FLUIDA GAS

A. Komponen Udara

B. Hukum Boyle dan Mekanika Paru-Paru

C. Hukum Laplace dan Mekanika Alveoli

D. Hukum Dalton

E. Tekanan Barometrik dan Kesehatan

F. Spirometer

A. Komponen Udara

Udara yang dihirup setiap hari tersusun dari beberapa jenis gas.Beberapa jenis gas dan komposisinya saat inspirasi (menghirup udara) dan saat ekspirasi (menghembuskan udara) diperlihatkan pada tabel berikut.

inspirasi ekspirasi

N2 80 % 80 %

O2 19 % 16 %

CO2 0,04 % 4 %

Setiap hari, udara yang dihirup sebanyak 10 kg. Absorbsi (penyerapan) O2 lewat paru-paru sebanyak 400 liter (0,5 kg) dan sedikit CO2.

22,4 liter udara mengandung 6 x 1023 (bilangan Avogadro) molekul udara. Setiap pernafasan sejumlah 1022 molekul udara masuk ke paru-paru.

B. Hukum Boyle danMekanika Paru-Paru

1. Hukum Boyle

Tekanan gas dalam ruang tertutup berbanding terbalik dengan volumenya.

Bila volume makin besar, maka tekanan makin kecil dan bila volume makin kecil maka tekanan makin besar.

P1 V1 = P2 V2

P = tekanan, V = volume, k = konstante

Contoh Soal

Volume suatu tabung mula-mula 100 cc. Tekanan gas di dalam tabung itu 100 mm Hg. Berapa tekanan gas jika volume tabung diperkecil menjadi 25 cc.

Mekanika Paru-Paru Bagian-Bagian Paru-Paru.

• Ilustrasi prinsip kerja pleura visceralis, pleura parietalis dan intrapleural.

Plat A dan plat B bergerak kekiri dan kekanan, sehingga volume ruang udara berubah. Terjadinya perubahan volume (ΔV) menyebabkan terjadinya perubahan tekanan (ΔP). ΔV/ ΔP disebut kompliansi dari paru-paru.

• Ketika kita menarik nafas, rongga dada berkembang. Ikut berkembang pula pleura parietalis dan pleura visceralis. Akibatnya ruang intra pleural berkembang. Volume intra pleural bertambah, jadi menurut hukum Boyle tekanannya berkurang. Tekanan intra pleural lebih kecil dari pada tekanan udara luar, sehingga udara masuk ke intra pleural (proses inspirasi). Sebaliknya ketika volume intra pleural berkurang, tekanannya bertambah (lebih besar dari pada tekanan udara luar) maka udara keluar dari intra pleural (proses ekspirasi).

• Pada penyakit paru-paru yang menyebabkan kekakuan paru-paru misalnya fibrosis paru-paru(pembentukan jaringan pada paru-paru), pleura visceralis kaku (pegas kaku, sehingga plat A tidak mudah bergerak) perubahan volume intra pleural (ΔV ) kecil sehingga perubahan tekanan (ΔP ) juga kecil. Kompliansi menjadi kecil. Debit udara saat inspirasi dan ekspirasi kecil. Untuk mengatasi kekurangan debit, frekuensi inspirasi dan ekspirasi ditingkatkan, sehingga orang tampak terengah-engah, sesak nafas.

• Selain karena penyakit paru-paru, nilai kompliansi juga menurun pada usia lanjut.

Pada orang dewasa nilai kompliansi berkisar antara 0,18 – 0,27 liter/cm H2O.

• Penyakit paru-paru dengan kompliansi yang tinggi (perubahan volume besar tetapi perubahan tekanan kecil), adalah :

a) Respiratory Distress Syndrome (RDS)

b) Emfisema pulmonum.

C. Hukum Laplace dan Mekanisme Alveoli

• Hukum Laplace.

Tekanan (P) pada gelembung, berbanding lurus dengan tegangan permukaan gelembung (γ) dan berbanding terbalik dengan jari-jari gelembung (R).

P = 4 γ/R

P1 P2

• Gelembung P1 dan P2 dihubungkan dengan katup. Ketika katup tertutup tekanan di P2 > tekanan di P1, karena volumenya lebih kecil.

• Jika katup dibuka, udara akan mengalir dari P2 ke P1. Gelembung P1 akan mengembang dan gelembung P2 akan mengempis. Jika keadaan ini berlangsung terus, maka gelembung P2 akan kollaps.

• Alveoli = gelembung paru-paru merupakan jutaan gelembung yang berhubungan.

• Pada alveoli, sebelum terjadi kollaps (atelectatis), tekanan pada gelembung menurun, sehingga udara mengalir kembali dari P1 ke P2. Proses ini akan berulang terus, sehingga udara mengalir secara bolak balik pada gelembung-gelembung alveoli.

• Tekanan pada gelembung menurun, karena ada surface active agent (surfactant) sejenis zat yang menurunkan tegangan permukaan, yang berarti juga menurunkan tekanan.

• Apabila bayi lahir tanpa surfactant di dalam paru-parunya, umumnya pada bayi yang lahir prematur, akan timbul keadaan yang disebut Respiratory Distres Syndrome (RDS).

D. Hukum Dalton

• Tekanan total pada suatu campuran gas, merupakan jumlah dari tekanan parsial masing-masing gas. Tekanan parsial dari masing-masing gas sebanding dengan prosentase gas dalam campuran itu.

Contoh : Tekanan udara 76 cm Hg atau 760 mm Hg. Dalam udara terdapat 20% oksigen (O2). Tekanan parsial O2 adalah 20% x 760 mm Hg = 152 mm Hg.

E. Tekanan Barometrik dan Kesehatan

• Tekanan barometrik = tekanan atmosfir = tekanan udara luar.

Dengan mengingat tekanan hidrostatis pada fluida Phidr = ρgh, maka makin tinggi letak suatu tempat, makin kecil tekanan barometrik.

• Makin kecil tekanan barometrik (tekanan total udara) maka makin kecil pula tekanan parsial dari gas penyusunnya.

• Makin tinggi letak suatu tempat, makin kecil pula tekanan parsial O2. Pada ketinggian 23.000 kaki hanya sebagian hemogoblin jenuh dengan oksigen. Akibatnya transport oksigen ke jaringan berkurang 50 % sehingga tubuh mengalami anoksia (kekurangan oksigen). Pada ketinggian 20.000 kaki penderita belum masuk koma (tidak sadarkan diri), tetapi setelah 10 menit atau lebih penderita akan mengalami kollaps. Pada ketinggian 24.000 kaki penderita akan masuk dalam keadaan kritis. Pada ketinggian di atas 30.000 kaki, dalam waktu 1 menit, seorang yang normal akan jatuh dalam keadaan koma.

F. Spirometer

• Spirometer adalah alat untuk mengukur debit aliran udara yang masuk dan keluar paru-paru, yang hasilnya dicatat dalam grafik volume perwaktu.

• Mouthpiece spirometer dipasang pada hidung pasien. Pasien kemudian menarik nafas dan menghembuskan nafas. Drum ngambang (drum apung = floating drum) A akan bergerak naik turun, sementara itu drum pencatat berputar searah jarum jam, sehingga pena pencatat akan mencacat sesuai dengan gerak drum A. Hasil pencatatan disebut spirogram.

Contoh spirogram

• Pada waktu istirahat, volume udara paru-paru 500 ml. Keadaan ini disebut tidal volume.

• Pada permulaan dan akhir pernafasan, terdapat keadaan reserve. Akhir dari suatu inspirasi, ada usaha mengisi paru-paru dengan udara. Tambahan udara ini disebut inspiratory reserve volume, yang jumlahnya 3.000 ml. Akhir dari suatu ekspirasi ada usaha untuk mengeluarkan udara dari paru-paru. Udara ini disebut expiratory reserve volume, yang jumlahnya kira-kira 1.100 ml.

• Udara yang tertinggal setelah ekspirasi secara normal, functional residual capacity (FRC). Volume FRC sekitar 2.000 ml.

• Seorang yang bernafas, baik dalam keadaan inspirasi maupun ekspirasi, kedua keadaan ekstrim ini disebut vital capacity. Dalam keadaan normal volume vital capacity 4.500 ml.

• Dalam keadaan apapun paru-paru tetap mengandung udara. Udara ini disebut residual volume, yang jumlahnya kira-kira 1.000 ml untuk orang dewasa.

• Maksimum volume udara yang dapat dihirup selama 15 menit disebut Maximum Voluntary Ventilation (MVV).

• Maksimum ekspirasi setelah maksimum inspirasi sangat berguna untuk mengetest penderita emphysema dan penyakit obstruksi (penyempitan) jalan pernafasan.

• Dalam keadaan normal udara yang dikeluarkan kira-kira 70 % dari vital capacity dalam 0,5 detik, 85 % dalam 1 detik, 94 % dalam 2 detik dan 97% dalam 3 detik. Debit aliran udara 350 – 500 liter/menit.