Struktur dan Mekanisme Pernafasan

Kelompok E3Luthan Davin Cesario 10 2011 033Nurain Balqis 10 2011 436Kelly 10 2012 078Felix Rico Suwandi 10 2012 239Andrian Maulana10 2012 125Aurelia Claudia Iben 10 2012 416Devi Caroline Tandungan10 2012 332Nike Pebrica 10 2012 518Brenda Tjoanda 10 2012 470 Syella Trianuary 10 2012 421 Adriansyah 10 2012 268

Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida WacanaArjuna Utara No.6 Jakarta 11510

Daftar Isi

Daftar Isi 2Pendahuluan 3Makroskopik Sistem Pernapasan Manusia 4Mikroskopik Sistem Pernapasan Manusia 10Jenis Pernapasan15Inspirasi 15Ekspirasi 16Ventilasi Gas17Difusi Gas18Transportasi Gas19Penutup22Daftar Pustaka23

PendahuluanSistem pernapasan merupakan sebuah sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran gas oksigen dan karbondioksida pada waktu inspirasi dan ekspirasi. Sesak napas merupakan perasaan sulit untuk bernapas. Sesak napas berhubungan dengan adanya gangguan pada sistem pernapasan pada waktu inspirasi ataupun ekspirasi. Respirasi adalah pertukaran gas, yaitu oksigen (O2) yang dibutuhkan tubuh untuk metabolisme sel dan karbondioksida (CO2) yang merupakan hasil dari metabolisme tersebut yang kemudian dikeluarkan dari tubuh melalui paru. Dalam proses respirasi ini berperan berbagai macam organ yang berfungsi untuk mengangkut udara dan sebagai alat pertukaran udara.Di organ-organ tersebut pun tentunya akan berhubungan dengan bagian-bagian lain yang kemudian akan membentuk suara, berperan dalam proses menelan, dan proses batuk. Maka dari itu dalam makalah ini, penulis akan menjelaskan struktur makro dan mikro dari organ pernafasan, serta mekanisme pernafasan.

Makroskopik Sistem Pernapasan ManusiaStruktur yang membentuk sistem pernafasan dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu struktur utama dan struktur pelengkap. Seluruh struktur tersebut terlibat dalam proses respirasi eksternal yaitu proses pertukaran oksigen (02) antara atmosfer dan darah serta pertukaran karbondioksida (CO2) antara darah dan atmosfer. Yang termasuk struktur utama system pernapasan adalah saluran udara pernapasan, terdiri dari jalan napas dan saluran napas, serta paru. Yang disebut sebagai jalan napas adalah hidung bagian luar (nares), hidung bagian dalam (internal nose), sinus paranasal, faring, dan laring. Saluran napas adalah trakea, bronki dan bronkioliHidung di bagian eksternalnya berbentuk piramid disertai dengan suatu akar dan dasar. Bagian ini tersusun dari kerangka kerja tulang, kartilago hialin, dan jaringan fibroareolar.1 Rongga hidung di bagian dalam terbagi atas beberapa bagian, septum nasal yang merupakan pembagi hidung menjadi sisi kiri dan sisi kanan rongga nasal. Bagian anterior dari septum adalah kartilago, sehingga lubang hidung (nostril) dibatasi oleh kartilago. Kartilago nasal lateral terletak di bawah jembatan hidung dan dikelilingi oleh ala major dan ala minor kartilago. Membran mukosa nasal merupakan kulit pada bagian eksternal permukaan hidung yang mengandung folikel rambut, keringat, dan kelenjar sebasea, merentang sampai vestibula yang terletak di dalam nostril. Kulit di bagian dalam ini mengandung rambut (vibrissae) yang berfungsi untuk menyaring partikel udara yang terhisap. Fungsi membran mukosa nasal secara umum adalah untuk menyaring partikel kecil, penghangatan, dan pelembaban udara yang masuk.Tulang hidung membentuk jembatan dan bagian superior kedua sisi hidung. Vomer dan lempeng perpendicular tulang etmoid membentuk bagian posterior septum nasal. Lantai rongga nasal adalah palatum durum yang terbentuk dari tulang maksila dan palatinum. Langit-langit rongga nasal pada sisi medial terbentuk dari lempeng kribriform tulang ethmoid, pada sisi anterior dari tulang frontal dan nasal, dan pada sisi posterior dari tulang sphenoid. Terdapat juga konka superior, medial, dan inferior yang menonjol pada sisi medial dinding lateral rongga nasal. Dibawahnya ada meatus superior, medial, dan inferior yang merupakan jalan udara rongga nasal.Sinus paranasalis terdiri dari empat pasang, yaitu sinus frontal, sinus ethmoid, sinus maksillaris, dan sinus sphenoid. Sinus ini berupa kantong tertutup yang dilapisi membran mukosa. Sinus ini berfungsi untuk meringankan tulang kranial, memberi area permukaan tambahan pada saluran nasal untuk menghangatkan dan melembabkan udara yang masuk serta memproduksi mukus.2Sinus maksillaris letaknya sebagian berada pada tulang maxilla, berbentuk piramid yang meluas di bawah orbita dan dasarnya dipisahkan dari akar gigi-gigi molar dan premolar oleh sebuah lempeng tulang yang tebalnya hanya beberapa mm, pendarahan oleh a. facialis, a. palatina major, a. infraorbitalis yang merupakan lanjutan a. maxillaris interna dan Aa. alveolaris superior anterior dan posterior cabang a. maksilaris interna, dipersyarafi oleh n infraorbitalis dan nn. alveolaris superior, anterior dan posterior. 2Sinus frontalis terletak disebelah posterior terhadap arcus superciliaris antara tabula externa dan tabula interna os. frontale, derajat meluasnya sinus ke dalam tulang dahi, sangat bervariasi dan biasanya sinus ini tidak simetris didekatnya terletak lekuk tengkorang depan dan atap orbita. Pendarahannya disuplai oleh cabang-cabang a. ophthalmica, yakni a supraorbitalis dan a. ethmoidalis anterior, darah baliknya bermuara ke dalam vena anastomotik pada incisura supra orbitalis yang menghubungkan vena-vena supraorbitalis dan ophthalmica superior, dipersarafi oleh n supraorbitalis.2Sinus ethmoidalis tersusun atas rongga-rongga kecil tidak beraturan yang disebut cellulae ethmoidales, rongga-rongga kecil ini berdinding tipis di dalam labyrinth ossis ethmoidalis, disempurnakan oleh tutang-tulang frontale, maxilla, lacrimale, sphenoidale dan palatinum. Pendarahan oleh aa. ethmoidales anterior dan posterior serta a. sphenopalatina, pembuluhnya melewati vena-vena yang namanya sama dengan arteri dan dipersarafi oleh nn. ethmoidales anterior dan posterior serta cabang orbital ganglion pterygopalatinum.2Sinus Sphenoidalis dipisahkan oleh sebuah sekat sagital, terkadang sekat ini tidak lengkap, atapnya dibentuk oleh sela tursika pada dasar tengkorak, terletak disebelah posterior terhadap bagian atas rongga hidung di dalam corpuss ossis sphenoidalis bermuara ke dalam recessus spheno-ethmoidalis. Pendarahannya oleh a. ethmoidalis posterior dan cabang pharyngeal a. maxilla interna, persarafannya oleh n. ethmoidalis posterior dan cabang orbital ganglion pterygopalatinum.2

Gambar 1. Struktur anatomi nasalFaring berbentuk tabung muskular yang merentang dari bagian dasar tulang tengkorak sampai esofagus. Faring terdiri dari tiga (lihat Gambar 2) yaitu Nasofaring yang merupakan bagian posterior rongga nasal yang membuka ke arah rongga nasal melalui dua naris internal (choana). Terdapat dua tuba eustachius (auditorik) menghubungkan nasofaring dengan telinga tengah. Tuba ini berfungsi untuk menyetarakan tekanan udara pada kedua sisi gendang telinga, Orofaring dipisahkan dari nasofaring oleh palatum molle, suatu perpanjangan palatum keras tulang dan Laringofaring yang mengelilingi mulut esofagus dan laring, yang merupakan gerbang untuk sistem respiratorik selanjutnya.

Gambar 2. Anatomi faring

Laring atau kotak suara merupakan penghubung faring dengan trakea. Laring adalah tabung pendek berbentuk seperti kotak triangular dan ditopang oleh tiga kartilago berpasangan dan tiga kartilago tidak berpasangan.Kartilago berpasangan terdiri dari kartilago tiroid (jakun) yang terletak di bagian proksimal kelenjar tiroid. Pada laki-laki ukurannya lebih besar dan lebih menonjol akibat hormon yang disekresi saat pubertas, kartilago chricoid yang merupakan cincin anterior yang lebih kecil dan lebih tebal kartilago ini terletak di bawah kartilago tiroid dan epiglottis, katup kartilago elastis yang melekat pada tepian anterior kartilago tiroid. Saat menelan, epiglottis secara otomatis menutupi mulut laring untuk mencegah masuknya makanan dan cairan ke saluran pernapasan.Kartilago tidak berpasangan terdiri dari kartilago aritenoid, terletak di atas dan di kedua sisi kartilago krikoid dan melekat pada pita suara sejati. Kartilago kornikulata, melekat pada bagian ujung kartilago aritenoid, dan kartilago kuneiform, berupa batang-batang kecil yang membantu menopang jaringan lunak.

Gambar 3. Anatomi laringTrakea atau pipa udara adalah tuba yang terletak di atas permukaan anterior esofagus. Tuba ini merentang dari laring pada area vertebra serviks keenam sampai area vertebra toraks kelima tempatnya membelah menjadi dua bronkus, yaitu bronkus dekstra dan bronkus sinistra. Bronkus akan bercabang menjadi bronkiolus. Bronkiolus dibedakan menjadi dua, yaitu bronkiolus terminalis dan brinkiolus respiratorik. Bronkiolus yang nantinya bercabang lagi menjadi alveolus.

Gambar 4. Trakea

Paru-paru terdiri dari dua lobus, yaitu lobus kanan dan lobus kiri. Masing-masing dari lobus tersebut terbagi lagi, yaitu pada lobus kanan terbagi menjadi tiga lobus, sedangkan pada lobus kiri terbagi menjadi dua lobus. Di dalam lobus tersebut terdapat kantong-kantong kecil yang merupakan kantong-kantong udara paru-paru (alveolus). Percabangan bronkus merupakan lanjutan larynx membentang setinggi cervical 6 sampai tepi atas vertebra thoracal, ujung caudalnya menjadi bronchus principalis dexter dan sinister Bronkus akan bercabang menjadi bronkiolus. Bronkiolus dibedakan menjadi dua, yaitu bronkiolus terminalis dan bronkiolus respiratorik. Bronkiolus bercabang lagi menjadi alveolus.4 Bronkus primer (utama) kanan berukuran lebih pendek, lebih tebal, dan lebih lurus dibandingkan bronkus primer kiri karena arkus aorta membelokkan trakea bawah ke kanan. Objek asing yang masuk ke dalam trakea kemungkinan ditempatkan dalam bronkus kanan. Setiap bronkus primer bercabang 9 sampai 12 kali untuk membentuk bronki sekunder dan tertier dengan diameter yang semakin kecil. Saat tuba semakin menyempit, batang atau lempeng kartilago mengganti cincin kartilago. Bronki disebut ekstrapulmonar sampai memasuki paru-paru, setelah itu disebut intrapulmonary.2

Gambar 5. Percabangan Bronchus.2

Masing-masing bronchus segmentorum atau tertier bercabang-cabang di dalam sebuah unit jaringan paru yang disebut segmen bronchopulmonalis. Masing-masing segmen bronchopulmonalis berbentuk sebuah kerucut atau piramid tak beraturan dengan puncak pada pangkat segmentorum menghadap radix pulmonis dan basisnya terproyeksi ke arah perifer pada permukaan paru. Unit paru pada segmen bronchopulmonal ini merupakan subdivisi terbesar sebuah lobus paru.2

Struktur tambahan merupakan struktur penunjang yang diperlukan untuk bekerjanya sistem pernafasan itu sendiri. Struktur tambahan terdiri iga dan otot, otot abdomen dan otot- otot lain, diafragma, serta pleura 3Dinding toraks atau dinding dada dibentuk oleh tulang, otot, serta kulit. Tulang pembentuk rongga dada, terdiri dari tulang iga (12 buah), vertebra torakalis (12 buah), sternum (1 buah), klavikula (2 buah), dan skapula (2 buah).Otot pernafasan, menurut kegunaannya terbagi menjadi tiga, otot inspirasi utama dan tambahan. Otot inspirasi utama yaitu m. interkostalis ekternus, m. interkartilaginus parasternal, dan otot diafragma. Otot inspirasi tambahan yatu m. Sternokleidomastoideus, m. scalenus anterior, m. scalenus medius dan m. skalenus posterior.Otot ekspirasi tambahan diperlukan ketika ada serangan asma yang membutuhkan pernafasan aktif, terdiri dari m. interkostalis internus, m. interkartilaginus parasternal, m. rektus abdominis, m. oblikus abdominis ekternus.Diafragma adalah suatu septum berupa jaringan muskulotendineus yang memisahkan rongga toraks dengan rongga abdomen sehingga diafragma menjadi dasar dari rongga toraks. Pleura dibentuk oleh jaringan yang berasal dari mesodermal. Pembungkus ini dapat dibedakan menjadi dua, yaitu pleura viseralis yang melapisi paru dan pleura parietalis yang melapisi dinding dalam hemitoraks. Di antara kedua pleura ini terdapat ruang potensial yang berisi cairan yang dapat memisahkan lapisan pleura viseralis dan pleura parietalis agar tidak saling bersinggungan atau berlengketan.2

Mikroskopik Sistem Pernapasan ManusiaSaluran napas terdiri atas bagian konduksi dan bagian respirasi. Bagian konduksi adalah saluran napas solid baik di luar maupun di dalam paru yang menghantar udara ke dalam paru untuk respirasi. Sedangkan bagian respirasi adalah saluran napas di dalam paru tempat berlangsungnya respirasi atau pertukaran gas.3

Gambar 6. Epitel Olfaktorius.4Bagian superior atau atap rongga hidung, pada kedua sisi septum, dan di dalam concha nasal superior, mengandung epitel olfaktorius yang yang sangat khusus untuk mendeteksi dan meneruskan bebauan. Di bawah lamina propia terdapat kelenjar Bowman yang menghasilkan sekret serosa, berbeda dengan sekret campur mukosa dan serosa yang dihasilkan kelenjar di bagian lain rongga hidung.4Epitel ini adalah epitel olfaktoris yang terdiri atas tiga jenis sel, yaitu sel penyokong (sustentakular), sel basal, dan sel olfaktoris. Sel olfaktoris adalah neuron bipolar sensoris yang berakhir pada permukaan epitel olfaktori sebagai bulbus olfaktoris kecil. Di dalam jaringan ikat di bawah epitel olfaktoris terdapat N. olfaktoris dan kelenjar olfaktoris.4Bagian konduksi sistem pernapasan terdiri atas rongga hidung, faring, laring, trakea, bronki ekstrapulmonal dan sederetan bronki dan bronkioli intrapulmonal dengan diameter yang semakin kecil dan berakhir pada bronkioli terminalis. Saluran ini ditunjang oleh tulang rawan hialin. Trakea dilingkari oleh cincin-cincin tulang rawan hialin berbentuk C. Setelah bercabang menjadi bronki yang kemudian memasuki paru, cincin hialin diganti oleh lempeng-lempeng tulang rawan hialin. Saat diameter bronkiolus mengecil, semua lempeng hialin menghilang dari saluran pernapasan bagian konduksi.4Bagian konduksi saluran napas yang terkecil adalah bronkiolus terminalis. Bronkiolus yang lebih besar dilapisi epitel bertingkat semu bersilia, seperti pada trakea dan bronki. Epitel ini berangsur memendek sampai menjadi epitel selapis bersilia. Bronkiolus yang lebih besar masih mengandung sel goblet yang berangsur berkurang sampai tidak dijumpai lagi pada bronkiolus terminalis. Bronkioli yang lebih kecil dilapisi oleh epitel selapis kuboid. Pada bronkioli terminalis juga terdapat sel kuboid tanpa silia yang disebut sel clara.4Bagian respirasi adalah lanjutan distal bagian konduksi dan terdiri atas saluran-saluran napas tempat berlangsungnya pertukaran gas atau respirasi yang sebenarnya. Bronkiolus terminalis bercabang menjadi bronkiolus respiratorius yang ditandai dengan mulai adanya kantong-kantong udara (alveoli) berdinding tipis.4Respirasi hanya dapat berlangsung di dalam alveoli karena sawar antara udara yang masuk ke dalam alveoli dan darah vena dalam kapiler sangat tipis. Struktur intrapulmonal lain tempat berlangsungnya respirasi adalah duktus alveolaris, sakus alveolaris, dan alveoli. Pada alveoli paru terdapat dua jenis sel, yaitu sel alveolar gepeng pneumosit tipe 1 yang melapisi seluruh permukaan alveoli dan sel alveolar besar yaitu pneumosit tipe 2 yang terselip di antara sel alveolar gepeng.4Mukosa olfaktoris terdapat pada permukaan concha superior, yaitu salah satu sekat bertulang dalam rongga hidung. Epitel respirasi di dalam rongga hidung adalah epitel bertingkat semu silindris bersilia dan bersel goblet.4 Faring adalah ruangan di belakang kavum nasi, yang menghubungkan traktus digestivus dan traktus respiratorius. Yang termasuk bagian dari faring adalah nasopharynx, oropharynx, dan laringofpharynx. Nasopharynx tersusun dari epitel bertingkat torak bersilia bersel goblet. Oropharynx terdiri dari epitel berlapis gepeng tanpa lapisan tanduk, sedangkan pada laringopharynx epitelnya bervariasi, sebagian besar epitel berlapis gepeng tanpa lapisan tanduk.4Laring terdiri dari epitel bertingkat torak bersilia bersel goblet kecuali ujung plika vokalis berlapis gepeng. Dindingnya tersusun dari tulang rawan hialin, tulang rawan elastis, jaringan ikat, otot bercorak, dan kelenjar campur.4Epiglotis adalah bagian superior laring, terjulur ke atas dari dinding anterior laring berupa lembaran pipih. Tulang yang membentuk kerangka epiglotis adalah sepotong tulang rawan (elastis) epiglotis sentral. Permukaan anterior dilapisi epitel berlapis gepeng tanpa lapisan tanduk. Lamina propia dibawahnya menyatu dengan perikondrium tulang rawan epiglotis. Sedangkan pada permukaan posterior yang menghadap ke arah laring terdiri dari epitel bertingkat torak bersilia bersel goblet.4Trakea berbentuk huruf C yang terdiri dari tulang rawan hialin. Cincin-cincin tulang rawan satu dengan yang lain dihubungkan oleh jaringan penyambung padat fibroelastis dan retikulin disebut ligamentum anulare untuk mencegah agar lumen trakea tidak meregang berlebihan. Trakea terdiri dari tiga lapisan, yaitu:41. Tunika mukosa, tersusun dari epitel bertingkat torak bersilia bersel goblet. Lamina basalis agak tebal dan jelas. Lamina propria mempunyai serat-serat elastin yang berjalan longitudinal membentuk membran elastika interna. Pada tunika ini terdapat kelenjar-kelenjar campur.2. Tunika submukosa, terdiri dari jaringan ikat jarang, lemak, kelenjar campur (glandula trakealis) yang banyak di bagian posterior.3. Tunika adventisia, terdapat kelenjar campur.Terdapat lima jenis sel-sel epitel trakea/respiratorius, yaitu:a. Sel goblet, merupakan sel mukus yang menggelembung dan berisi granula sekretorik. b. Sel silindris bersilia, sel ini memiliki sekitar 300 silia di apikalnya. Pada sel ini terdapat banyak mitokondria kecil yang menyediakan ATP untuk pergerakan sel.c. Sel sikat, sel ini memiliki mikrovili di apex yang berbentuk seperti sikat.d. Sel basal, merupakan sel induk yang akan bermitosis dan berubah menjadi sel lain.e. Sel sekretorik/bergranula, sel yang memiliki granula dengan diameter 100-300 milimikron yang berfungsi mengatur sekresi mukosa dan serosa.

Gambar 7. Trachea Potongan Melintang.4Bronkus intrapulmonal biasanya dikenali dari adanya beberapa lempeng tulang rawan yang letaknya berdekatan. Epitelnya adalah epitel bertingkat semu silindris bersilia dengan sel goblet. Sisa dindingnya terdiri atas lamina propria tipis, selapis tipis otot polos, submukosa dengan kelenjar bronkial, lempeng tulang rawan hialin, dan adventisia.Bronkiolus mempunyai epitel yang rendah, yaitu epitel semu silindris bersilia dengan sel goblet. Mukosanya berlipat dan otot polos yang mengelilingi lumennya relatif banyak. Tidak ada tulang rawan dan kelenjar lagi, adventisia mengelilingi struktur ini.Bronkiolus terminalis menampakkan mukosa yang berombak dengan epitel silindris bersilia. Tidak ada sel goblet pada bronkiolus terminalis. Lamina propria tipis, selapis otot polos, dan masih ada adventisia pada bronkiolus terminalis. Bronkiolus respiratorius langsung berhubungan dengan duktus alveolaris dan alveoli.4

Gambar 8. Bronkiolus Terminalis4

Gambar 9. Bronkiolus Respiratorius4

Epitel pada bronkiolus ini adalah selapis silindris rendah atau kuboid dan dapat bersilia di bagian proksimal saluran ini. Bagian terminal setiap bronkiolus respiratorius bercabang menjadi beberapa duktus alveolaris. Sekelompok alveoli bermuara ke dalam sebuah duktus alveolaris disebut sakus alveolaris. Alveoli lonjong dilapisi selapis epitel gepeng yang tidak jelas pada pembesaran ini. Alveoli yang berdekatan memiliki septum interalveolar bersama.4

Jenis PernapasanSecara garis besar pernapasan dibagi menjadi 2, yaitu5:Pernapasan dalam (internal) yaitu pertukaran gas antara organel sel (mitokondria) dan medium cairnya. Hal tersebut menggambarkan proses metabolisme intraseluler yang meliputi konsumsi O2 dan pengeluaran CO2 sampai menghasilkan energi.Pernapasan luar (eksternal) yaitu absorbsi O2 dan pembuangan CO2 dari tubuh secara keseluruhan ke lingkungan luar. Urutan proses pernapasan eksternal adalah: pertukaran udara luar kedalam alveolus melalui aksi mekanik pernapasan yaitu melalui proses ventilasi, pertukaran O2 dan CO2 yang terjadi diantara alveolus dan darah pada pembuluh kapiler paru paru melalui proses difusi, pengangkutan O2 dan CO2 oleh sistem peredaran darah dari paru paru ke jaringan dan sebaliknya disebut dengan proses transportasi, pertukaran O2 dan CO2 darah dalam pembuluh kapiler jaringan dengan sel sel jaringan melalui proses difusi.5InspirasiSebelum inspirasi dimulai, otot-otot pernapasan berada dalam keadaan lemas dan tekanan intra-alveolus setara dengan tekanan atmosfer. Otot-otot insprirasi utama adalah diafragma dan otot interkostalis eksternus. Pada awal inspirasi, otot-otot ini dirangsang untuk berkontraksi sehingga rongga thoraks membersar. Diafragma dalam keadaan melemas berbentuk kubah yang menonjol ke atas ke dalam rongga thoraks. Ketika berkontraksi (pada stimulus saraf phrenicus), diafragma turun dan memperbesar volume rongga thoraks dengan meningkatkan ukuran vertikal.6Otot interkostal eksternal yang serat-seratnya berjalan ke bawah dan depan antara dua iga yang berdekatan, memperbesar rongga thoraks dalam dimensi lateral dan antero-posterior. Ketika berkontraksi, otot intercostal eksternal mengangkat iga dan selanjutnya sternum ke atas dan ke depan.6Sewaktu rongga thoraks membesar, paru juga dipaksa mengembang untuk mengisi rongga thoraks yang lebih besar. Sewaktu paru membesar, tekanan intra-alveolus turun karena jumlah molekul udara yang sama kini menempati volume paru yang lebih besar. Pada gerakkan inspirasi biasa, tekanan intra-alveolus turun 1mmHg menjadi 759mmHg. Karena tekanan intra-alveolus sekarang lebih rendah daripada tekanan atmosfer maka udara mengalir ke dalam paru mengikuti penurunan gradien tekanan dari tekanan tinggi ke rendah. Udara terus masuk ke paru sampai tidak ada lagi gradien, yaitu sampai tekanan intra-alveolus setara dengan tekanan atmosfer. Sewaktu inspirasi, tekanan intrapleura turun menjadi 754mmHg akibat ekspansi thoraks.6Inspirasi dalam (lebih banyak udara dihirup) dapat dilakukan dengan mengontraksikan diafragma dan otot intercostal eksternal secara lebih kuat dan dengan mengaktifkan otot inspirasi tambahan (aksesorius) untuk semakin memperbesar rongga thoraks. Kontraksi otot-otot ini yang terletak di leher, mengangkat sternum dan dua iga pertama, memperbesar bagian atas rongga thoraks. Dengan demikian membesarnya volume rongga thoraks dibandingkan dengan keadaan istirahat maka paru juga semakin mengembang, menyebabkan tekanan intra-alveolus semakin turun. Akibatnya, terjadi peningkatan aliran masuk udara sebelum tercapai keseimbangan dengan tekanan atmosfer; yaitu tercapainya pernapasan yang lebih dalam.6

EkspirasiPada akhir inspirasi, otot inspirasi melemas. Diafagma mengambil posisi aslinya yang seperti kubah. Ketika otot intercostal eksternal melemas, tulang iga yang sebelumnya terangkat turun karena gravitasi. Tanpa gaya-gaya yang menyebabkan ekspirasi dinding dada maka dinding dada dan paru yang semula teregang mengalami recoil ke ukuran prainspirasinya karena sifat-sifat elastiknya, seperti balon teregang yang dikempiskan. Sewaktu paru kembali mengecil, tekanan intra-alveolus meningkat, karena jumlah molekul udara lebih banyak yang semula terkandung di dalam volume paru yang besar pada akhir inspirasi kini temampatkan ke dalam volume yang lebih kecil.6Pada ekspirasi biasa, tekanan intra-alveolus meningkat sekitar 1 mmHg di atas tekanan atmosfer menjadi 761 mmHg. Udara kini meninggalkan paru menuruni gradien tekanannya dari tekanan intra-alveolus yang lebih tinggi ke tekanan atmosfer yang lebih rendah. Aliran keluar udara berhenti ketika tekanan intra-alveolus menjadi sama dengan tekanan atmosfer dan gradien tekanan tidak ada lagi.6Selama pernapasan tenang, ekspirasi normalnya merupakan suatu proses pasif, karena dicapai oleh recoil elastis paru ketika otot-otot inspirasi melemas, tanpa memerlukan kontraksi otot atau pengeluaran energi. Sebaliknya, inspirasi selalu aktif karena ditimbulkan hanya oleh kontraksi otot inspirasi dengan menggunakan energi. Ekspirasi dapat menjadi aktif untuk mengosongkan paru secara lebih tuntas dan lebih cepat daripada yang dicapai selama pernapasan tenang, misalnya sewaktu pernapasan dalam ketika olahraga. Tekanan intra-alveolus lebih ditingkatkan di atas tekanan atmosfer daripada yang dicapai oleh relaksasi biasa otot inspirasi dan recoil elastis paru. Untuk menghasilkan ekspirasi paksa atau aktif tersebut, otot-otot ekspirasi harus lebih berkontraksi untuk mengurangi volume rongga thoraks dan paru.6Otot ekspirasi yang paling penting adalah otot dinding abdomen. Sewaktu otot abdomen berkontraksi terhadi peningkatan terkanan intraabdomen yang menimbulkan gaya ke atas pada diafragma, mendorongnya semakin ke atas ke dalam rongga thoraks daripada posisi lemasnya sehingga ukuran vertical rongga thoraks menjadi semakin kecil. Otot ekspirasi lain adalah otot intercostal internal, yang kontraksinya menarik iga turun dan masuk, mendatarkan dinding dada dan semakin mengurangi ukuran rongga thoraks; tindakan ini berlawanan dengan otot intercostal eksternal.6Sewaktu kontraksi aktif otot ekspirasi semakin mengurangi volume rongga thoraks, volume paru juga menjadi semakin berkurang karena paru tidak harus teregang lebih banyak untuk mengisis rongga thoraks yang lebih kecil, yaitu paru dibolehkan mengempis ke volume yang lebih kecil. Perbedaan antara tekanan intra-alveolus lebih meningkat sewaktu udara di paru tertampung di dalam volume yang lebih kecil. Perbedaan antara tekanan intra-alveolus dan atmosfer kini menjadi lebih besar daripada ketika ekspirasi pasif sehingga lebih banyak udara keluar menuruni gradien tekanan sebelum tercapai keseimbangan. Dengan cara ini, selama ekspirasi aktif pengosongan paru menjadi lebih tuntas dibandingkan ketika ekspirasi tenang pasif.6Selama ekspirasi paksa, tekanan intrapleura melebihi tekanan atmosfer tetapi paru tidak kolaps. Karena tekanan intra-alveolus juga meningkat setara maka tetap terdapat gradien tekanan transmural menembus dinding paru sehingga paru tetap teregang dan mengisi rongga thoraks. Sebagai contoh, jika tekanan di dalam toraks meningkat 10mmHg, maka tekanan intrapleura menjadi 766mmHg dan tekanan inraalveolus menjadi 770mmHg tetap terdapat perbedaan tekanan 4mmHg.6

Ventilasi GasTerdapat tiga tekanan berbeda yang penting pada ventilasi :Tekanan atmosfer (barometrik) adalah tekanan yang ditimbulkan oleh berat udara di atmosfer terhadap benda benda di permukaan bumi. Di ketinggian permukaan laut, ketinggian ini sama dengan 760 mmHg. Tekanan atmosfer berkurang seiring dengan penambahan ketinggian diatas permuakaan laut karena kolom udara diatas permukaan bumi menurun. Dapat terjadi fluktuasi minor tekanan atmosfer akibat perubahan kondisi cuaca. 7Tekanan intra-alveolus, yang juga dikenal sebagai tekanan intrapulmonalis, adalah tekanan dalam alveolus. Karena alveolus berhubungan dengan atmosfer melalui saluran pernapasan, udara dengan cepat mengalir mengikuti penurunan gradien tekanan setiap kali terjadi perbedaan antara tekanana intra-alveolus dengan tekanan atmosfer, udara terus mengalir sampai kedua seimbang. 7Tekanan intrapleura adalah tekanan di dalam kantung pleura. Tekanan ini dikenal sebagai tekanan intratoraks, yaitu tekanan yang terjadi diluar paru didalam rongga toraks. Tekanan intrapleura biasanya lebih kecil dibandingkan tekanan atmosfer, rata rata 756 saat istirahat. Tekanan intrapleura tidak diseimbangkan dengan tekanan atmosfer atau tekanan intra-alveolus, karena tidak terdapat hubungan langsung antara rongga pleura dan atmosfer atau paru.7Alasan mengapa paru mengikuti gerakan dinding dada adalah adanya tekanan transmural yang melintasi dinding paru. Tekanan intraalveolus yang setara dengan tekanan atmosfer sebesar 760mmHg lebih besar dibandingkan tekanan intrapleura sebesar 756 mmHg, sehingga di dinding paru yang menekan keluar lebih besar dibandingkan gaya yang menekan kearah dalam. Gradien tekanan transmural mendorong paru kearah luar, meregangkan atau mengembangkan paru. Apabila tekanan atmosfer yang menekan dinding toraks lebih besar dibandingkan tekanan intrapleura yang mendorong dinding tersebut kearah luar, sehingga dinding dada cenderung menciut.7

Difusi GasUntuk memenuhi kebutuhan oksigen di jaringan, proses difusi gas pada saat respirasi optimal. Difusi gas adalah bergerak gas O2 dan CO2 atau partikel lain dari area yang bertekanan tinggi kearah yang bertekanan rendah. Di dalam alveoli, O2 melintasi membran alveoli-kapiler dari alveoli ke darah karena adanya perbedaan tekanan PO2 yang tinggi di alveoli (100mmHg) dan tekanan darah kapiler sistemik yang rendah (PO2 40mmHg), CO2 berdifusi dengan arah berlawan akibat perbedaan tekanan PCO2 darah kapiler sistemik 45mmHg dan di alveoli 40mmHg. 7Seperti di kapiler paru, O2 dan CO2 berpindah antara darah kapiler sistemik dan sel jaringan melalui proses difusi pasif mengikuti penurunan gradien tekanan parsial. Darah arteri yang mencapai kapiler sistemik pada dasarnya adalah darah yang sama dengan yang meninggalkan paru melalui vena pulmonalis, karena dari keseluruhan sistem sirkulasi hanya terdapat dua tempat pertukaran gas, yaitu kapiler paru dan kapiler sistemik. PO2 arteri adalah 100 mmHg dan PCO2 arteri adalah 40 mmHg. Sel secara terus menerus mengkonsumsi O2 dan menghasilkan CO2 melalui metabolisme oksidatif. PO2 sel besarnya rata rata 40 mmHg dan PCO2 sekitar 46 mmHg. Oksigen berpindah melalui perpindahan gradien tekanan parsial yaitu dari memasuki darah kapiler sistemik (PO2 = 100 mmHg) ke dalam sel yang berdekatan (PO2 = 40 mmHg) sampai tercipta keseimbangan. Dengan demikian, darah vena yang meninggalkan kapiler sistemik setara dengan PO2 jaringan dengan rata rata 40 mmHg. Situasi yang berlawan berlaku untuk CO2. CO2 dengan cepat berdifusi ke luar sel (PCO2 = 46 mmHg) untuk masuk ke kapiler (PCO2 = 40 mmHg) mengikuti penurunan gradien tekanan parsial yang tercipta akibat produksi terus menerus CO2. Perpindahan CO2 berlangsung terus sampai PCO2 darah dan jaringan seimbang. Dengan demikian darah yang meninggalkan kapiler sistemik memiliki PCO2 rata - rata 46 mmHg. Darah vena yang sistemik ini akan kembali ke jantung dan kemudian dipompa ke paru paru untuk mengulangi siklus peredaran darah. 7Proses difusi dipengaruhi oleh faktor ketebalan, luas permukaan, dan komposisi membran, koefisien difusi O2 dan CO2, serta perbedaan tekanan gas O2 dan CO2. Dalam difusi gas ini, organ pernapasan yang berperan penting adalah alveoli dan darah. Adanya perbedaan tekanan parsial dan difusi pada sistem kapiler dan cairan interstitial akan menyebabkan pergerakan O2 dan CO2 yang kemudian masuk pada zona respirasi untuk melakukan difusi respirasi.7

Tranportasi GasTransportasi gas adalah perpindahan dari paru ke jarungan dan dari jaringan ke paru dengan bantuan aliran darah. Oksigen yang diserap darah di paru paru harus diangkut ke jaringan untuk dapat digunakan oleh sel sel. Sebaliknya CO2 yang diproduksi oleh sel sel harus diangkut kedalam paru untuk dieliminasi. 7 Hemoglobin merupakan suatu molekul protein yang mengandung besi, memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan longgar reversible dengan O2, Hb yang berikatan dengan O2 disebut oksihemoglobin (HbO2). Apabila tidak berikatan dengan O2 maka Hb disebut sebagai hemoglobin tereduksi. Reaksi ini adalah reaksi pembentukan oksihemoglobin yang bersifat reversibel.Hb + O2 HbO2Masing masing dari keempat atom besi di bagian heme molekul hemoglobin mampu berikatan dengan sebuah molekul O2, sehingga setiap molekul Hb dapat mengangkut sampai empat molekul O2. Hemoglobin dianggap jenuh apabila semua Hb yang ada mengangkut O2 secara maksimum. Persen saturasi hemoglobin adalah suatu ukuran seberapa banyak Hb yang berikatan dengan O2 yang secara fisik larut dalam darah. Pada saat darah vena yang sistemik masuk ke kapiler paru, PO2nya lebih rendah dibandingkan PO2 alveolus, sehingga O2 berdifusi kedalam darah dan meningkatkan PO2 darah. Setelah PO2 darah meningkat maka presentasi Hb yang mengikat O2 juga meningkat. Akibatnya, sebagian besar O2 yang berdifusi kedalam darah berikatan dengan Hb, PO2 darah turun ke tingkat yang kira kira sama dengan tekanan pada saat memasuki paru, walaupun jumlah total O2 sebenarnya sudah meningkat. Karena PO2 darah kembali rendah daripada PO2 alveolus, maka lebih banyak O2 yang berdifusi dari alveolus untuk kembali diserap oleh Hb. Baru setelah Hb tidak dapat lagi menyimpan O2 yaitu ketika Hb mengalami saturasi maksimum, semua O2 yang terlarut kedalam darah menentukan PO2. Pada saat inilah PO2 darah seimbang dengan PO2 alveolus dan perpindahan O2 lebih lanjut terhenti. Situasi sebaliknya berlaku di kapiler jaringan. PO2 darah yang masuk ke kapiler sistemik memiliki tekanan yang lebih besar, sehingga O2 segera berdifusi ke jaringan sekitarnya, sehingga PO2 darah turun. Pada saat PO2 darah turun, maka Hb dipaksa untuk melepaskan O2 simpanannya. Setelah Hb tidak dapat lagi nuntuk melepaskan O2 kedalam larutan, PO2 darah baru dapat menjadi serendah PO2 jaringan sekitarnya. 7Sewaktu darah arteri mengalir melalui kapiler jaringan, CO2 berdifusi mengikuti penurunan gradien tekanan parsialnya dari sel jaringan kedalam darah. Karbondioksida diangkut kedalam darah dengan tiga cara yaitu, terlarut secara fisik; terikat ke Hb; dan sebagai bikarbonat. Seperti O2 yang larut, jumlah CO2 yang larut secara fisik bergantung pada PCO2. Namun hanya 10% dari kandungan CO2 total yang diangkut dengan cara ini pada kadar PCO2 vena sistemik normal. Tiga puluh persen CO2 lainnyaberikatan dengan Hb untuk membentuk karbaminohemoglobin. Karbon dioksida berikatan dengan bagian globin dari Hb, berbeda dengan O2 yang berikatan pada bagian heme. Cara terpenting dalam pengangkutan CO2 adalah ion bikarbonat yaitu sekitar 60% CO2, dengan reaksi sebagai berikut.CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-Pada langkah pertama CO2 akan berikatan dengan H2O untuk membentuk asam karbonat. Reaksi ini dapat berlangsung dengan sangat lama di plasma, tetapi sangat cepat di sel darah merah karena adanya enzim eritrosit karbonat anhidrase yang menkatalisasi reaksi. Seperti asam lainnya, molekul molekul asam karbonat secara spontan terurai menjadi ion hidrogen (H+). Ketika reaksi ini berlanjut, HCO3- dan H+ mulai terakumulasi di dalam sel darah merah di kapiler sistemik. Membransel darah merah memiliki pembawa HCO3-_Cl- yang secara pasif mempermudah difusi ion ion ini ke dalam arah yang berlawanan menembus membran. Membran relatif impermeable terhadap H+. Akibatnya HCO3- beridifusi mengikuti penurunan gradien konsentrasinya keluar eritrosit untuk masuk kedalam plasma tanpa diikuti oleh H+ . Ion Cl- menggantikan HCO3-, dengan pergeseran yang disebut pergeseran klorida (chloride shift). Kemudian ion H+ akan diikat oleh Hb untuk dibawa kedalam paru.7

Penutup

Secara keseluruhan system pernapasan manusia terdiri dari hidung, nasofaring, laring, trakea, bronkus, dan bronkiolus. Setiap alat pernapasan manusia memiliki fungsi spesifik sesuai dengan komponen yang di miliki. Hemoglobin adalah molekul utama yang bertanggung jawab bagi transport oksigen dan karbondioksida dalam darah. Sistem pernapasan memiliki fungsi yang tidak hanya berhubungan untuk respirasi, tetapi juga sebagai alat pembau, untuk mengatur tekanan kapiler darah, dan lainnya.

Daftar Pustaka

1. Djojodibroto D. Respirologi. Jakarta: EGC, 2009: 5-20.2. Gunardi S. Anatomi sistem pernapasan. Jakarta: FKUI; 2007.3. Bloom, Fawcett. Buku Ajar Histologi. Ed.12. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC;2003.h.629-49.4. Eroschenko VP. Atlas histologi di fiore dengan korelasi fungsional. Edisi ke-9. Jakarta: EGC; 2003.h.333-344.5. Mutaqqin A.Buku ajar asuhan keperawatan dengan gangguan sistem pernapasan.Jakarta : Salemba Medika.2008.h.27-8.6. Sherwood L. Fisiologi manusia dari sel ke sistem. Ed ke-6. Jakarta: EGC; 2011.h.497-538.7. Sherwood L.Fisiologi manusia. Edisi ke-2.Jakarta : EGC;2001.h.434-46.

2