Penggunaan Spirometri untuk Pengukuran Volume dan Kapasitas Paru-Paru Chrisanto-102014046Jl. Arjuna Utara No.06 Jakarta Barat 11510Telp : (021)56942061. Fax (021)5631731Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida WacanaJakartaAbstrakRespirasi adalah pertukarangas, yaitu oksigen (O2)yang dibutuhkan tubuh untukmetabolisme sel dan karbondioksida (CO2) yang merupakan hasil dari metabolisme tersebut yang kemudian dikeluarkan dari tubuh melalui paru. Dalam proses respirasi ini berperanberbagai macam organ yang berfungsi untukmengangkut udara dan sebagai alat pertukaran. . Sistem pernapasan meliputi saluran pernapasan yang berfungsi dalam keluar masuknya udara, bermula dari rongga hidung sampai ke paru-paru. Ketika melakukan pernapasan, volume dan kapasitas paru setiap individu akan berbeda dengan individu yang lain. Dan kapasitas setiap individu dapat diukur melalui suatu alat, yang dinamakan spirometri.Kata kunci: Respirasi, O2, CO, Spirometri.AbstractRespiration is gas exchange, namely oxygen (O2) that is needed by the body for the metabolism of cells and carbon dioxide (CO2) that result from the metabolism which is then excreted from the body through the lungs. In the process of respiration is the role the various organs that functions for air transport and as a means of exchange. , The respiratory system includes airways function in the passage of air, starting from the nasal cavity to the lungs. When breathing, lung volume and capacity of each individual to be different from other individuals. And the capacity of each individual can be measured by a tool, called spirometry.Keywords: respiration, O2, CO, Spirometry

PendahuluanPernapasan merupakan satu proses pertukaran gas-gas respirasi yaitu oksigen dan karbon dioksida. Fungsi utama pernapasan adalah untuk menyediakan oksigen untuk kelangsungan proses metabolisme sel-sel tubuh dan mengeluarkan karbon dioksida hasil dari metabolisme tersebut. Sistem pernapasan meliputi saluran pernapasan yang berfungsi dalam konduksi udara bermula dari rongga hidung, pharynx, larynx sehingga paru, organ pertukaran gas, dan sistem sirkulasi darah yang membawa oksigen ke jaringan tubuh dan membawa karbon dioksida ke alveolus. Proses bernapas terjadi akibat dari inspirasi dan ekspirasi, yang diakibatkan oleh kontraksi otot-otot interkostal dan diafragma. Setelah oksigen disalurkan ke paru, akan berlakulah proses difusi dan transportasi gas tersebut ke kapiler darah seterusnya ke jaringan dalam tubuh yang dipengaruhi oleh beberapa faktor. Volume dan kapasitas paru setiap individu akan berbeda dengan individu yang lain, dan hal ini dapat ditentukan melalui pengukuran kapasitas paru dengan menggunakan spirometri..Mekanisme PernapasanSistem respirasi mencakup saluran napas yang mengangkut udara antara atmosfer sampai ke kantung udara (alveolus). Saluran napas berawal dari saluran nasal (hidung). Saluran hidung kemudian membuka ke dalam faring (tenggorokan) yang mempunyai dua saluran, yaitu saluran untuk pencernaan (esofagus) , dan saluran pernapasan (trakea). Udara dalam keadaan normal masuk ke faring melalui hidung, namun udara juga dapat masuk melalui mulut karena keduanya berlanjut ke faring. Karena faring mempunyai dua fungsi, maka ketika menelan terjadi mekanisme reflek yang membuka esofagus dan menutup trakea agar makanan tidak masuk ke saluran napas. Sebaliknya, esofagus selalu tertutup kecuali ketika ingin menelan agar udara tidak masuk ke lambung sewaktu bernapas.1Pernafasan yang lazim digunakan mencakup dua proses yaitu pernafasan luar (eksterna) yang merupakan penyerapan O2 dan pengeluaran CO2 dari tubuh secara keseluruhan serta dalam pernafasan dalam (interna) yang merupakan penggunaan O2 dan pembentukan CO2 oleh sel-sel. Fungsi utama sistem respirasi ialah untuk membekalkan tubuh dengan oksigen dan menyingkirkan karbon dioksida. Untuk menyempurnakan fungsi ini, sekurang-kurangnya diperlukan 4 proses untuk berlaku yang secara kolektif disebut sebagai respirasi yaitu:11. Ventilasi pulmonal pergerakan udara masuk dan keluar dari paru-paru sehingga tersedia gas yang terus menerus ditukar dan segar. Biasanya disebut bernafas.

2. Respirasi eksternal pergerakan oksigen dari paru ke darah dan karbon dioksida dari darah ke paru-paru.

3. Transport gas pengangkutan oksigen dari paru ke jaringan tubuh dan pengangkutan karbon dioksida dari jaringan tubuh ke paru-paru. Ia dilakukan dengan sistem kardiovaskular menggunakan darah sebagai cairan transportasi.

4. Respirasi internal pergerakan oksigen dari darah ke jaringan tubuh dan karbon dioksida dari jaringan tubuh ke darah.

Mekanisme terjadinya respirasi didasari oleh prinsip difusi dan tekanan, yaitu molekul akan bergerak dari tempat yang bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah (menuruni gradien konsentrasi). Oleh karena itu, perlu dipahami bahwa ada beberapa tekanan yang ada di sekitar paru-paru, yaitu tekanan atmosfer, tekanan intrapulmonal, dan tekanan intrapleural. Tekanan atmosfer adalah atau , yaitu tekanan udara di lingkungan sekitar kita. Tekanan intrapulmonal adalah tekanan udara di dalam paru-paru, yang besarnya sama dengan tekanan atmosfer karena udara akan terus mengalir mengikuti gradien konsentrasi tekanan untuk menyamakan tekanan. Tekanan intrapleural adalah tekanan yang ada pada cavum pleura (antara pleura parietalis dan visceralis), dimana besar dari tekanan ini dikatakan minus terhadap tekanan atmosfer sebesar kurang lebih , maka disebut tekanan subatmosferik.2-3Mekanisme terjadinya pernapasan dimulai dengan adanya rangsang terhadap otot-otot pernapasan untuk berkontraksi dan menyebabkan cavum thorax membesar. Saat cavum thorax membesar terjadi penurunan tekanan di daerah tersebut yang menyebabkan udara akan mengalir masuk ke paru-paru, proses ini disebut inspirasi. Udara yang masuk ke paru-paru akan bercampur dengan udara lama yang sudah ada di paru-paru. Setelah itu, otot-otot pernapasan akan berelaksasi dan cavum thorax kembali mengecil karena daya recoil paru-paru (daya untuk kembali ke bentuk semula) dan membuat tekanan intrapulmonal membesar dan udara mengalir keluar, proses ini disebut ekspirasi. Satu buah inspirasi dan satu buah ekspirasi disebut satu siklus pernapasan.4Ventilasi PulmonalVentilasi pulmonal ialah suatu proses mekanik yang mengandalkan pada perubahan volume pada rongga thoraks atau rongga dada. Perubahan volume membawa kepada perubahan tekanan yang selanjutnya membawa kepada aliran gas untuk menyeimbangkan tekanan tersebut.Dalam kata lain, ventilasi pulmonal ialah pertukaran udara antara atmosfer dengan alveoli di paru-paru atau lebih dikenal sebagai bernafas.5Ventilasi pulmonal terbagi kepada dua yaitu inspirasi dan ekspirasi.Kedua-duanya terjadi hasil dari perubahan dari volume thoraks yang menyebabkan udara untuk bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.Hal ini adalah dimungkinkan karena hukum Boyle dimana pada suhu yang konstan, tekanan yang diberikan oleh gas berbanding terbalik dengan volume gas.5-6Proses inspirasi dimulai dari kontraksi otot diafragma dan otot interkostal externus, apabila difragma dan otot interkostal externus berkontraksi maka menyebabkan volume thoraks bertambah, kemudian tulang-tulang iga dan sternum akan terangkat ke atas karena volume thoraks yang bertambah, kemudian tekanan intrapleural akan menurun dan menyebabkan paru berkembang, kemudian tekanan intrapulmonal akan menurun karena peregangan dari paru-paru yang mengisi rongga thoraks, tekanan intra alveoli menurun dari 760 mmHg menjadi 759 mmHg (-1 mmHg) dan mengakibatkan ia lebih rendah dari tekanan atmosfer (760 mmHg), udara (gas) mengalir ke dalam paru-paru menuruni gradien tekanan sehingga tekanan intra alveol menjadi 0 atau menyamai tekanan atmosfer. 6Proses ekspirasi dimulai dari relaksasi otot diafragma dan otot interkostal externus, apabila difragma dan otot interkostal externus relaksasi maka menyebabkan volume thoraks menurun, kemudian tulang-tulang iga dan sternum akan menurun ke bawah karena volume thoraks yang bertambah, kemudian tekanan intrapleural akan menurn dan menyebabkan paru menjadi ke bentuk semula karena jaringan paru-paru yang elastis, kemudian tekanan intrapulmonal akan menigkat karena kembalinya paru-paru ke bentuk semula, tekanan intra alveoli meningkat dari 760 mmHg menjadi 761 mmHg (+1 mmHg) dan mengakibatkan ia lebih tinggi dari tekanan atmosfer (760 mmHg), udara (gas) mengalir keluar dari paru-paru menuruni gradien tekanan sehingga tekanan intra alveol menjadi 0 atau menyamai tekanan atmosfer. 6Transport O2 dan CO2

Pertukaran gas antara O2dengan CO2terjadi di dalam alveolus dan jaringan tubuh, melalui proses difusi. Oksigen yang sampai di alveolus akan berdifusi menembus selaput alveolus dan berikatan denganhaemoglobin(Hb) dalam darah yang disebutdeoksigenasidan menghasilkan senyawaoksihemoglobin(HbO) .7-8Sekitar 97% oksigen dalam bentuk senyawa oksihemoglobin, hanya 2 3% yang larut dalam plasma darah akan dibawa oleh darah ke seluruh jaringan tubuh, dan selanjutnya akan terjadi pelepasan oksigen secara difusi dari darah ke jaringan tubuh.. Adapun tahapan proses pengikatan oksigen sebagai berikut ; alveolus memiliki O2lebih tinggi dari pada O2di dalam darah., O2masuk ke dalam darah melalui difusi melewati membran alveolus, Di dalam darah, O2sebagian besar (98%) diikat oleh Hb yang terdapat pada Eritrosit menjadi Oksihemoglobin (HbO2), selain diikat oleh Hb, sebagian kecil O2larut di dalam plasma darah (2%)., setelah berada di dalam darah, O2 kemudian masuk ke jantung melalui vena pulmonalis untuk diedarkan ke seluruh tubuh yang membutuhkan.8Karbondioksida (CO2) yang dihasilkan dari prosesrespirasi selakan berdifusi ke dalam darah yang selanjutnya akan diangkut ke paru-paru untuk dikeluarkan sebagai udara pernapasan. Ada 3 (tiga) cara pengangkutan CO28: Sebagaiion karbonat(HCO3), sekitar 60 70%. Sebagaikarbominohemoglobin(HbCO2), sekitar 25%. Sebagaiasam karbonat(H2CO3) sekitar 6 10%.Adapun tahapan proses pengeluaran karbondioksida sebagai berikut ; di jaringan CO2lebih tinggi dibandingkan yang ada di dalam darah, ketika O2di dalam darah berdifusi ke jaringan, maka CO2di jaringan akan segera masuk ke dalam darah, ketika CO2berada di dalam darah sebagian besar (70%) CO2akan diubah menjadi ion bikarbonat(HCO3).20% CO2akan terikat oleh Hb pada Eritrosit., sedangkan 10% CO2lainnya larut dalam plasma darah., di dalam darah, CO2di bawa ke jantung, kemudian oleh jantung CO2dalam darah dipompa ke paru-paru melalui arteri pulmonalis, di paru-paru CO2akan dikeluarkan dari tubuh melalui ekspirasi.8

Keseimbangan Asam dan BasaPerlu diketahui bahwa zat-zat atau keadaan-keadaan yang vital bagi respirasi antara lain adalah tekanan parsial O2 dan CO2, pH tubuh (normal adalah sekitar 7,37-7,43), jumlah elektrolit terlarut dalam darah, suhu tubuh, dan kadar dari 2,3 bifosfogliserat (2,3 BPG) dalam darah. Diantara semua hal ini, pH adalah parameter yang paling berubah-ubah karena berbagai reaksi kimia yang ada di tubuh. Apabila terjadi penumpukan asam dalam tubuh, pH tubuh akan menurun dan terjadi kondisi asidosis. Sedangkan apabila terjadi penumpukan basa, pH tubuh akan meningkat dan terjadi kondisi alkalosis. Oleh karena itu, terdapat buffer di dalam darah manusia untuk menjaga pH tubuh tetap optimum.9Buffer/penyangga/dapar yang ada pada tubuh antara lain buffer H2CO3 dan MHCO3 yang terdapat pada paru-paru, plasma darah, dan cairan ekstrasel. Buffer lainnya adalah buffer MH2PO4 dan M2HPO4 yang terdapat pada ginjal dan cairan intrasel. Buffer yang khusus terdapat pada eritrosit adalah buffer Hb yang membentuk . Buffer yang terdapat pada plasma darah adalah buffer protein plasma, bikarbonat, dan fosfat. Buffer bikarbonat dan fosfat hanya memiliki pengaruh yang kecil disini. Buffer yang terdapat pada eritrosit adalah buffer hemoglobin yang memiliki peran yang paling besar, fosfat, dan bikarbonat. Apabila sistem buffer ini gagal, maka akan terjadi kondisi asidosis atau alkalosis, respiratorik atau metabolik .9Asidosis/alkalosis respiratorik terjadi akibat gagalnya sistem pernapasan dalam menjaga pH. Asidosis/alkalosis respiratorik akan dikompensasi oleh ginjal, misalnya asidosis respiratorik akibat gangguan paru atau depresi pusat pernapasan dikompensasi dengan meningkatkan reabsorpsi garam bikarbonat di tubuli ginjal, atau alkalosis respiratorik akibat hiperventilasi atau stimulasi pusat pernapasan (keracunan salisilat tahap awal) dikompensasi dengan mengurangi reabsorpsi garam bikarbonat di tubuli ginjalAsidosis/alkalosis metabolik terjadi akibat gagalnya sistem metabolisme tubuh dalam menjaga pH. Asidosis/alkalosis metabolik akan dikompensasi oleh paru-paru, misalnya asidosis metabolik akibat diare berat atau gagal ginjal (keracunan salisilat tingkat akhir) dikompensasi dengan hiperventilasi paru, atau alkalosis metabolik akibat muntah-muntah berlebihan atau konsumsi antasida yang berlebihan dikompensasi dengan hipoventilasi paru.

Volume dan Kapasitas paru Metode sederhana untuk meneliti respirasi adalah merekam volume pergerakan udara yang masuk dan ke luar dari paru-paru, suatu proses yang dinamai spirometri. Ia terdiri dari drum yang terbalik di atas suatu ruang yang berisi air dan drum diseimbangkan oleh suatu beban. Di dalam drum ini terdapat campuran gas pernapasan, biasanya udara atau oksigen; suatu pipa menghubungkan mulut dengan ruang gas ini. Bila seseorang menarik napas atau meniupkan napasnya ke ruangan ini maka drum akan turun dan naik, dan perekaman yang selayaknya di atas lembaran kertas yang bergerak.10-11

Gambar 4. Spirometri. Untuk memudahkan penjelasan mengenai peristiwa-peristiwa ventilasi paru, udara di dalam paru-paru pada diagram ini telah dibagi menjadi empat macam volume dan empat macam kapasitas, yaitu:101. Volume tidal (VT) merupakan volume udara yang diinspirasikan dan diekspirasikan di setiap pernapasan normal, dan jumlahnya kira-kira 500 ml.2. Volume cadangan inspirasi (I.R.V) merupakan volume tambahan udara yang dapat diinspirasikan di atas volume tidal normal, dan biasanya sama dengan kira-kira 3000 ml.3. Volume cadangan ekspiraasi (E.R.V) merupakan jumlah udara yang masih dapat dikeluarkan dengan ekspirasi kuat setelah akhir suatu ekspirasi tidal yang normal; jumlahnya biasanya kira-kira 1100 ml.4. Volume sisa (R.V) adalah volume udara yang masih tersisa di dalam paru-paru setelah kebanyakan ekspirasi kuat. Volume ini rata-rata sekitar 1200 ml.Kapasitas Paru-paru manusia memiliki volume yang sangat besar, yaitu sekitar yang biasa disebut kapasitas paru total/total lung capacity (TLC). Ada beberapa pembagian dalam kapasitas paru yang didasari oleh aktivitas respirasi (lihat gambar no. 9). Volume tidal/tidal volume (TV) berjumlah sekitar merupakan jumlah udara yang keluar dan masuk paru saat napas tenang. Volume cadangan inspirasi/inspiration reserve volume (IRV) berjumlah sekitar adalah udara yang masih dapat dihirup pada puncah inspirasi tenang. Kapasitas inspirasi/inspiration capacity (IC) adalah jumlah dari TV dan IRV. Volume cadangan ekspirasi/expiration reserve volume (ERV) berjumlah sekitar adalah udara yang masih dapat dikeluarkan dari paru pada puncak ekspirasi tenang. Volume residu/residual volume (RV) berjumlah sekitar adalah udara yang tidak dapat dikeluarkan dari paru dengan cara apapun. Kapasitas residu fungsional/functional residual capacity (FRC) adalah jumlah dari RV dan ERV. Kapasitas vital/vital capacity adalah jumlah dari IC dan ERV.10Kapasitas paru ini dapat diukur dengan melakukan pemeriksaan spirometri dengan menggunakan spirometer. Terdapat banyak jenis spirometer, yaitu spirometer air, digital, dan sebagainya, namun pada dasarnya spirometer adalah alat yang dapat menghitung volume udara inspirasi dan ekspirasi yang kita lakukan. Untuk melakukan spirometri, kita perlu menutup hidung kita atau menjepitnya dengan menggunakan penjepit, hal ini dilakukan agar pemeriksaan akurat karena udara dapat saja keluar dari hidung.11 Tahap pertama dalam melakukan spirometri adalah mengukur kapasitas paru, yaitu TV, IRV, ERV, IC, dan VC. Perlu diingat bahwa spirometri tidak dapat digunakan untuk menghitung RV karena tidak dapat diekspirasikan. Tahap kedua adalah menghitung volume ekspirasi paksa/forced expiratory volume (FEV) yaitu volume yang dapat diekspirasikan sekuat-kuatnya dalam waktu tertentu. Penghitungan FEV dimulai dengan melakukan inspirasi maksimum, barulah mengekspirasikannya sekuat dan secepat mungkin. FEV biasa dilakukan dalam satu hingga tiga detik. Pada paru yang sehat, FEV satu detik sudah mencakup hampir seluruh udara paru. Tahap terakhir adalah menghitung MBC atau maximum breathing capacity atau kapasitas pernapasan maksimal yang dilakukan dengan menginspirasi dan mengekspirasi sebanyak-banyaknya, sekuat-kuatnya, dan secepat-cepatnya.101. Kapasitas inspirasi (IC) sama dengan volume tidal ditambah dengan volume cadangan inspirasi. Ini adalah jumlah udara (3500 ml) yang dapat di hirup oleh seseorang mulai pada tingkat ekspirasi normal dan mengembangkan paru-parunya sampai jumlah maksimum.2. Kapasitas sisa fungsional (F.R.C) sama dengan volume cadangan ekspirasi ditambah volume sisa. Ini adalah jumlah udara yang tersisa di dalam paru-paru pada akhir ekspirasi normal (kira-kira 2300 ml).3. Kapasitas vital (V.C) sama dengan volume cadangan inspirasi ditambah volume tidal dan volume cadangan ekspirasi. Ini jumlah udara maksimum yang dapat dikeluarkan dari paru-paru seseorang setelah ia mengisinya sampai batas maksimum dan kemudian mengeluarkan sebanyak-banyaknya (kira-kira 4600 ml).4. Kapasitas total paru (T.L.C) adalah volume maksimum pengembangan paru-paru dengan usaha inspirasi yang sebesar-besarnya (kira-kira 5800 ml).

Gambar 5. Kapasitas Paru

Sebenarnya cara kerja spirometer cukup mudah yaitu sesorang melakukan bernafas (menarik nafas dan menghembuskan nafas) di mana hidung orang itu ditutup. Tabung yang berisi udara akan bergerak naik turun, sementara itu drum pencatat bergerak putar (sesuai jarum jam) sehingga pencatat akan mencatat sesuai dengan gerak tabung yang berisi udara. Pada waktu respirasi biasa, spirogram menunjukkan volume udara paru-paru 500 ml. Keadaan ini disebut tidal volume. Pada permulaan dan akhir pernafasan terdapat keadaan reserve; akhir dari suatu inspirasi dengan suatu usaha agar mengisi paru-paru dengan udara, udara tambahan ini disebut volume cadangan inspirasi (IRV). Demikian pula akhir dari suatu respirasi, usaha dengan tenaga untuk mengeluarkan udara dari paru-paru, udara ini disebut denganvolume cadangan ekspirasi (ERV). Hasil spirometri dapat dilihat pada gambar 5.11

Gambar 6. Hasil Pengukuran Spirometri.Kesimpulan Fungsi dari pernapasan antara lain untuk memperoleh O2 agar dapat digunakan oleh sel-sel tubuh dan mengeliminasi CO2 yang dihasilkan oleh sel. Test fungsi paru juga sangat penting untuk mengetahui atau mengukur volume udara yang dihirup dan di hembuskan. Alat yang dapat digunakan dalam test kapasitas paru yaitu spirometri.

Daftar Pustaka1. Ethel Sloane. Anatomi dan fisiologi untuk pemula. Edisi pertama. Jakarta: EGC; 2004.h.266-274.2. Muttaqin A. Buku ajar tentang gangguan system pernapasan. Jakarta: Salemba Media; 2007: 36-403. Rod-toping weblog. Histologi system pernapasan. 1 September 2010. Diunduh dari http://sectiocadaveris.wordpress.com/artikel-kedokteran/histologi-sistem-pernapasan/. 20 Mei 20154. Martini FH, Nath JL. Fundamentals of anatomy & physiology. 8th ed. San Fransisco: Pearson Education; 2009.5. Sherwood L. Fisiologi manusia: dari sel ke sistem. Edisi ke-6. Jakarta: EGC; 2012.6. Guyton AC, Hall JE. Buku ajar fisiologi kedokteran. 11th ed. Jakarta: EGC; 2008.p.499-502.7. Djojodibroto RD. Respirologi. Jakarta: EGC; 2009: 5-68. Bakta IM, Suastika IK. Gawat darurat di bidang penyakit dalam. Jakarta: EGC; 1999:39. Ganong WF. Buku ajar fisiologi kedokteran. 17th ed. Alih bahasa, Djauhari widjajakusumah. Jakarta: EGC; 1998: 630-3.10. Medicinesia. 20 mei 2015. Diunduh dari: http://www.medicinesia.com/kedokteran-dasar/respirasi/bunyi-nafas/11. Murray RK, Granner DK, Rodwell VW. Biokimia harper. Edisi ke-27. Jakarta: EGC; 2012.