METABOLISME AIR

METABOLISME AIR

• Air merupakan produk akhir dari metabolisme oksidatif.

• Berfungsi sebagai reaktan dan juga produk dalam banyak reaksi metabolik.

• Homeostasis pemeliharaan komposisi lingkungan internal yang essensial bagi kesehatan distribusi air dalam tubuh, pH dan konsentrasi elektrolit.

AIR TUBUH

• Terbagi dalam 2 ruangan utama : intrasel dan ekstrasel

• Kalium merupakan kation utama dan fosfat merupakan anion utama dalam cairan intrasel.

• Natrium merupakan kation utama dan klorida anion utama dalam cairan ekstrasel.

• Konsentarsi protein intrasel lebih tinggi dari pada plasma darah

KEHILANGAN AIR

• Air dibutuhkan untuk menggantikan cairan yang hilang melalui kulit, paru-paru, saluran cerna kehilangan obligatorik.

• Tergantung keadaan iklim,tingkat aktivitas, tingkat kesehatan, dan makanan.

• Suhu tinggi, iklim kering, kerja fisik yang berat dapat menambah kehilangan air dari kulit dan paru-paru

KESEIMBANGAN AIR• Pengaturannya tergantung pada

mekanisme hipotalamus, sekresi ADH dan aktivitas ginjal.

• Keadaan kekurangan cairan dan kelebihan cairan berhubungan dengan kekurangan dan kelebihan Na.

• Penyebab kekurangan cairan :

- Penurunan masukan (koma).

- Peningkatan kehilangan cairan (poliuri pada DM, pengeluaran yang berlebihan pada keadaan diaforesis berat dan kehilangan cairan lewat tr.gastrointestinal)

KESEIMBANGAN AIR

KESEIMBANGAN AIR

• Penyebab kelebihan cairan :

- Masukan yang meningkat (pemberian infus cairan yang berlebihan).

- Penurunan ekskresi.

Air merupakan pelarut biologik yang ideal

• Molekul tetrahidral dengan bentuk agak miring.

• Molekul air membentuk molekul bipolar.

• Gaya multipel menstabilkan molekul biologik.

Molekul air membentuk ikatan hidrogen

• Ikatan hidrogen menentukan struktur makromolekular.

• Ikatan hidrogen memudahkan pengikatan molekul air bipolar dalam susunan yang teratur.

• Ikatan hidrogen merupakan ikatan yang lemah.

• Ikatan hidrogen menstabilkan protein dan asam nukleat.

Molekul air mempunyai kecendrungan berdisosiasi

• Dapat bekerja secara asam atau basa.

• Membentuk ion hidronium (H3O+) dan ion hidroksida (OH-).

• H2O + H2O H3O+ + OH-.

• K = [H+] [OH-] = [10-7] [10-7]

[H2O] [55,56]

=0,018 x 10-14 = 1,8 x 10-16 mol/L

PERNAFASAN (RESPIRASI)

• Pertukaran dua gas O2 dan CO2 antara tubuh dan lingkungan

• Terbagi dalam 4 proses :

- pertukaran udara paru-paru

- diffusi O2 dan CO2 antara alveoli dan darah

- transport O2 dan CO2 dalam darah

- pengaturan ventilasi

PERNAFASAN

Peristiwa kimia dan faal tubuh yg mempengaruhi difusi O2 dan CO2

- Hukum Boyle PV = R (konstanta)

- Hukum Gay-Lussac V = RT

- Jadi : Hukum Gay-Lussac + Hukum Boyle Hukum gas ideal, yaitu : PV = nRT

PERNAFASAN

• Dimana : P = tekanan (mmHg)

V = volume (ℓ)

n = jlh massa gas (gr/mol)

R = Konstanta = 62,36

T = suhu absolut/ oK

PERNAFASAN

• Kecepatan berlangsungnya proses difusi dipengaruhi oleh bbrp faktor, spt :

1.Perbedaan antara tek. Parsial gas diatas cairan dan tek. Gas didalamnya.

2.Luas daerah penampang lintang antar muka gas-cairan.

3.Panjang jarak yg harus ditempuh molekul-molekul

PERNAFASAN

4. Besarnya daya larut gas dalam cairan.

5. Banyaknya jlh molekul yg dapat berdifusi pd setiap perbedaan tekanan.

6. Besar kecepatan atau pergerakan kinetik molekul.

PERNAFASAN

• Tek. Parsial dan persentasi konsentrasi gas-gas pernafasan adalah berbeda dlm udara alveoli dgn udara lembab.

hal ini disebabkan oleh :

1.Absorbsi O2 yg tetap dari udara alveoli.

2.Difusi CO2 yg tetap dari darah paru-paru kedalam alveoli.

3.Penggantian udara alveoli yg relatif lambat selama ventilasi normal.

PERNAFASAN

• Keadaan setimbang yg stabil (steady state equilibrium) ada 2 faktor yg mempengaruhinya :

1.Tek. Parsial gas yg mengelilingi air.

2.Kelarutan gas dlm cairan pd suatu suhu

PERNAFASAN • Udara cerah mengandung komponen gas dan

uap air dengan persentase : N2 (78,62%) , O2 (20,84%) CO2 (0,04%) , H2O (0,5%)

• Udara yang sampai dialveoli mengalami proses pemanasan dan pelembaban secara maksimal disepanjang saluran napas jenuh dengan air tekanan dalam paru tidak melebihi 760 mmHg tekanan partial komponen udara lainnya dikurangi

• Tekanan partial gas : desakan yang ditimbulkan oleh gas untuk masuk / keluar cairan ( PO2, PCO2, pN2 dsb )

PERNAFASAN

• Kemampuan keseluruhan membran pernafasan total untuk melakukan pertukaran gas antara alveoli dan darah paru-paru dapat dinyatakan sbg kapasitas difusi, yaitu volume suatu gas berdifusi melalui membran pernafasan dlm 1 menit pd perbedaan tek. 1 mmHg

PERNAFASAN

Koefisien diffusi CO2 lebih besar 20 kali dibanding O2 meski PCO2 kapiler paru ( 45 mmHg ) hanya berbeda sedikit dari PCO2 alveoli ( 40 mmHg ), CO2 darah segera diseimbangkan dengan CO2 alveoli

• Tekanan partial gas dalam sistem pulmoner

art.pulmoner alveoli vena pulmoner

PO2 40 104 104

PCO2 45 40 40

PH2O 47 47 47

PERNAFASAN

• Bila suatu gas dimasukan ke dlm ruang yg mengandung cairan spt; air, molekul-molekul gas akan beradu dgn fase cair dlm usahanya utk masuk dan menciptakan suatu keadaan seimbang shg tek. gas dlm cairan akan menjadi sama dgn tek. Parsialnya dlm fase gas.

Benturan & masuknya molekul ke dlm cairan berlangsung dgn suatu proses yg disebut DIFUSI

Transport oksigen darah

• Diikat reversible dan dibawa oleh hemeprotein “hemoglobin “ Hb + O2 HbO2

• Derajat pengikatan ditentukan oleh PO2 sekitar Hb

• Affinitas Hb terhadap O2 berkurang oleh :

1. Peninggian [ H+ ]

2. Peninggian PCO2 ( efek Bohr )

3. Peninggian suhu

4. Peninggian [ 2,3 bifosfogliserat eritrosit ]

Transport CO2 darah• 10% dalam bentuk larut dalam plasma• 20% CO2 berikatan dengan gugus amino

terminal residu valin pada molekul globin dari Hb ( ikatan karbamino )

• 70% dalam bentuk garam HCO3-

• Efek Haldane : oksigenasi Hb diparu-paru meningkatkan pelepasan CO2, sebaliknya deoksigenasi Hb dijaringan perifer meningkatkan pengambilan CO2

• Chloride shift : gerakan Cl – untuk mengimbangi gerakan HCO3 – antara eritrosit dan plasma arah gerakan berbeda dijaringan dan dialveoli

Pengaturan pernafasan oleh SSP

• Diperantarai oleh PCO2 darah

• PCO2 lebih besar dari 40 mmHg stimulasi medulla oblongata ventilasi alveoli meningkat

• Sistem ini mengatur ekskresi dan retensi CO2 darah pengaturan PCO2 berperan dalam pengaturan keseimbangan asam basa tubuh

Keseimbangan asam basa

Sistem homeostasis PH cairan tubuh

Gangguan-gangguan keseimbangan asam basa

KESEIMBANGAN ASAM BASA

Pengertian pH Defanisi pH -log (H+)Untuk menghitung pH larutan :

1.Hitung konsentrasi ion Hidrogen (H+)

2.Hitung logaritma ion Hidrogen

3.Nilai pH adalah nilai Log dari No.2pH darah normal : 7,4 + 0,05Konsentrasi pH ditentukan oleh ion Hidrogen

(H+)

Ph cairan tubuh

• Nanoekivalan konsentrasi ion H ( 40 nEq / L ) dalam keseimbangan terhadap miliekivalen konsentrasi elektrolit seperti Na, K, Cl dan HCO3 cairan tubuh

• Ph = - log 10 [ion H] = log 10 ( 1 / [ion H] ), karena [ion H] = 4 * 10-8 Eq / L, maka : Ph = 7,4

• Ph cairan tubuh normal antara 7,3 – 7,4 dan nilai ph yang mungkin untuk hidup antara 6,8 - 8

Produk asam dari metabolisme

• Katabolisme asam amino mengandung sulfur menghasilkan asam sulfurik dan katabolisme fosfolipid menghasilkan asam fosforik

• Kedua jenis asam tersebut merupakan asam yang tidak dapat menguap ( non volatile acid ) dan dibentuk sekitar 40 – 80 mEq / hari

• Katabolisme karbohidrat dan lipid membentuk sekitar 15.000 – 20.000 mMol CO2 / hari, yang termasuk asam yang mudah menguap ( volatile acid )

KESEIMBANGAN ASAM BASA

Ion H+ berasal dari:1.Oxidasi karbohidrat/ hidrat arang yg tdk

sempurna 2.Oxidasi FFA yg tdk sempurna

ketosis

3.NH3 dari deaminasi oxidatif asam amino NH3 urea

4.Proses pengangkutan CO2 dr jaringan ke paru-paru tdpt ion H+ dlm darah

Asam dan basa

• HA = H+ + A- , maka asam diartikan sebagai suatu donor proton ( HA ) dan basa sebagai akseptor proton ( A- )

• Eritrosit dan sel tubulus ginjal mengandung enzym karbonat anhidrase, mengkatalisa :

CO2 + H2O H2CO3 . • Asam karbonat merupakan donor proton

( H2CO3

H+ + HCO3 - ) maka CO2 selalu digolongkan sebagai asam

Mekanisme fisiologis homeostasis Ph

• Sistem kerja buffer yang dipengaruhi sifat-sifat fisik dan kimianya

• Sistem pernapasan yang mengatur perubahan pCO2 melalui perubahan ventilasi

• Sistem pengaturan ginjal terhadap penyimpanan bikarbonat tubuh

Buffer

• Substansi yang dapat menerima proton ( ion H ) dan meminimalisasi perubahan Ph

• Suatu larutan asam lemah dengan garamnya

• Buffer- buffer penting tubuh :

1. ECF : HCO3-

2. ICF : HPO4= , H2PO4

- dan protein ( Hb )3. Karbonat tulang

Buffer penting tubuh

• Efektivitas tergantung pada :- Ph lazim yang dapat dipertahankan- Konsentrasinya pada cairan tubuh- pKa- Mekanisme khusus yang dimiliki, seperti HCO3 yang merupakan bagian dari sistem terbuka ( volatile )

• Bikarbonat : pKa 1,3 U dibawah Ph fisiologis, konsentrasi ekstrasel tinggi, berada dalam keseimbangan dengan CO2 ( bagian dari sistem terbuka)

Buffer penting tubuh

• Fosfat : konsentrasi intrasel tinggi, penting pada pengasaman urine, dengan pKa 6,8 mempertahankan ph cairan tubulus distal 6 s/d 7

• Protein : protein plasma sebagai buffer ekstrasel dengan peran terbatas, Hb berperan besar sebagai buffer intrasel

• Karbonat tulang : simpanan buffer yang potensial, berperan penting sebagai respon jangka panjang pada asidosis kronis

Pengaturan asam basa oleh ginjal

• Dengan mengatur [ HCO3 - ] darah

• Ambang ginjal untuk HCO3 - : 26 – 28 mmol/ L, sedangkan [HCO3 - ] plasma : 25 – 26 mmol/L sangat sedikit diekskresi

• HCO3 – hasil filtrasi darah mengalami reabsorbsi ditub. Proksimal ( 90 %) dan ditub. Distal ( 10 %)

• CO2 hasil filtrasi dan CO2 yang berasal dari HCO3 berdiffusi bebas kesel tubulus dalam sel : CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3

- ( oleh karbonat anhidrase )

Pengaturan asam basa oleh ginjal

• PCO2 darah PCO2 sel tubulus [H+] sekresi H+ kelumen ( antiport H+- Na+ ) mereabsorbsi HCO3 dan/atau diekskresi melalui urine

• H+ dilumen berguna untuk :- reabsorbsi HCO3

- bereaksi dengan buffer HPO4= / H2PO4

- dan menjadi penukar Na+ pada Na2HPO4 menjadi NaH2PO4 (penghematan Na )

- bereaksi dengan NH3 ( deaminasi oksidatif asam-asam amino disel tubulus ) membentuk NH4

+ ( pKa = 9,6 untuk dapat menetralisir asam kuat ( sulfat dan fosfat ) yang akan diekskresi melindungi mukosa saluran kemih

Persamaan Henderson-Hasselbach

• Ph = pKa + log ( [ A- ] / [ HA ] )

• Ph = pKa + log ( [HCO3-] / [H2CO3] )

• CO2 larut dalam plasma dan membentuk H2CO3 sebanding dengan tekanan CO2 ( pCO2 ), sehingga persamaan ini menunjukkan bahwa Ph adalah perbandingan antara HCO3

- dan pCO2

• 7,4 = 6,1 + log ( [HCO3-] / [H2CO3] ), untuk

mempertahankan Ph ideal tersebut, perbandigan antara konsentrasi garam dan asam karbonat adalah 20 : 1

Jadi : pH = 6,1 + Log

7,4 = 6,1+ Log

7,4 = 7,4

2040x0,03 1,3

201

pH ↓ = acidosis

pH ↑ = alkalosis

Persamaan Henderson-Hasselbach

Gangguan-gangguan keseimbangan asam basa

- Gangguan metabolik : - Asidosis metabolik

- Alkalosis metabolik- Gangguan respirasi : - Asidosis respiratorik

- Alkalosis respiratorik

- setiap gangguan primer akan disertai respon skunder dari sistem berlawanan ( gangguan primer metabolik direspon dengan perubahan sistem respirasi dan sebaliknya )

- Ph dikembalikan mendekati normal tetapi tidak terjadi kompensasi berlebihan

Asidosis metabolik

• Paling banyak ditemukan

• Penurunan [ HCO3- ] , karena banyak digunakan

menanggulangi kelebihan asam asam organik sisa metabolisme

• Ditemukan pada penderita diabetes, gagal ginjal, gastroenteritis ( dehidrasi ), tirotoksikosis dsb

• Bila mekanisme kompensasi dapat mengembalikan PH normal asidosis metabolik terkompensasi konsentrasi bikarbonat meningkat

Kompensasi pada asidosis metabolik

• Peningkatan H+ disangga HCO3- plasma dan Hb

(dtk – mnt)

• Peningkatan ventilasi menurunkan PCO2 ( mnt )

• Peningkatan H+ disangga HCO3- intertisial (30 mnt)

• Peningkatan H+ disangga protein dan fosfat intra sel ( jam )

• Penghematan dan pembentukan HCO3- oleh ginjal

(2 – 6 hari)

Alkalosis metabolik

• Peningkatan HCO3- karena konsumsi atau hilangnya

substansi asam yang berlebihan• Ditemukan pada pamakai obat-obat ulkus peptikum

yang lama, obstruksi usus ( muntah ) dsb• Kompensasi tubuh berupa :

- Pernapasan lambat dan dangkal untuk retensi CO2 - Mengurangi ekskresi H+ dengan ekskresi garam NaHCO3 dan Na2HPO4

- Menekan pembentukan NH3

Asidosis respiratorik

• Peningkatan PCO2 karena gangguan fungsi paru retensi CO2

• Ditemukan pada pneumonia, emfisema, keracunan morfin dan barbiturat dsb

• Bikarbonat yang dibentuk dari CO2 yang meninggi karena asidosis respiratorik ( CO2 + H2O = H2CO3 = H+ + HCO3

- ) tidak dapat membantu menyangga H+

Kompensasi pada asidosis respiratorik

• Peningkatan H+ disangga oleh Hb eritrosit ( dtk – mnt )

• Peningkatan H+ disangga oleh protein dan fosfat intrasel ( jam )

• Peningkatan ekskresi H+ dengan peningkatan pembentukan amoniak ditubuli distal dan pembentukan bikarbonat baru oleh ginjal ( 2 – 6 hari )

Alkalosis respiratorik

• Penurunan PCO2 karena gangguan fungsi paru (hiperventilasi)

• Ditemukan pada keadaan keracunan salisilat, demam tinggi, histeria dsb

• Kompensasi tubuh dengan penurunan ekskresi H+ oleh ginjal

• Kompensasi respiratorik untuk gangguan-gangguan metabolik berlangsung sempurna dalam 24 jam sedangkan kompensasi ginjal untuk gangguan-gangguan respiratorik lebih lambat, memerlukan waktu 2 – 6 hari

Acid Base Disorders

Disorder pH [H+] Primary disturbance

Secondary response

Metabolic acidosis [HCO3-] pCO2

Metabolic alkalosis [HCO3-] pCO2

Respiratory acidosis pCO2 [HCO3-]

Respiratory alkalosis

pCO2 [HCO3-]