Mekanisme Kerja Pernapasan dan Mekanisme Transpor O2 serta CO2

Rufina Rettu

10 – 2011 – 046

Mahasiswa Fakultas Kedokteran UKRIDA

Pendahuluan

Sistem respirasi atau sistem pernapasan merupakan suatu mekanisme yang penting

dalam tubuh manusia. Sistem respirasi mencakup 2 proses yaitu respirasi internal yaitu

meliputi proses metabolisme intra sel yang terjadi di mitokondria termasuk konsumsi oksigen

dan produksi karbon dioksida selama pengambilan energi dari molekul nutrient. Yang kedua

adalah pernapasan luar yang meliputi seluruh urutan langkah kejadian antara sel tubuh

dengan lingkungan luar.Tujuan dari pernapasan adalah untuk menyediakan oksigen bagi

jaringan dan membuang karbon dioksida , untuk mencapai tujuan ini , pernapasan dapat

dibagi menjadi 4 fungsi utama yaitu :1

a. Ventilasi paru yang berarti masuk dan keluarnya udara antara atmosfer dan alveoli

paru.

b. Difusi oksigen dan karbon dioksida antara alveoli dan darah.

c. Pengangkutan oksigen dan karbon dioksida dalam darah dan cairan tubuh ke dan dari

sel jaringan tubuh.

d. Pengaturan ventilasi dan hal – hal lain dari pernapasan .

Alamat Korespondensi :Rufina Rettu Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida WacanaJl. Arjuna Utara No. 06 Jakarta 11510No Telp ( 021) 5694-2051 email : vivinretu@yahoo.co.id

1

Struktur Makroskopis dan Mikroskopis Sistem Pernapasan

Struktur saluran pernapasan terdiri dari sistem saluran udara / tidak ada pertukaran gas

yang dimulai dari hidung , faring , laring , trakea , bronkus sampai bronkiolus terminalis dan

organ pertukaran gas ( sistem alveol paru ).

a. Hidung

Di dalam hidung terdapat organum olfactorium primer.Fungsi hidung antara lain ialah

a. Fungsi penghidu

b. Pernapasan

c. Penyaringan debu

d. Pelembapan udara pernapasan

e. Penampungan secret dari sinus paranasales dan ductus nasolacrimalis

Pada permukaan luar inferior hidung terdapat dua lubang yakni nares anterior yang

terpisah satu dari yang lain oleh septum nasi .Terdiri dari vestibulum dan fosa nasal

Vestibulum adalah bagian paling anterior dan paling lebar dari rongga hidung. Kulit luar

hidung memasuki nares (cuping hidung) dan berlanjut ke dalam vestibulum, pada permukaan

dalam nares terdapat banyak kelenjar sebasea dan kelenjar keringat, selain rambut tebal

pendek atau vibrissa. Didalam vestibulum, epitelnya tidak berlapis tanduk lagi dan beralih

menjadi epitel respirasi khas sebelum memasuki fosa nasal.2

Fosa nasal, terdiri dari 2 rongga yang dibatasi oleh septum nasi. Dari dinding lateral

menonjol keluar 3 tonjolan bertulang mirip rak yang dikenal sebagai konka. Dari konka

superior, media, dan inferior, hanya konka media dan inferior ditutupi oleh epitel olfaktorius.

Didalam lamina propia konka terdapat plexus venosa besar yang dikenal sebagai badan

pengembang (swell bodies) untuk menghangatkan udara yang masuk melalui hidung.2

b. Faring

Faring adalah sebuah pipa musculomembranosa , panjang 12 – 14 cm membentang

dari basis cranii sampai setinggi vertebra cervical 6 atau tepi bawah cartilago cricoidea.Paling

lebar di bagian superior berukuran 3 ,5 cm.Di sebelah kaudal dilanjutkan dengan oesophagus

( kerongkongan ). Faring dibagi menjadi tiga bagian :3

a. Nasopharing

2

b. Orofaring

c. Laringofaring

Nasofarings adalah bagian pertama faring, yang kearah kaudal berlanjut sebagai oral

organ ini, yaitu orofaring. Nasofaring dilapisi epitel bertingkat torak bersilia bersel goblet,

dibawah membrana basalis terdapat lamina propia terdapat kelenjar campur. Orofaring

sendiri dilapisi epitel berlapis gepeng tanpa lapisan tanduk, terletak dibelakang rongga mulut

dan permukaan belakang lidah. Nanti akan dilanjutkan bagian atas yang akan menjadi epitel

mulut dan ke bawah ke epitel oesophagus.2

c. Laring

Laring merupakan saluran udara yang bersifat sphincter dan juga organ pembentuk suara ,

membentang antara lidah sampai trakea atau pada laki – laki dewasa setinggi vertebra

cervical 3 sampai 6 tetapi sedikit lebih tinggi pada anak dan perempuan dewasa.Laring

berada di antara pembuluh – pembuluh besar leher dan di sebelah ventral tertutup oleh kulit ,

fascia – fascia dan otot – otot depressor lidah.3 Laring adalah tabung tak teratur yang

menghubungkan faring dengan trakea. Didalam lamina propia terdapat jumlah tulang rawan

laryngeal. Tulang rawan yang lebih besar (tiroid, krikoid, dan kebanyakan aritenoid) adalah

tulang rawan hialin, dan beberapa di antaranya mengalami perkapura pada orang tua. Tulang

rawan yang lebih kecil (epiglottis, kuneifrom, kornikulata, dan ujung aritenoid) adalah tulang

rawan elastis. Ligament mengikat tulang-tulang rawan. Fungsi sebagai penyongkong

(menjaga agar jalan napas terbuka), tulang rawan ini berfungsi sebagai katup untuk mencegah

makanan atau cairan yang ditelan memasuki trakea, dan juga berfungsi sebagai alat

pengahasil nada suara untuk fonasi.2

d. Trakea

Trakea merupakan sebuah pipa udara yang terbentuk dari tulang rawan dan selaput

fibromuskular , panjangngnya sekitar 10 -11 cm sebagai lanjutan dari laring , membentang

mulai setinggi cervical 6 sampai tepi atas vertebra thoracal 5 .Ujung kaudal trakea terbagi

menjadi bronkus principalis ( primer , utama ) dekstra dan sinistra.3

Trakea dilapisi oleh mukosa respirasi. Terdapat 16-20 cincin tulang rawan hialin

membentuk C, yang terdapat dalam lamina propia, berfungsi menjaga agar lumen trakea tetap

terbuka. Ujung terbuka dari cincin berbentuk C terletak dipermukaan posterior trakea.

Ligamen fibroelastis dan berkas-berkas otot polos (muskulus trakealis) terikat pada

3

periosteum dan menjembatani kedua ujung bebas tulang rawan berbentuk C ini. Ligamen

mencegah overdistensi dari lumen, sedangkan muskulus memungkinkan lumen menutup.2

Untuk mempertahankan trakea agar tidak kolaps terdapat cincin kartilago multipel yang

mengelilingi trake pada kira – kira lima perenam panjang trakea.Di semua bagian trakea

yang tidak terdapat tulang rawan ( kartilago ) dindingnya terutama terbentuk oleh otot polos.1

e. Bronkus

Merupakan generasi percabangan keduabelas sampai kelima belas dari pohon bronkus.

Tidak ada lempengan tulang rawan pada dindingnya dan juga tidak ditemukan kelenjar pada

bagian lamina proprianya, hanya ada sedikit sel goblet pada epitel di segmen awalnya. Pada

bronkiolus yang lebih besar, epitelnya adalah epitel bertingkat silindris bersilia, yang semakin

memendek dan makin sederhana sampai menjadi epitel selapis silindris bersilia atau selapis

kuboid pada bronkiolus terminalis yang lebih kecil. Pada epitel di bronkiolus juga

mengandung sel clara yang permukaannya tidak ditutupi mikrovili dan sitoplasma apikalnya

mengandung sedikit granul sekresi padat di bagian atasnya (apexnya) yang berguna untuk

menyekresi protein yang melindungi lapisan bronkiolus terhadap polutan oksidatif dan

inflamasi. Di dekat permukaan bebas, sel clara berhubungan dengan sel-sel didekatnya

dengan zonula occludens. Pada bronkiolus ini juga memperlihatkan daerah spesifik yang

disebut badan neuroepitel. Pada badan ini mengandung banyak sekali granul sekretorik dan

menerima ujung saraf kolinergik. Fungsi dari badan neuroepitel ini belum diketahui, namun

badan-badan ini mungkin merupakan kemoreseptor yang bereaksi terhadap perubahan

komposisi gas dalam jalan napas. Selain itu juga ikut berperan pada proses pemulihan sel-sel

epitel jalan napas yang mengalami cedera.2 Pada dinding bronkus terdapat lempeng kartilago

yang kecil dan melengkung yang mempertahankan rigditas namun tetap memungkinkan

pergerakan yang cukup agar paru dapat mengembang dan mengempis.Kartilago ini secara

progresif manjadi semakin kecil pada generasi akhir bronkus.1

4

Struktur Mikroskopis Bronkus 4

Diambil dari :Bagian Histologi FK UKRIDA.Penuntun praktikum Histologi.Jakarta:Penerbit

FK Ukrida;2012.h 48.4

f. Bronkus Respiratorius

Setiap bronkiolus terminalis bercabang menjadi 2 atau lebih bronkiolus respiratorius yang

berfungsi sebagai daerah peralihan antara bagian konduksi dan bagian respirasi dari sistem

pernapasan. Mukosa bronkiolus respiratorius secara struktual identik dengan yang ada pada

bronkiolus terminalis kecuali dindingnya yang diselingi oleh banyak alveolus sakular tempat

terjadi pertukaran gas. Dibagian bronkiolus respiratorius dilapisi oleh epitel kuboid bersila sel

clara, tetapi pada tepi muara alveolus, epitel bronkiolus menyatu dengan sel-sel selapis

alveolus gepeng. Makin kedistal alveolusnya dan jarak diantaranya makin kecil. Diantara

alveolus, epitel bronkiolusnya terdiri atas epitel kuboid bersilia.2

Struktur Mikroskopis Bronkiolus Terminalis – Bronkiolus Respiratorius 4

Diambil dari :Bagian Histologi FK UKRIDA.Penuntun praktikum Histologi.Jakarta:Penerbit

FK Ukrida;2012.h 48.4

5

g. Duktus Alveolaris

Makin kedistal pada bronkiolus repiratorius, jumlah muara alveolus ke dalam dinding

brinkiolus makin banyak sampai dinding itu seluruhnya ditempatinya, dan tabung itu kini

disebut duktus alveolaris. Duktus alveolaris dan alveolus keduanya dipisahkan oleh sel

alveolus gepeng yang sangat halus. Dalam lamina propia yang mengelilingi tepian alveolus

terdapat anyaman sel otot polos. Berkas otot polos mirip sfingter ini tampak sebagai tombol

di antara alveoli berdekatan.2

Duktus alveolus bermuara kedalam atrium, yang berhubungan dengan sakus alveolaris,

dua atau lebih sakus alveolaris timbul dari setiap atrium. Banyak serat elastin dan retikulin

membentuk jalinan rumit sekitar muara atrium. Serat-serat retikulin berfungsi sebagai

penunjang yang mencegah pengembangan yang berlebihan dan pengrusakan pada kapiler-

kapiler halus dan septa alveolus yang tipis.2

h. Alveolus

Alveolus adalah penonjolan (evaginasi) mirip kantung bergaris tengah lebih kurang 200

µm, dari bronkiolus, duktus alveolaris, dan sakus alveolaris. Alveoli adalah bagian terminal

dari percabangan bronkus, merekalah yang memberi paru struktur sponsnya. Didalam

struktur mirip mangkuk ini berlangsung pertukaran oksigen dan CO2 antara udara dan darah.

Struktur dinding alveolus dikhususkan untuk memudahkan dan memperlancar difusi antara

lingkungan luar dan dalam. Umumnya setiap dinding terletak diantara dua alveolus

bersebelahan dan karenannya disebut sebagai septum atau dinding interalveolus. Satu septum

interalveolus terdiri atas dua lapis epitel gepeng tipis, dan mengandung kapiler, fibroblast,

serat elastin dan retikulan, makrofag. Kapiler dan matriks jaringan ikat membentuk

intertisium. Didalam intertisium dari septum interalveolus terdapat jaringan kapiler yang

paling luas dalam tubuh.2

Udara dalam alveolus dipisahkan dari darah kapiler oleh tiga unsur yang secara kolektif

disebut sebagai sawar darah udara: lapisan permukaan dan sitoplasma sel alveolus; lamina

basal yang menyatu dari sel alveolus dan sel endotel; dan sitoplasma sel endotel. Didalam

septum interalveolus, kapiler paru berkesinambungan ditunjang oleh jalinan serat retikulin

dan elastin, serat-serat ini yang disusun agar dinding alveolus dapat mengembang dan

mengerut, adalah alat penyangga struktural pertama dari alveolus. Membran basal, leukosit,

makrofag, fibroblast, juga terdapat didalam intertisium septum. Membran basal dibentuk oleh

6

penyatuan dua lamina basal yang diproduksi oleh sel endotel dan sel epitel (alveolar) dinding

alveolus. Oksigen dari udara alveolus masuk kedarah kapiler melalui lapisan-lapisan tersebut

diatas, CO2 berdifusi kearah yang berlawanan, pembensan CO2 dari H2CO3 dikatalisis oleh

enzim karbon anhidrase yang terdapat dalam sel darah merah, lebih kurang 300 juta alveoli

yang terdapat dalam paru sangat memperluas permukaan dalam untuk pertukaran gas, yang

diperkirakan mencapai lebih kurang 140 m2. Septum interalveolus terdiri dari lima jenis sel

utama: sel endotel kapiler, sel alveolus tipe 1 (gepeng), sel alveol tipe 2 (septal, alveoli

besar), sel intersisial, termasuk fibroblast dan sel mast, dan makrofag alveolar.2 Sel endotel

sangat tipis dan mudah dikacaukan dengan sel alveolar tipe 1. Pelapis endotel itu utuh dan

tidak bertingkat. Ciri paling mencolok pada sitoplasma bagian gepeng dari sel adalah

banyaknya vesikel pinositotik.Sel tipe 1, juga disebut sel alveolus gepeng, adalah sel yang

sangat tipis yang melapisi permukaan alveolus. Sel tipe 1 merupakan 97% dari permukaan

alveolus. Fungsi utama sel ini adalah mengadakan sawar dengan ketebalan minimal yang

mudah dilalui gas. Sel tipe 2, juga disebut sel alveolar besar ditemukan terselip diantara sel

alveolar tipe 1. Kedua jenis sel ini melekat melalui taut kedap dan desmosom. Sel tipe 2

berbentuk agak kuboid yang biasanya berkelompok 2 atau 3 sepanjang permukaan alveolus

pada tempat pertemuan dinding alveolus dan membentuk sudut. Sel ini, yang tempat diatas

membrane basal adalah bagian dari epitel karena mempunyai asal yang sama dengan sel tipe

1 yang melapisi dinding alveolus. Sel ini mirip dengan sel sekresi biasa, mereka memiliki

mitokondria, RE kasar, kompleks golgi yang baik dan mikrofili pada permukaan apikal

bebasnya.2 Pada sel janin histologi, mereka menampilkan ciri sitoplasma vektikular has atau

berbusa, vesikel ini disebankan adanya badan-badan berlamel yang tetap terpelihara dan

terdapat dalam jaringan dipersiapkan. Badan berlamel menghasilkan materi yang menyebar

diatsa permukaan alveolus, memberi lapisan alveolar ekstraselular, yaitu surfaktan pulmonal,

yang menurunkan takanan permukaan alveolar. Surfakatan juga mencegah alveolus agar

tidak kolaps saat ekspirasi.2

Mekanisme Kerja Pernapasan

Mekanisme kerja pernapasan meliputi dua proses yaitu inspirasi ( pemasukan O2 ) dan

ekspirasi ( pengeluaran CO2 hasil metabolisme tubuh ). Untuk menjalankan mekanisme

pernapasan tentu saja membutuhkan otot – otot pernapasan baik otot – otot inspirasi maupun

ekspirasi .

7

Otot Pernapasan Inspirasi

Otot – otot inspirasi adalah otot - otot yang mengelevasikan rangka dada.Otot

pernapasan utama adalah otot inspirasi yang terpenting adalah diafragma selain itu juga

diperlukan otot interkostalis eksterna . Otot inspirasi aksesorius misalnya scalenus anterior ,

scalenus medius ,scalenus posterior , sternocleidomastoideus , serratus anterior.1

a. Diafragma

Merupakan jaringan musculofibrosa yang berbentuk dua belah kubah diantara rongga

toraks dan rongga perut. Terutama cembung kearah posterosuperior yang menghadap rongga

toraks dan cekung kearah anteroinferior yang menghadap rongga perut. Kontraksi diafragma

akan medatarkan kubah , mengurangi tekanan rongga toraks sehingga menarik udara masuk

ke paru.Tempat lekat diafragma meliputi :3

a. Processus xiphoideus

b. Ujung – ujung sterna iga dan tulang – tulang rawan iga 7 – 12

c. Processu transverses vertebra lumbar 1 dan korpus vertebra lumbal atas,perlekatannya

pada daerah lumbal ini berlangsung melalui perantaraan ligg.arcuatum mediale dan

laterale serta crura diaphragmatica.

Ada tiga aperture pada diafragma, yaitu:3

a. Hiatus aortikus yang dilalui oleh aorta desenden, vena azigos dan duktus torasikus.

b. Hiatus esophagus yang dilalui oleh esophagus

c. Aperture yang satu lagi dilalui oleh vena kava inferior.2

b. Mm.Intercostalis Externi

Sebelas pasang M.intercostalis externus ini membentang dari tepi inferior iga atas

menuju tepi superior iga di bawahnya.Serabut – serabut otot ini melintas serong kearah antero

– inferior. Paa saat inspirasi otot ini mengangkat iga – iga ke arah atas karena kontraksi

konsentrik serabut – serabut otot ini sangat dekat dengan kelandaian iga – iga pada tempat

lekat otot tersebut.3

Otot pernapasan tambahan seperti sternokleidomastoideus berfungsi untuk mengangkat

sternum ke atas.Serratus anterior berfungsi untuk mengangkat sebagian besar iga dan otot

skalenus berfungsi untuk mengangkat dua iga pertama.1

8

Otot Pernapasan Ekspirasi

Otot – otot ekspirasi adalah otot – otot yang menurunkan rangka dada.Ekspirasi

dicapai dengan recoil pasif paru dan dinding dada namun pada laju ventilasi yang tinggi

ekspirasi dibantu oleh kontraksi otot abdomen yang mempercepat recoil diafragma dengan

meningkatkan tekanan abdomen ( misalnya olahraga). Otot yang aktif saat ekspirasi adalah

Mm intercostalis interni.1,5

a. Mm.Intercostalis Interni

Sebelas pasang M.intercostalis internus melintas antara tepi paling inferior – lateral

sulcus costae iga atas menuju tepi superior iga di bawahnya . Otot ini membentang dari ujung

sterna daerah intercatilaginea sampai angulus costae di sebelah posterior . Kea rah columna

vertebralis , di sebelah medial belakang / ujung vertebral sela iga , lapis ini

berkesinambungan dengan lig.intercostalis interna . Serabut otot ini melintas serong ke arah

postero – inferior .Bagian interosseus Mm intercostalis interni merupakan otot yang paling

aktif selama ekspirasi , menggerakkan iga – iga ke arah bawah , karena kontraksi konsentrik

serabut otot ini hampir tegak lurus dengan kelandaian iga – iga pada tempat perlekatan otot

tersebut.3

Paru – paru normal bersifat ringan lunak dan menyerupai sepon .Paru – paru juga

kenyal dan dapat mengisut sampai sekitar sepertiga besarnya.Masing – masing paru – paru

memiliki puncak / apex , tiga permukaan , dan tiga tiga tepi .6

Permukaan paru – paru memiliki :6

a. Facies costalis , terhampar pada sternum , cartilage costalis dan costa.

b. Facies mediastinalis , ke medial berhubungan dengan mediastinum dan ke dorsal

dengan sisi vertebra.

c. Facies diaphragmatica / alas bertumpu pada kubah diafragma yang cembung ,

cekungan terdalam terdapat pada paru – paru kanan , karena letak kubah sebelah

kanan lebih tinggi.

Tepi paru – paru memiliki :6

a. Margo anterior adalah tepi pertemuan facies costalis dengan facies mediastinalis di

sebelah ventral yang bertumpang pada jantung , incisura cardiac merupakan torehan

pada tepi paru – paru kiri.

9

b. Margo inferior membentuk batas lingkar facies diaphragmatica paru – paru dan

memisahkan facies diaphragmatica dari facies costalis dan facies mediatinalis.

c. Margo posterior ialah tepi pertemuan facies costalis dengan facies mediastinalis di

dorsal , tepi ini lebar dan mencembung , terletak dalam ruang pada sisi vertebra.

Paru – paru merupakan struktur elastis yang akan mengempis seperti balon dan

mengeluarkan semua udaranya melalui trakea bila tidak ada kekuatan untuk mempertahankan

pengembangannya.Juga tidak terdapat perlekatan antara paru – paru dan dinding rangka dada

kecuali pada bagian paru yang tergantung hilumnya dari mediastinum.Bahkan paru – paru

sebetulnya ” mengapung ” dalam rongga toraks dikelilingi oleh suatu lapisan tipis cairan

pleura yang menjadi pelumas bagi gerakan paru di dalam rongga.Selanjutnya cairan yang

berlebihan akan diisap terus – menerus ke dalam saluran limfatik untuk menjaga agar

terdapat sedikit isapan antara permukaan viseral dari pleura paru dan permukaan parietal

pleura dari rongga toraks . Oleh karena itu kedua paru menetap pada dinding toraks seolah –

olah terlekat padanya , kecuali ketika dada melakukan pengembangan dan berkontraksi ,

maka paru paru dapat bergeser secara bebas karena terlumas dengan baik . Tekanan pleura

adalah tekanan cairan dalam ruang sempit antara pleura paru dan pleura dinding

dada.Tekanan pleura normal pada awal inspirasi adalah sekitar – 5 sentimeter air yang

merupakan nilai isap yang dibutuhkan untuk mempertahankan paru agar tetap terbuka sampai

nilai istirahatnya.Kemudian selama inspirasi normal pengembangan rangka dada akan

menarik paru ke arah luar dengan kekuatan yang lebih besar dan menyebabkan tekanan

menjadi lebih negatif , menjadi rata – rata sekitar – 7,5 sentimeter air.1

Tekanan alveolus adalah tekanan udara di bagian dalam alveoli paru.Untuk

menyebabkan udara mengalir ke alveoli selama inspirasi , maka tekanan dalam alveoli harus

turun sampai nilainya sedikit dibawah tekanan atmosfer .Selama inspirasi normal , tekanan

alveolus menurun sampai sekitar – 1 sentimeter air.Tekanan yang sedikit negatif ini cukup

untuk menarik sekitar 0,5 liter udara ke dalam paru dalam waktu 2 detik sebagaimana yang

diperlukan untuk inspirasi yang normal dan tenang. Selama ekspirasi terjadi tekanan yang

berlawanan .Tekanan alveolus meningkat sampai sekitar +1 sentimeter air dan tekanan ini

mendorong 0,5 liter udara inspirasi keluar paru pada saat ekspirasi selama 2 sampai 3 detik.1

Tekanan transpulmonal yaitu perbedaan antara tekanan alveolus dan tekanan

pleura.Ini merupakan perbedaan antara tekanan alveoli dan tekanan pada permukaan luar

paru dan ini adalah nilai daya elastis dalam paru yang cenderung mengempiskan paru pada

10

setiap pernapasan yang disebut tekanan daya lenting paru.Luasnya pengembangan paru untuk

setiap unit peningkatan tekanan transpulmonal ( jika terdapat cukup waktu untuk mencapai

keseimbangan ) disebut komplians paru.1

Kerja insprasi dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu :1

a. Yang dibutuhkan untuk pengembangan paru dalam melawan daya elastisitas paru dan

dada yang disebut kerja komplians atau kerja elastis.

b. Yang dibutuhkan untuk mengatasi viskositas paru dan struktur dinding dada yang

disebut kerja resistensi jaringan.

c. Yang dibutuhkan untuk mengatasi resistensi jalan napas terhadap pergerakan udara ke

dalam paru yang disebut kerja resistensi jalan napas.

Volume paru terdiri dari:1

a. Volume tidal adalah volume udara yang diinspirasi atau diekspirasi setiap kali

bernapas normal.

b. Volume cadangan inspirasi adalah volume udara ekstra yang dapat diinspirasi setelah

dan diatas volume tidal normal bila dilakukan inspirasi kuat biasanya mencapai 3000

ml.

c. Volume cadangan ekspirasi adalah volume udara ekstra maksimal yang dapat

diekspirasi melalui ekspirasi kuat pada akhir ekspirasi tidal normal jumlah normalnya

adalah sekitar 1100 ml.

d. Volume residu yaitu volume udara yang masih tetap berada dalam paru setelah

ekspirasi paling kuat , volume ini besarnya kira – kira 1200 ml.

Penyatuan dua atau lebih volume diatas disebut kapasitas paru .Kapasitas paru terdiri dari :1

a. Kapasitas inspirasi yaitu jumlah udara ( kira – kira 3500 ml ) yang dapat dihirup oleh

seseorang , dimulai dari tingkat ekspirasi normal dan pengembangan paru sampai

jumlah maksimum.

b. Kapasitas residu fungsional yaitu jumlah udara yang tersisa dalam peru pada akhir

ekspirasi normal ( kira – kira 2300 ml ).

c. Kapasitas vital yaitu jumlah udara maksimum yang dapat dikeluarkan seseorang dari

paru , setelah terlebih dahulu mengisi paru secara maksimum dan kemudian

mengeluarkan sebanyak – banyaknya.

11

d. Kapasitas paru total adalah volume maksimum yang dapat mengembangkan paru

sebesar mungkin dengan dengan inspirasi sekuat mungkin .

Gambar 1.Mekanisme Pernapasan 7

Mekanisme pernapasan .Diunduh dari biologysmylife.blogspot.com14 Mei 2012.

Mekanisme Transpor Oksigen dan Karbon Dioksida

Setelah alveoli diventilasi dengan udara segar , langkah selanjutnya dalam proses

pernapasan adalah difusi oksigen dari alveoli ke pembuluh darah paru dan difusi karbon

dioksida dalam arah sebaliknya , keluar dari pembuluh darah . Proses difusi secara sederhana

merupakan gerakan molekul – molekul secara acak yang menjalin jalan ke seluruh arah

melalui membran pernapasan dan cairan yang berdekatan .Walaupun demikian dalam

fisiologi pernapasan kita tidak hanya memperhatikan mekanisme dasar terjadinya difusi tetapi

juga kecepatan difusi .Pada fisiologi pernapasan banyak sekali campuran gas – gas terutama

oksigen , karbon dioksida dan nitrogen .Kecepatan difusi masing – masing gas ini berbanding

langsung dengan tekanan yang disebabkan oleh gas itu sendiri yang disebut tekanan parsial

gas .Selain perbedaan tekanan berbagai faktor lain juga mempengaruhi kecepatan difusi gas

dalam cairan .Faktor – faktor tersebut antara lain :1

a. Daya larut gas dalam cairan , makin besar daya larut gas makin banyak jumlah

molekul yang tersedia untuk berdifusi pada perbedaan tekanan parsial tertentu.

b. Luas penampang cairan ,makin besar luas penampang lintang daerah difusi itu makin

besar jumlah total molekul yang berdifusi.

12

c. Jarak yang harus dilalui gas sewaktu difusi , makin jauh jarak yang harus ditempuh

oleh molekul makin lama waktu yang dibutuhkan olehmolekul tersebut untuk

berdifusi.

d. Berat molekul gas

e. Suhu cairan

Difusi gas melalui membran pernapasan melukiskan unit pernapasan yang terdiri dari

bronkiolus respiratorius , duktus alveolaris , atria dan alveoli.Kira – kira 300 juta alveoli di

kedua paru , masing – masing alveolus mempunyai diameter rata – rata 0,2 mm . Dinding

alveolus sangat tipis dan diantara alveoli terdapat jaringan kapiler yang hampir padat dan

saling berhubungan .Karena luasnya pleksus kapiler inilah maka aliran darah dalam dinding

alveolus telah diuraikan sebagai suatu ” lembaran ” aliran darah.Dengan demikian jelas

bahwa gas alveolus berada sangat dekat dengan darah kapiler paru.Selanjutnya pertukaran

gas antara udara alveolus dan darah paru terjadi melalui membran di seluruh bagian terminal

paru , tidak hanya dalam alveoli itu sendiri .Semua membran ini secara bersama – sama

dikenal sebagai membran pernapasan yang juga disebut membran paru .1

Faktor – faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi gas melalui membran pernapasan antara

lain :1

a. Ketebalan membran

b. Luas permukaan membran

c. Koefisien difusi gas dalam substansi membran

d. Perbedaan tekanan parsial gas antara kedua sisi membran

Peran Hemoglobin dalam Pengangkutan Oksigen

Pada keadaan normal , sekitar 97 % oksigen yang diangkut dari paru ke jaringan

dibawa dalam campuran kimiawi dengan hemoglobin di dalam sel darah merah sisanya

sebanyak 3 % diangkut dalam bentuk terlarut dalam cairan plasma dan sel darah.Dengan

demikian pada keadaan normal , oksigen dibawa ke jaringan hampir seluruhnya oleh

hemoglobin.Molekul oksigen bergabung secara longgar dan reversible dengan bagian heme

dari hemoglobin .Bila PO2 tinggi seperti dalam kapiler paru oksigen akan berikatan dengan

hemoglobin , tetapi bila PO2 rendah seperti dalam kapiler jaringan , oksigen dilepaskan dari

hemoglobin .Ini adalah dasar untuk hampir seluruh pengangkutan oksigen dari paru ke

jaringan.1

13

Darah orang normal mengandung sekitar 15 gram hemoglobin dalam setiap 100 ml

darah dan tiap gram hemoglobin dapat berikatan maksimal dengan 1 , 34 ml oksigen ( 1,39

ml bila hemoglobin secara kimiawi bersifat murni , tetapi ketidakmurnian seperti

methemoglobin mengurangi jumlah ini ).Jumlah total oksigen yang terikat dengan

hemoglobin di dalam darah arteri sistemik normal dengan saturasi 97 persen , kira – kira

adalah 19 ,4 ml tiap 100 ml darah .Saat melewati kapiler jaringan , jumlah ini berkurang , rata

– rata menjadi 14 ,4 ml ( PO2 40mmHg , saturasi hemoglobin 75 %).Dengan demikian pada

keadaan normal , kira – kira 5 ml oksigen diangkut dari paru ke jaringan oleh setiap 100 ml

aliran darah.1

Meskipun hemoglobin diperlukan untuk pengangkutan oksigen ke jaringan ,

hemoglobin mempunyai fungsi utama lainnya untuk kehidupan .Fungsi ini adalah fungsi

hemoglobin sebagai sistem ” dapar oksigen jaringan” .Dengan ini hemoglobin dalam darah

bertanggung jawab terutama untuk stabilisasi tekanan oksigen dalam jaringan.Fungsi ini

dapat dijelaskan sebagai berikut .Pada keadaan basal jaringan membutuhkan kira – kira 5 ml

oksigen dari setiap 100 ml darah yang melalui kapiler jaringan.Untuk setiap 5 ml darah

oksigen yang dilepaskan oleh setiap 100 ml aliran darah , PO2 harus turun kira – kira 40

mmHg .Oleh karena itu PO2 jaringan normalnya tidak dapat meningkat di atas 40 mmHg ,

karena seandainya terjadi demikian , oksigen yang diperlukan jaringan tidak dapat

dilepaskan dari hemoglobin .Dengan cara ini , dalam keadaan normal hemoglobin mengatur

batas atas tekanan oksigen dalam jaringan , yaitu sekitar 40mmHg.1

PO2 normal dalam alveoli kira – kira 104 mmHg , tetapi ketika seseorang mendaki

gunung atau naik pesawat udara , PO2 dapat turun dengan mudah sampai kurang dari setengah

jumlah ini .Bila PO2 alveolus diturunkan sampai 60 mmHg , saturasi oksigen hemoglobin

arteri masih 89 % hanya 8 % dibawah saturasi normal sebesar 97 %.Selanjutnya jaringan

masih mengeluarkan kira – kira 5 ml oksigen dari setiap 100 ml darah yang mengalir melalui

jaringan tersebut , untuk mengeluarkan oksigen , PO2 darah vena turun menjadi 35 mmHg

PO2 hanya 5 mmHg di bawah nilai normal sebesar 40mmHg.Dengan demikian PO2 jaringan

hampir tak berubah walaupun PO2 alveolus secara nyata menurun menjadi 104 menjadi 60

mmHg .1

Bila darah menjadi sedikit asam , dengan penurunan pH dari nilai normal 7 ,4 menjadi

7,2 pergeseran kurva disosiasi oksigen – hemoglobin rata – rata 15 persen ke

kanan.Sebaliknya peningkatan Ph normal 7 ,4 menjadi 7 ,6 akan menggeser kurva ke kiri

14

dengan besar yang sama.Selain perubahan pH dikenal pula beberapa faktor lain yang

menyebabkan pergeseran kurva .Tiga faktor diantaranya menggeser kurva ke kanan ialah :1

a. Peningkatan konsentrasi karbon dioksida , pergeseran kurva disosiasi oksigen –

hemoglobin sebagai respons terhadap peningkatan karbon dioksida dan ion hidrogen

dalam darah memberi pengaruh penting dalam meningkatkan pelepasan oksigen dari

darah dalam jaringan dan meningkatkan oksigenasi darah dalam paru.Pengaruh ini

disebut efek Bohr.Pengaruh ini dapat dijelaskan sebagai berikut ketika darah melalui

jaringan , karbon dioksida berdifusi dari sel jaringan ke dalam darah .Proses ini

menaikkan PO2 dan kemudian meningkatkan H2CO3 darah ( asam karbonat ) darah

dan konsentrasi ion hydrogen.Efek ini menggeser kurva disosiasi oksigen –

hemoglobin ke kanan dan kearah bawah yang memaksa oksigen terlepas dari

hemoglobin dan dengan demikian meningkatkan jumlah pengiriman oksigen ke

jaringan.Terjadi efek yang berlawanan di dalam paru yang menyebabkan karbon

dioksida berdifusi dari darah ke dalam alveoli .Efek ini menurunkan PCO2 darah dan

menurunkan konsentrasi ion hidrogen , menggeser kurva disosiasi oksigen –

hemoglobin ke kiri dan kearah atas.Oleh karena itu jumlah oksigen yang berikatan

dengan hemoglobin pada PO2 alveolus tertentu , menjadi sangat meningkat sehingga

menyebabkan pengiriman oksigen ke jaringan dalam jumlah yang lebih besar.

b. Peninggian suhu darah

c. Peningkatan 2 ,3 difosfogliserat ( DPG ) yaitu suatu senyawa fosfat yang secara

metabolik penting terdapat dalam darah dengan konsentrasi yang berubah – ubah

tergantung pada kondisi metabolik yang berbeda.DPG normal dalam darah

mempertahankan kurva disosiasi oksigen – hemoglobin sedikit bergeser ke kanan

setiap saat .Tetapi dalam keadaan hipoksia yang berlangsung lebih dari beberapa

jam , jumlah DPG dalam darah sangat meningkat sehingga menggeser kurva

disosiasi oksigen – hemoglobin lebih ke kanan.Ini menyebabkan oksigen dikirimkan

ke jaringan pada tekanan oksigen 10 mmHg lebih besar daripada keadaan tanpa

peningkatan DPG ini.Oleh karena itu pada beberapa keadaan hal ini dapat menjadi

suatu mekanisme penting untuk menyesuaikan diri terhadap hipoksia khusunya

terhadap hipoksia akibat aliran darah jaringan yang kurang baik .

15

Pengangkutan Karbon Dioksida dalam Darah

Untuk memulai proses pengangkutan karbon dioksida , karbon dioksida berdifusi

keluar dari sel jaringan dalam bentuk molekul karbon dioksida yang terlarut.Waktu

memasuki kapiler jaringan , karbon dioksida segera menginisiasi serangkaian reaksi secara

kimia dan fisika yang penting untuk transport karbon dioksida.Ada beberapa jenis

pengangkutan karbon dioksida antara lain:

a. Pengangkutan karbon dioksida dalam bentuk terlarut

Sebagian kecil karbon dioksida ditranspor dalam bentuk terlarut ke paru.Telah dijelaskan

bahwa PCO2 darah vena adalah 45 mmHg dan darah arteri adalah 40 mmHg.Jumlah karbon

dioksida terlarut dalam cairan darah pada tekanan 45mmHg kira – kira 2,7ml/dl ( 2,7 volume

persen ).Jumlah yang terlarut dalam tekanan 40 mmHg kira – kira 2,4 ml atau berbeda 0,3

ml.Oleh karena itu , kira – kira hanya 0,3 ml karbon dioksida yang diangkut dalam bentuk

karbon dioksida terlarut oleh setiap 100 ml aliran darah.Jumlah ini kira – kira 7 % dari semua

karbon dioksida yang diangkut secara normal.1

b. Pengangkutan karbon dioksida dalam bentuk ion bikarbonat.

Karbon dioksida yang terlarut dalam darah bereaksi dengan air untuk membentuk asam

karbonat.Reaksi ini terjadi sangat lambat dan tidak penting seandainya tidak ada enzim

protein di dalam sel darah merah yang disebut karbonik anhidrase , yang berfungsi untuk

mengkatalisis reaksi antara karbon dioksida dan air , serta mempercepat reaksi ini kira – kira

5000 kali lipat.Oleh karena itu , berbeda dengan reaksi dalam plasma yang memerlukan

waktu berdetik – detik atau bermenit – menit , maka dalam sel darah merah reaksi ini terjadi

sedemikian cepatnya sehingga mencapai keseimbangan hampir sempurna dalam waktu

sepersekian detik .Ini memungkinkan sejumlah besar karbon dioksida bereaksi dengan cairan

sel darah merah bahkan sebelum darah tersebut meninggalkan kapiler jaringan.1

Dalam waktu sepersekian detik selanjutnya asam karbonat yang dibentuk dalam sel darah

merah ( H2CO3 ) terurai menjadi ion hydrogen dan ion bikarbonat ( H+ dan HCO3).Kemudian

sebagian besar ion hydrogen bersatu dengan hemoglobinfdalam sel darah merah sebab

protein hemoglobin merupakan dapar asam – basa yang kuat.Lalu banyak ion bikarbonat

yang berdifusi dari sel darah merah ke dalam plasma sementara ion klorida berdifusi ke

dalam sel darah merah untuk menggantikannya.Hal ini dapat terjadi karena adanya protein

pembawa bikarbonat – klorida yang khusus dalam membrane sel darah merah yang

16

menggerakkan kedua ion ini bolak – balik dengan cepat dalam arah yang berlawanan.Dengan

demikian kadar klorida sel darah merah vena lebih besar daripada sel darah merah di arteri ,

fenomena ini disebut pergeseran klorida.Di bawah pengaruh karbonik anhidrase , gabungan

karbon dioksida dengan air dalam sel darah merah yang bersifat reversible , meliputi sekitar

70 % dari seluruh karbon dioksida yang diangkut dari jaringan ke paru .1

c. Pengangkutan karbon dioksida dalam gabungannya dengan hemoglobin dan protein

plasma – karbaminohemoglobin

Karbon dioksida juga bereaksi langsung dengan radikal amino molekul hemoglobin ,

untuk membentuk senyawa karbaminohemoglobin ( CO2Hgb).Gabungan karbon dioksida

dengan hemoglobin ini adalah reaksi reversibel yang terjadi dengan ikatan longgar , sehingga

karbon dioksida mudah dilepaskan ke dalam alveoli yang memiliki PCO2 lebih rendah

daripada kapiler paru.1

Kurva disosiasi karbon dioksida memperlihatkan ketergantungan karbon dioksida

darah total dalam semua bentuknya terhadap PCO2 .1Pengikatan oksigen dengan hemoglobin

cenderung mengeluarkan karbon dioksida dari darah.Sesungguhnya efek ini yang disebut

efek Haldane.Efek Haldane disebabkan oleh fakta sederhana bahwa gabungan oksigen

dengan hemoglobin dalam paru menyebabkan hemoglobin menjadi asam yang lebih kuat.Hal

ini menyebabkan pindahnya karbon dioksida dari darah dan masuk ke dalam alveoli melalui

dua cara yaitu :1

a. Semakin tinggi keasaman hemoglobin , semakin berkurang kecenderungannya untuk

bergabung dengan karbon dioksida untuk membentuk karbaminohemoglobin , jadi

memindahkan banyak karbon dioksida dalam bentuk karbamino dari darah.

b. Meningkatnya keasaman hemoglobin juga menyebabkan hemoglobin melepaskan

sejumlah ion hidrogen , dan ion – ion ini berikatan dengan ion bikarbonat untuk

membentuk asam karbonat , kemudian terurai menjadi air dan karbon dioksida dan

karbon dioksida dikeluarkan dari darah masuk ke dalam alveoli dan akhirnya ke

udara.

17

Alkalosis

Pada alkalosis , rasio HCO3- terhadap CO2 di dalam cairan ekstrasel meningkat ,

menyebabkan peningkatan pada pH ( penurunan konsentrasi H+ ) seperti yang terbukti dari

persamaan Handerson – Hasselbalch.Tanpa memperhatikan penyebab alkalosis , baik akibat

gangguan metabolik atau respiratorik , masih terdapat suatu peningkatan rasio HCO3-

terhadap H+ did alam cairan tubulus ginjal .Efek akhir dari mekanisme kompensasi ini adalah

kelebihan HCO3- yang tidak dapat direabsorbsi dari tubulus dan oleh karena itu

diekskresikan dalam urin. Jadi alkalosis HCO3- dikeluarkan dari cairan ekstra sel melalui

ekskresi ginjal yang mempunyai efek yang sama seperti dengan penambahan H+ pada cairan

ekstrasel.Ii membantu mengembalikan konsentrasi H+ dan pH kembali normal.Pada alkalosis

respiratorik terdapat peningkatan pH cairan ekstrasel dan penurunan konsentrasi

H+ .Penyebab alkalosis adalah penurunan PCO2 plasma yang disebabkan oleh

hiperventilasi.Pengurangan PCO2 kemudian menimbulkan penurunan kecepatan sekresi H+

oleh tubulus ginjal .Penurunan sekresi H+ mengurangi jumlah H+ dalam cairan tubulus ginjal.

Akibatnya jumlah H+ tidak cukup untuk bereaksi dengan semua HCO3- yang difiltrasi.Oleh

karena itu HCO3- yang tidak dapat bereaksi dengan H+ , tidak direabsorbsi dan diekskresikan

dalam urin.Hal ini menghasilkan penurunan konsentrasi HCO3- plasma dan koreksi terhadap

alkalosis.Oleh karena itu respons kompensasi terhadap pengurangan PCO2 primer pada

alkalosis respiratorik adalah pengurangan konsentrasi HCO3- plasma yang disebabkan oleh

peningkatan ekskresi HCO3- oleh ginjal .1

Alkalosis respiratorik disebabkan oleh ventilasi yang berlebihan oleh paru.Jenis

alkalosis respiratorik fisiologis terjadi ketika seseorang mendaki hingga mencapai tempat

yang tinggi .Kandungan oksigen yang rendah dalam udara akan merangsang pernapasan yang

menyebabkan banyak sekali pelepasan CO2 dan terbentuknya alkalosis respiratorik ringan.1

Kesimpulan

Sesak napas yang dialami oleh laki – laki itu adalah suatu hal yang fisiologis , hal ini

terjadi karena adanya penurunan tekanan atmosfer , dimana komposisi / kadar gas di udara

tetap dan tekanan gas menurun , PO2 alveol ± 60 mmHg yang mengakibatkan rangsang

ventilasi meningkat , semakin tinggi tempatnya maka rangsang ventilasi semakin tinggi

sehingga terjadi hiperventilasi , hal ini mengakibatkan alkalosis respiratorik.

18

Daftar Pustaka

1. Guyton,Hall.Buku ajar Fisiologi Kedokteran.11thed.Jakarta:Penerbit Buku Kedokteran

EGC;2007.h 495 - 537.

2. Carlos JL. Histologi dasar.Jakarta:EGC; 2005.h. 341-55.

3. Gunardi S.Anatomi sistem pernapasan.Jakarta:FKUI;2009.h 14 – 71.

4. Bagian Histologi FK UKRIDA.Penuntun praktikum Histologi.Jakarta:Penerbit FK

Ukrida;2012.h 48.

5. Ward J , Clarke R, Linden R. At a glance Fisiologi. Jakarta:Erlangga;2007.h 51.

6. Moore KL,Agur AMR.Anatomi klinis dasar.Jakarta:Hipokrates;2002.h 45 – 7.

7. Mekanisme pernapasan.Diunduh dari biologysmylife.blogspot.com , 14 Mei 2012.

19