Sistem Respirasi

A.      Sistem Pernapasan pada Manusia

Pernapasan atau respirasi adalah pertukaran gas antara makhluk hidup (organisme) dengan lingkungannya. Secara umum, pernapasan dapat diartikan sebagai proses menghirup oksigen dari udara serta mengeluarkan karbon dioksida dan uap air. Dalam proses pernapasan, oksigen merupakan zat kebutuhan utama. Oksigen untuk pernapasan diperoleh dari udara di lingkungan sekitar.

Pernapasan pada manusia mencakup dua proses, yaitu :

1.    Pernapasan eksternal adalah pernapasan dimana pertukaran oksigen dan karbon dioksida yang terjadi antara udara dalam gelembung paru-paru dengan darah dalam kapiler.

2.    Pernapasan internal adalah pernapasan dimana pertukaran oksigen dan karbon dioksida antara darah dalam kapiler dengan sel-sel jaringan tubuh.

Dalam proses pernapasan, oksigen dibutuhkan untuk oksidasi (pembakaran) zat makanan. Zat makanan yang dioksidasi tersebut yaitu gula (glukosa). Glukosa merupakan zat makanan yang mengandung energi. Proses oksidasi zat makanan, yaitu glukosa, bertujuan untuk menghasilkan energi. Jadi, pernapasan atau respirasi yang dilakukan organisme bertujuan untuk mengambil energi yang terkandung di dalam makanan.

Hasil utama pernapasan adalah energi. Energi yang dihasilkan digunakan untuk aktivitas hidup, misalnya untuk pertumbuhan, mempertahankan suhu tubuh, pembelahan sel-sel tubuh, dan kontraksi otot

1.      Organ-organ Pernapasan pada Manusia

Manusia bernapas secara tidak langsung. Artinya, udara untuk pernapasan tidak berdifusi secara langsung melalui permukaan kulit. Difusi udara untuk pernapasan pada manusia terjadi di bagian dalam tubuh, yaitu gelembung paru-paru (alveolus). Pada pernapasan secara tidak langsung, udara masuk ke dalam tubuh manusia dengan perantara alat-alat pernapasan.

Alat-alat Pernapasan pada manusia terdiri dari rongga hidung, faring (tekak), laring (pangkal tenggorokan), trakea (batang tenggorokan), bronkus (cabang tenggorokan), dan pulmo (paru-paru).

                                                           

  Gambar 2.1 Organ pernapasan pada manusia                                

a.        Rongga Hidung (cavum nasalis)

Rongga hidung merupakan jalan masuk oksigen untuk pernapasan, dan jalan keluar karbon dioksida serta uap air sisa pernapasan. Di dalam rongga hidung terdapat rambut-rambut pendek dan halus. Selain itu terdapat juga selaput lendir yangdapat menghasilkan mukus atau lendir. Rambut halus dan selaput lendir  berfungsi untuk menyaring udara dari debu-debu yang masuk bersama udara. Udara yang masuk ke dalam rongga hidung juga mengalami proses penghangatan agar sesuai dengan suhu tubuh kita. Demikian juga pula kelembapan udara diatur agar sesuai dengan kelembapan tubuh kita.

b.      Faring (tekak)

Faring berbentuk seperti tabung corong yang terletak di belakang rongga hidung dan mulut. Pada bagian belakang faring terdapat laring atau pangkal batang tenggorok. Faring berfungsi sebagai jalan bagi udara dan makanan. Pada waktu menelan makanan katup epiglotis menutupi laring sehingga makanan tidak masuk tenggorokan.Selain itu, faring juga berfungsi sebagai ruang getar untuk menghasilkan suara.                                                          

 Gambar 2.2  Bagian-bagian faring

c.       Laring (pangkal tenggorokan)

Laring terdapat di antara faring dan trakea. Dinding laring tersusun dari sembilan buah tulang rawan. Salah satu tulang rawan tersusun dari dua lempeng kartilago hialin yang menyatu dan membentuk segitiga. Bagian ini disebut jakun.

Di dalam laring terdapat epiglotis dan pita suara. Epiglotis merupakan kartilago elastis yang berbentuk seperti daun. Epiglotis dapat membuka dan menutup. Pada saat menelan makanan, epiglotis menutup sehingga makanan tidak masuk ke tenggorokan tetapi menuju kerongkongan. Pita suara merupakan selaput lendir yang membentuk dua pasang lipatan dan dapat bergetar menghasilkan suara.

           

 Gambar 2.3 pita suara

d.      Trakea (batang tenggorokan)

Trakea berbentuk seperti pipa yang terletak memanjang di bagian leher dan rongga dada (toraks). Trakea tersusun dari cincin tulang rawan dan otot polos. Dinding bagian dalam trakea berlapis sel-sel epitel berambut getar (silia) dan selaput lendir. Trakea bercabang dua, yang satu menuju paru-paru kiri dan yang lain menuju paru-paru kanan. Cabang trakea disebut bronkus.

   

e.       Bronkus

Merupakan percabangan trakea yang menuju paru-paru kanan dan kiri. Struktur bronkus sama dengan trakea, hanya dindingnya lebih halus. Kedudukan bronkhus kiri lebih mendatar dibandingkan bronkus kanan, sehingga bronkhus kanan lebih mudah terserang penyakit.

f.       Bronkiolus

Bronkheolus adalah percabangan dari bronkhus, saluran ini lebih halus dan dindingnya lebih tipis. Bronkheolus kiri berjumlah 2, sedangkan kanan berjumlah 3, percabangan ini akan membentuk cabang yang lebih halus seperti pembuluh.

g.      Pulmo (paru-paru)

Paru-paru terletak di dalam rongga dada bagian atas. Rongga dada dan rongga perut dipisahkan oleh sekat, yaitu diafragma. Paru-paru terbagi menjadi dua bagian, yaitu paru-paru kanan dan paru-paru kiri. Paru-paru kanan terdiri dari tiga gelambir dan paru-paru kiri terdiri dari dua gelambir. Paru-paru dibungkus oleh selaput paru-paru tipis yang disebut pleura.

Di dalam paru-paru, masing-masing bronkus bercabang-cabang membentuk bronkiolus. Selanutnya, bronkiolus bercabang-cabang menjadi pembuluh halus yang berakhir pada gelembung paru-paru yang disebut alveolus (jamak = alveoli). Alveoli menyerupai menyerupai busa atau sarang tawon. Jumlahnya alveoli kurang lebih 300 juta. Dinding alveolus sangat tipis dan elastis. Pada alveolus terjadi difusi atau pertukaran gas pernapasan, yaitu oksigen dan karbon dioksida.

 

  

Gambar 2.4   Alveoli yang terdapat di dalam paru-paru manusia

2.        Mekanisme Pernapasan

Di dalam Alveolus, udara yang mengandung oksigen dipertukarkan ke dalam darah. Sedangkan karbondioksida di dalam darah dikeluarkan ke alveolus.

Pengangkutan O₂

Pertukaran gas antara O₂ dengan CO₂ terjadi di dalam alveolus dan jaringan tubuh, melalui proses difusi. Oksigen yang sampai di alveolus akan berdifusi menembus selaput alveolus dan berikatan  dengan haemoglobin (Hb) dalam darah yang disebut deoksigenasi dan menghasilkan senyawa oksihemoglobin (HbO) seperti reaksi berikut :

Hb + O₂         HbO₂

Sekitar 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 :

a.    Alveolus memiliki O₂ lebih tinggi dari pada O₂ di dalam darah.

b.    O₂ masuk ke dalam darah melalui difusi melewati membran alveolus

c.    Di dalam darah, O₂ sebagian besar (98%) diikat oleh Hb yang terdapat pada Eritrosit menjadi Oksihemoglobin (HbO₂).

d.   Selain diikat oleh Hb, sebagian kecil O₂ larut di dalam plasma darah (2%).

e.    Setelah berada di dalam darah, O₂ kemudian masuk ke jantung melalui vena pulmonalis untuk diedarkan ke seluruh tubuh yang membutuhkan.

Pengangkutan CO₂

Karbondioksida (CO₂) yang dihasilkan dari proses respirasi sel akan berdifusi ke dalam darah yang selanjutnya akan diangkut ke paru-paru untuk dikeluarkan sebagai udara pernapasan.
Ada 3 (tiga) cara pengangkutan CO₂ :

a.    Sebagai ion karbonat (HCO₃), sekitar 60 – 70%.

b.    Sebagai karbominohemoglobin (HbCO₂), sekitar 25%.

c.    Sebagai asam karbonat (H2CO₃) sekitar 6 – 10%.

Adapun tahapan proses pengeluaran karbondioksida sebagai berikut :

a.    Di jaringan, CO₂ lebih tinggi dibandingkan yang ada di dalam darah.

b.    Ketika O₂ di dalam darah berdifusi ke jaringan, maka CO₂ di jaringan akan segera masuk ke dalam darah.

c.    Ketika CO₂ berada di dalam darah sebagian besar (70%) CO₂ akan diubah menjadi ion bikarbonat(HCO₃–)

d.   20% CO₂ akan terikat oleh Hb pada Eritrosit.

e.    Sedangkan 10% CO₂ lainnya larut dalam plasma darah.

f.     Di dalam darah, CO₂ di bawa ke jantung, kemudian oleh jantung CO₂ dalam darah dipompa ke paru-paru melalui arteri pulmonalis.

g.    Di paru-paru CO₂ akan dikeluarkan dari tubuh melalui ekspirasi

Pernapasan merupakan suatu proses yang terjadi dengan sendirinya (secara otomatis). Walaupun kita dalam keadaan tidur, proses pernapasan berjalan terus. Pada saat kita bernapas ada dua proses yang terjadi yaitu inspirasi (proses masuknya udara ke dalam paru-paru) dan ekspirasi (proses keluarnya udara dari paru-paru). Inspirasi dan ekspirasi terjadi antara 15 – 18 kali setiap menit. Proses inspirasi dan ekspirasi diatur oleh otot-otot diafragma dan otot antar tulang rusuk.

Berdasarkan otot yang berperan aktif, pernapasan manusia dibedakan menjadi dua macam sebagai berikut :

a.      Pernapasan Dada

1.      Inspirasi, terjadi karena aktivitas otot antartulang rusuk. Bila otot antartulang rusuk berkerut (berkontraksi), maka tulang-tulang rusuk akan terangkat dan volume rongga dada akan membesar. Keadaan ini menyebabkan penurunan tekanan udara di dalam paru-paru. Karena tekanan udara di luar tubuh lebih besar, maka udara dari luar yang kaya oksigen masuk ke dalam paru-paru. Dengan demikian terjadilah inspirasi.

2.      Ekspirasi, terjadi bila otot-otot antartulang rusuk mengendor (relakasasi), yaitu kembali pada posisi semula, maka tulang-tulang rusuk akan tertekan. Akibatnya, volume rongga dada mengecil. Keadaan ini mengakibatkan naiknya tekanan udara di dalam paru-paru.

 

Gambar 2.5  Pada saat insipirasi (a) rongga dada membesar dan (b) diafragma mendatar

b.         Pernapasan Perut

1.      Inspirasi,  terjadi karena aktivitas otot-otot diafragma yang membatasi rongga perut dan rongga dada. Bila otot diafragma berkontraksi, maka diafragma akan mendatar. Keadaan ini mengakibatkan rongga dada membesar sehingga tekanan udara di paru-paru mengecil. Akibatnya, udara luar yang kaya oksigen masuk ke dalam paru-paru melalui saluran pernapasan. Dengan demikian, terjadilah inspirasi.      Gambar 2.6  Pernafasan perut

2.      Ekspirasi, bila otot diafragma relaksasi (kembali pada posisi semula), maka kedudukan diafragma melengkung ke atas. Keadaan ini mengakibatkan rongga dada membesar. Akibatnya, udara dari paru-paru yang kaya karbon dioksida terdorong ke luar. Dengan demikian terjadilah ekspirasi.

3.        Volume Udara Pernapasan

Jumlah udara yang keluar masuk paru-paru bergantung pada cara kita bernapas. Volume udara pernapasan dibedakan menjadi beberapa macam seperti berikut :

a.    Volume tidal (VT) merupakan volume udara yang dapat diinspirasikan maupun diekspirasikan. Setiap pernapasan normal volume tidal ± 500 ml.

b.    Volume cadangan inspirasi (VCI) merupakan volume tambahan udara yang dapat diekspirasikan setelah volume tidal normal. Jumlah volume cadangan inspirasi ± 1500 ml.

c.    Volume cadangan ekspirasi (VCE) merupakan volume udara yang dapat diekspirasikan setelah ekspirasi tidak normal. Jumlah volume cadangan ekspirasi ± 1500 ml.

d.   Volume sisa (Volume Residu) merupakan volume yang masih tersisa di dalam paru-paru setelah melakukan ekspirasi dengan kuat. Volume udara sisa ± 1000 ml.

e.    Kapasitas vital merupakan volume udara yang dapat dikeluarkan semaksimal mungkin setelah melakukan inspirasi maksimal besarnya ± 3500 ml. Kapasitas vital merupakan jumlah dari VT + VCI + VCE.

f.     Volume total paru-paru, yaitu volume udara yang dapat ditampung paru-paru semaksimal mungkin besarnya ± 4500 ml.

    Gambar 2.7  grafik volume udara pernapasan pada manusia

Volume udara pernapasan setiap orang berbeda-beda. Hal ini disebabkan volume paru-paru setiap orang berbeda-beda. Volume paru-paru dipengaruhi oleh faktor genetik, aktivitas olahraga, kondisi lingkungan, dan jenis kelamin. Orang yang sering olahraga memiliki volume paru-paru yang lebih besar daripada orang yang jarang berolahraga. Orang yang tinggal di dataran tinggi mempunyai volume paru-paru yang lebih besar dari pada orang yang tinggal di dataran rendah. Laki-laki mempunyai volume paru-paru yang lebih besar dari pada wanita.

Cepat lambatnya manusia melakukan pernapasan dipengaruhi oleh beberapa factor di antaranya sebagai berikut:

a.     Umur

Bertambahnya umur seseorang mengakibatkan frekuensi pernapasan menjadi semakin lambat. Pada usia lanjut, energi yang dibutuhkan lebih sedikit dibandingkan pada saat usia pertumbuhan, sehingga oksigen yang diperlukan relative lebih sedikit.

b.    Jenis kelamin

Pada umumnya, laki-laki lebih banyak membutuhkan energi. Oleh karena itu, laki-laki memerlukan oksigen yang lebih banyak daripada wanita.

c.     Suhu tubuh

Manusia memiliki suhu tubuh yang konstan berkisar antara 36-37˚C karena manusia mampu mengatur produksi panas tubuhnya dengan meningkatkan laju metabolismenya, sehingga kebutuhan oksigen akan meningkat.

d.    Posisi tubuh

Posisi tubuh akan mempengaruhi banyaknya otot yang bekerja. Misalnya pada saat berdiri, otot akan berkontraksi, sehingga oksigen yang dibutuhkan lebih banyak dan laju pernapasan pun akan meningkat dibandingkan pada saat orang duduk