya, misalnya garam bikarbonat dengan asam karbonat, garam protein dengan protein, garam fosfat dengan asam fosfat, garam organik dengan asam organik, garam Hb dengan H-Hb

Gangguan keseimbangan asam-basa cairan tubuh

Selama rasio garam HCO3 : H2CO3 tetap 20, maka pH tetap 7,35-7,45. Jika ada sesuatu hal menyebabkan perubahan rasio tersebut, maka pH cairan akan berubah.

Jika garam HCO3 : H2CO3 > 20, maka pH > 7,45 (disebut alkalosis) Jika garam HCO3 : H2CO3 < 20, maka pH < 7,35 (disebut asidosis)

Penyebab dari perubahan tersebut bisa berasal dari kadar garam HCO3, kadar H2CO3 atau keduanya.

Perubahan kadar H2CO3 berhubungan dengan p CO2 sedangkan p CO2 ditentukan oleh respirasi. Maka perubahan kadar H2CO3 dinamakan respiratorik.

Penurunan pH akibat peningkatan kadar H2CO3 dinamakan asidosis respiratorik. Peningkatan pH akibat penurunan kadar H2CO3 dinamakan alkalosis respiratorik

Sedangkan perubahan kadar garam HCO3 dihubungkan dengan metabolikPenurunan pH akibat penurunan kadar garam HCO3 dinamakan asidosis metabolik. Peningkatan pH akibat peningkatan kadar garam HCO3 dinamakan alkalosis respiratorik

ASIDOSIS RESPIRATORIK

Penyebab:

Pengeluaran CO2 terhalang sehingga terjadi penumpukan CO2 (P CO2 meningkat) akibatnya kadar H2CO3 juga meningkat. Keadaan ini terjadi akibat asthma bronchiale, pneumonia, emfisema, pneumothoraks, fraktur kosta dll.

Penanggulangan:

Yang penting mengembalikan rasio garam HCO3 : H2CO3 = 20. Karena P CO2 meningkat, maka garam HCO3 juga harus ditingkatkan, dengan cara meningkatkan resorpsi HCO3 di tubulus ginjal sampai rasio 20 tercapai (asidosis respiratorik terkompensasi). Tahap berikutnya adalah secara pelan-pelan kadar garam HCO3 dan H2CO3 dikembalikan ke keadaan normal.

ALKALOSIS RESPIRATORIK

Penyebab:

Pengeluaran CO2 berlebihan (pada pernafan cepat/hiperventilasi) sehingga P CO2 menurun sehingga kadar H2CO3 juga menurun. Keadaan ini terjadi akibat anoksia, ensefalitis, febris, histeris dll.

Penanggulangan:

Yang penting mengembalikan rasio garam HCO3 : H2CO3 = 20. Karena P CO2 menurun, maka garam HCO3 juga harus diturunkan, dengan cara mengurangi resorpsi HCO3 di tubulus ginjal sampai rasio 20 tercapai (alkalosis respiratorik terkompensasi). Tahap berikutnya adalah secara pelan-pelan kadar garam HCO3 dan H2CO3 dikembalikan ke keadaan normal.

ASIDOSIS METABOLIK

Penyebab:

Penurunan kadar garam HCO3 tanpa diimbangi penurunan kadar H2CO3, umumnya terjadi akibat pengeluaran HCO3 yang berlebihan, misalnya pada kasus:

- Terlalu banyak pembuangan asam melalui ginjal sehingga garam HCO3 ikut terbuang, misalnya pada diabetes mellitus, keracunan asam salisilat dll.

- Fungsi resorpsi ginjal terganggu (nefritis, hidronefrosis, pielonefritis, TBC ginjal dll.)- Terbuangnya HCO3 melalui usus misalnya diare

Penanggulangan:

Yang penting mengembalikan rasio garam HCO3 : H2CO3 = 20. Karena kadar basa berkurang, maka H2CO3 harus diturunkan pula dengan cara menurunkan CO2 melalui pernafasan sampai rasio 20 tercapai (asidosis metaboli terkompensasi). Akibatnya terjadilah pernafasan yang cepat dan dalam (kusmault)

ALKALOSIS METABOLIK

Penyebab:

Peningkatan kadar garam HCO3 tanpa diimbangi peningkatan kadar H2CO3, misalnya pada kasus:

- Pemberian obat alkalis yang berlebihan (pada kasus ulkus peptikum)- Pengeluaran HCl lambung berlebihan (emesis, kumbah lambung). Hal ini

menyebabkan sekresi asam lambung berlebihan, sehingga chloride shift meningkat yang berakibat pada kandungan bikarbonat meningkat dalam plasma.

- Terbuangnya HCO3 melalui usus misalnya diare

Penanggulangan:

Yang penting mengembalikan rasio garam HCO3 : H2CO3 = 20. Karena kadar basa meningkat, maka H2CO3 harus ditingkatkan pula dengan cara meningkatkan CO2 melalui pernafasan sampai rasio 20 tercapai (alkalosis metabolik terkompensasi) Akibatnya terjadilah pernafasan yang lambat dan dangkal