SISTEM PERNAPASAN

TINJAUAN SISTEM PERNAPASAN

Fungsi Sistem Pernapasan
Sistem pernapasan berfungsi sebagai pendistribusi udara dan penukar gas sehingga oksigen dapat disuplai ke dan karbon dioksida dikeluarkan dari sel-sel tubuh. Karena sebagian besar dari jutaan sel tubuh kita letaknya terlalu jauh dari tempat terjadinya pertukaran gas, maka udara pertama-tama harus bertukaran dengan darah, darah harus bersirkulasi, dan akhirnya darah dan sel-sel harus melakukan pertukaran gas. Peristiwa ini membutuhkan fungsi dari dua sistem, yaitu sistem pernapasan dan sistem sirkulasi. Semua bagian dari sistem pernapasan (kecuali sakus mikroskopis yang disebut alveoli) berfungsi sebagai pendistribusi udara. Hanya alveoli dan saluran kecil yang terbuka ke dalam alveoli berfungsi sebagai penukar gas.
Selain sebagai pendistribusi dan pertukaran gas, sistem pernapasan secara efektif menyaring, menghangatkan, dan melembabkan udara yang kita hirup selama bernapas. Organ pernapasan juga mempengaruhi pembentukan suara, termasuk berbicara yang kita gunakan dalam komunikasi verbal. Jaringan epitel khusus dalam saluran pernapasan memungkinkan berfungsinya indera penghidu (olfaktori). Sistem pernapasan juga membantu dalam pengaturan, atau homeostasis pH dalam tubuh.

Sketsa Struktur Sistem Pernapasan
Secara sistematis sistem pernapasan dibagi menjadi saluran pernapasan atas dan saluran pernapasan bawah. Organ saluran pernapasan atas terletak di luar toraks, atau rongga dada, sementara saluran pernapasan bawah terletak hampir seluruhnya di dalam toraks (Gbr. 1-1).

gbr11
Saluran pernapasan atas terdiri atas hidung, nasofaring, orofaring, laringofaring, dan laring (Gbr. 1-2). Saluran pernapasan bawah, atau biasa disebut divisi, terdiri atas trakhea, semua segmen dari percabanganbronkus, danparu-paru. Berdasarkan fungsi, sistem pernapasan juga mencakup beberapa struktur aksesori, termasuk rongga mulut, sangkar iga, dan diafragma.
gbr12
Anatomi Sistem Pernapasan
Anatomi komponen sistem pernapasan memungkinkan terjadinya pendistribusian udara dan pertukaran gas pernapasan. Fungsi ganda ini pada akhirnya memungkinkan terjadinya pertukaran gas antara udara di lingkungan dan darah dalam paru-paru, dan pertukaran gas antara darah dan sel-sel tubuh. Untuk memahami homeostasis dalam semua sistem organ tubuh diperlukan pemahaman tentang hubungan antara struktur sistem pernapasan dan fungsinya.
Fungsi pernapasan tidak hanya bergantung pada organisasi struktural dari bagian-bagian sistem tetapi juga pada inter-relasi dari komponennya dengan sistem tubuh yang lain, termasuk sistem persarafan, sirkulasi, muskular, dan imun.

Saluran Pernapasan Atas
HIDUNG
Hidung merupakan pintu masuk pertama udara yang kita hirup. Udara masuk dan keluar sistem pernapasan melalui hidung, yang terbentuk dari dua tulang hidung dan beberapa kartilago. Terdapat dua pintu pada dasar hidung-nostril (lubang hidung), atau nares eksternal yang dipisahkan oleh septum nasal di bagian tengahnya.
Lapisan mukosa hidung adalah sel epitel bersilia, dengan sel goblet yang menghasilkan lendir. Udara yang melewati rongga hidung dihangatkan dandilembabkan. Bakteri dan partikel polusi udara akan terjebak dalam lendir; silia pada lapisan mukosa secara kontinu menyapu lendir ke arah faring. Sebagian besar lendir ini pada akhirnya akan tertelan, dan setiap bakteri yang ada akan dihancurkan oleh asam hidroklorida dalam getah lambung.
Rongga nasal berhubungan dengan beberapa rongga lain yang terdapat dalam tulang tengorak, yaitu sinus paranasal yang fungsinya adalah untuk meringankan tulang tengkorak dan memberikan resonansi suara. Rongga ini berhubungan dengan rongga nasal melalui saluran kecil yang juga dilapisi oleh membran mukosa. Karena saluran ini sempit, maka ia mudah tersumbat selama proses inflamasi dan infeksi. Lendir dan cairan lainnya menjadi terperangkap dan menumpuk di dalam sinus yang tersumbat, menimbulkan tekanan yang terasa sangat nyeri. Kondisi ini disebut sinusitis.
FARING
Faring atau tenggorok adalah tuba muskular yang terletak di posterior rongga nasal dan oral dan di anterior vertebra servikalis. Secara deskriptif, faring dapat dibagi menjadi tiga segmen, setiap segmen dilanjutkan oleh segmen lainnya; nasofaring, orofaring, dan laringofaring.
Bagian paling atas (superior) adalah nasofaring, yang terletak di belakang rongga nasal. Nasofaring berhubungan dengan nares internal dan ostium ke kedua tuba auditorius, yang memanjang ke telinga tengah. Adenoid atau tonsil faringeal terletak pada dinding posterior nasofaring, yaitu nodulus limfe yang mengandung makrofag. Nasofaring adalah saluran yang hanya dilalui oleh udara, tetapi bagian faring lainnya dapat dilalui baik oleh udara maupun makanan, namun tidak untuk keduanya pada saat yang bersamaan.
Bagian faring yang dapat anda lihat ketika anda bercermin dengan mulut terbuka lebar adalah orofaring, terletak di belakang mulut; mukosa orofaring adalah epitel skuamosa bertingkat, dilanjutkan dengan epitel yang terdapat pada rongga mulut. Pada
dinding lateralnya terdapat tonsil palatin yang juga nodulus limfe. Tonsil adenoid dan lingual pada dasar lidah, membentuk cincin jaringan limfatik mengelilingi faring untuk menghancurkan patogen yang masuk ke dalam mukosa.
Laringofaring merupakan bagian paling inferior dari faring. Laringofaring membuka ke arah anterior ke dalam laring dan ke arah posterior ke dalam esofagus. Kontraksi dinding muskular orofaring dan laringofaring merupakan bagian dari refleks menelan.
LARING
Laring sering disebut kotak suara, nama yang menunjukkan salah satu fungsinya, yaitu berbicara adalah saluran pendek yang menghubungkan faring dengan trakhea. Laring memungkinkan udara mengalir di dalam struktur ini, dan mencegah benda padat agar tidak masuk ke dalam trakhea. Laring menjadi tempat pita suara, dengan demikian laring menjadi sarana pembentukan suara. Dinding laring terutama dibentuk oleh tulang rawan (kartilago) dan bagian dalamnya dilapisi oleh membran mukosa bersilia. Kartilago laring terdiri atas sembilan buah yang tersusun sedemikian rupa sehingga membentuk struktur seperti kotak (Gbr. 1-3) dan satu sama lainnya dihubungkan oleh ligamen. Kartilago laring yang terbesar adalah kartilago tiroid, yang teraba pada permukaan anterior leher. (Pada pria kartilago ini membesar yang disebut Adam’s apple atau buah jakun).
gbr13
Epiglotis atau kartilago epiglotik adalah kartilago yang paling atas, bentuknya seperti lidah dan keseluruhannya dilapisi oleh membran mukosa. Selama menelan, laring bergerak ke atas dan epiglotig tertekan ke bawah menutup glotis. Gerakan ini mencegah masuknya makan atau cairan ke dalam laring.
Pita suara terletak di kedua sisi glotis. Selama bernapas, pita suara tertahan di kedua sisi glotis sehingga udara dapat masuk dan keluar dengan bebas dari trakhea. Selama berbicara otot-otot instrinsik laring menarik pita suara menutupi glotis, dan udara yang dihembuskan akan menggetarkan pita suara untuk menghasilkan bunyi yang selanjutnya diubah menjadi kata-kata (Gbr. 1-4). Saraf kranial motorikyangmempersarafi faring untuk berbicara adalah nervus vagus dan nervus aksesorius.
gbr14

Saluran Pernapasan Bawah

TRAKHEA
Pipa udara atau trakhea adalah saluran udara tubular yang mempunyai panjang sekitar 10 sampai 13 cm dengan lebar sekitar 2,5 cm. Trakhea terletak di depan esofagus dan saat palpasi teraba sebagai struktur yang keras, kaku tepat di permukaan anterior leher. Trakhea memanjang dari laring ke arah bawah ke dalam rongga toraks tempatnya terbagi menjadi bronkhi kanan dan kiri.
Dinding trakhea disangga oleh cincin-cincin kartilago, otot polos, dan serat elastik. Cincin kartilago ini berujung terbuka yang menghadap belakang seperti huruf C yang banyaknya sekitar 16 sampai 20 buah. Ujung terbuka dari cincin ini dihubungkan oleh otot polos dan jaringan ikat, memungkinkan pelebaran esofagus ketika makanan ditelan. Cincin kartilago memberikan bentuk kaku pada trakhea, mencegahnya agar tidak kolaps dan menutup jalan udara.
Bagian dalam trakhea dilapisi oleh membran mukosa bersilia. Lapisan mukosa ini banyak mengandung sel yang menyekresi lendir disebut PSCC, pseudostratified ciliated columnar. Seperti halnya pada laring, silia pada trakhea juga menyapu ke arah atas raengarah ke faring. Ketika mencapai faring, mukus biasanya tertelan atau dikeluarkan sebagai sputum.
BRONKHIAL DAN ALVEOLI
Ujung distal trakhea membagi menjadi bronkhi primer kanan dan kiri yang terletak di dalam rongga dada. Di dalam paru-paru, masing-masing bronkhus primer sedikit memanjang dari trakhea ke arah paru-paru membentuk cabang menjadi bronkhus sekunder, meski perpanjangan ini tidak simetris: cabang bronkhus kiri mempunyai sudut yang lebih tajam dibanding dengan cabang bronkhus kanan (Gbr. 1-5).
gbr15
Sebagai akibat dari perbedaan anatomi ini adalah bila benda asing secara tidak sengaja terhirup biasanya akan tersangkut pada bronkhus kanan. (Bayangkan trakhea sebagai sebatang pohon yang terbalik dengan cabang-cabangnya yang menjalar yang makin lama makin kecil; percabangan yang paling kecil ini disebut bronkhiolus.) Pada dinding bronkhiolus tidak terdapat kartilago; keadaan ini menjadi penting secara klinis dalam asma. Brokhiolus yang paling kecil berakhir dalam kumpulan alveoli-kantung udara di dalam paru-paru. Fungsi percabangan bronkhial untuk memberikan saluran bagi udara antara trakhea dan alveoli. Sangat penting artinya untuk menjaga agar jalan udara ini tetap terbuka dan bersih.
Unit fungsi paru atau alveoli berjumlah sekitar 300 sampai 500 juta di dalam paru-paru pada rata-rata orang dewasa. Fungsinya adalah sebagai satu-satunya tempat pertukaran gas antara lingkungan eksternal dan aliran darah. Jumlah alveoli yang sangat banyak memberikan area permukaan yang sangat luas sehingga memungkinkan terjadinya pertukaran gas ini; setiap paru mempunyai area permukaan internal sekitar 80 kali lebih besar dari luas permukaan tubuh eksternal atau sekitar 70 m2 (Thibodeau & Patton, 1996).
Struktur alveoli sangat efisien untuk mendukung terjadinya difusi gas. Setiap alveolus terdiri atas ruang udara mikroskopik yang dikelilingi oleh dinding yang tipis, yang memisahkan satu alveolus dengan alveolus lainnya, dan dari kapiler didekatnya. Dinding ini terdiri atas satu lapis epitel skuamosa. Di antara sel epitel terdapat sel-sel khusus yang menyekresi lapisan molekul lipid seperti deterjen yang disebut surfaktan. Surfaktan normalnya melapisi permukaan dalam dinding alveolar, bersamaan dengan selapis tipis cairan encer. Cairan ini dibutuhkan untuk menjaga agar permukaan alveolar tetap lembab, yang penting untuk terjadinya difusi gas melalui dinding alveolar. Air dalam cairan ini mengeluarkan tenaga atraktif yang kuat disebut tekanan permukaan, yang menyebabkan dinding alveolar tertarik dan kolaps ketika udara meninggalkan bilik alveolar selama ekspirasi. Surfaktan melawan tekanan ini, dengan memungkinkan alveoli mengembang kembali dengan cepat setelah ekspirasi.
Tanpa surfaktan, tekanan permukaan akan menjadi demikian besar sehingga membutuhkan upaya muskular yang sangat besar untuk mengembangkan kembali alveoli. Contoh dalam kasus ini adalah bayi prematur yang lahir sebelum mencapai kehamilan bulan ketujuh dimana paru-paru bayi tersebut belum cukup matur sehingga bayi yang dilahirkan ini mengalami kesulitan bernapas (tidak dapat bernapas spontan).
PARU-PARU
Paru-paru terletak di kedua sisi jantung di dalam rongga dada dan dikelilingi serta dilindungi oleh sangkar iga. Bagian dasar setiap paru terletak di atas diafragma; bagian apeks paru (ujung superior) terletak setinggi klavikula. Pada permukaan tengah dari setiap paru terdapat identasi yang disebut hilus, tempat bronkhus primer dan masuknya arteri serta vena pulmonari ke dalam paru. Bagian kanan dan kiri paru terdiri atas percabangan saluran yang membentuk pohon bronkhial, jutaan alveoli dan jaring-jaring kapilernya, dan jaringan ikat. Sebagai organ, fungsi paru-paru adalah tempat terjadinya pertukaran gas antara udara atmosfir dan udara dalam aliran darah.
Setiap paru dibagi menjadi kompartemen yang lebih kecil. Pembagian pertama disebut lobus. Paru kanan terdiri atas tiga lobus dan lebih besar dari kiri yang hanya terdiri atas dua lobus (Gbr. 1-6). Lapisan yang membatasi antara lobus disebut fisura. Setiap lobus dipasok oleh cabang utama percabangan bronkhial dan diselaputi oleh jaringan ikat.
gbr16
Lobus kemudian membagi lagi menjadi kompartemen yang lebih kecil dan dikenal sebagai segmen. Setiap segmen terdiri atas banyak lobulus, yang masing-masing mempunyai bronkhiole, arteriole, venula, dan pembuluh limfatik.
Dua lapis membran serosa mengelilingi setiap paru dan disebut sebagai pleurae. Lapisan terluar disebut pleura parietal yang melapisi dinding dada dan mediastinum. Lapisan dalamnya disebut pleura viseral yang mengelilingi paru dan dengan kuat melekat pada permukaan luarnya. Rongga pleural ini mengandung cairan yang dihasilkan oleh sel-sel serosa di dalam pleura. Cairan pleural melicinkan permukaan kedua membran pleura untuk mengurangi gesekan ketika paru-paru mengembang dan berkontraksi selama bernapas. Jika cairan yang dihasilkan berkurang atau membran pleura membengkak, akan terjadi suatu kondisi yang disebut pleurisi dan terasa sangat nyeri karena membran pleural saling bergesekan satu sama lain ketika bernapas.
TORAKS
Rongga toraks terdiri atas rongga pleura kanan dan kiri dan bagian tengah yang disebut mediastinum. Jaringan fibrosa membentuk dinding sekeliling mediastinum, yang secara sempurna memisahkannya dari rongga pleura kanan, dimana terletak paru kanan, dan dari rongga pleura kiri, yang merupakan tempat dari paru kiri. Satu-satunya organ dalam rongga toraks yang tidak terletak di dalam mediastinum adalah paru-paru.
Toraks mempunyai peranan penting dalam pernapasan. Karena bentuk clips dari tulang rusuk dan sudut perlekatannya ke tulang belakang, toraks menjadi lebih besar ketika dada dibusungkan dan menjadi lebih kecil ketika dikempiskan. Bahkan perubahan yang lebih besar lagi terjadi ketika diafragma berkontraksi dan relaksasi. Saat diafragma berkontraksi, diafragma akan mendatar keluar dan dengan demikian menarik dasar rongga toraks ke arah bawah sehingga memperbesar volume toraks. Ketika diafragma rileks, diafragma kembali ke bentuk awalnya yang seperti kubah sehingga memperkecil volume rongga toraks. Perubahan dalam ukuran toraks inilah yang memungkinkan terjadinya proses inspirasi dan ekspirasi.

Fisiologi Pernapasan
Fisiologi pernapasan adalah serangkaian proses interaksi dan koordinasi yang kompleks yang mempunyai peranan sangat penting dalam mempertahankan kestabilan, atau homeostasis lingkungan internal tubuh kita. Sistem pernapasan yang berfungsi dengan baik dapat menjamin jaringan memperoleh pasokan oksigen yang adekuat dan pembuangan karbon dioksida yang cepat. Proses ini sangat rumit, sehingga mekanisme kontrol harus dapat memastikan terpeliharanya homeostasis sepanjang kondisi lingkungan dan kebutuhan tubuh yang terus berubah. Pengaturan pertukaran gas antara sel-sel tubuh dan darah yang bersirkulasi adalah “inti” dari fisiologi pernapasan. Fungsi yang kompleks ini tidak mungkin berjalan lancar tanpa adanya integrasi antara berbagai sistem kontrol fisiologi yang mencakup keseimbangan asam-basa, air dan elektrolit, sirkulasi, dan metabolisme.
Secara fungsional, sistem pernapasan terdiri atas serangkaian proses “teratur” yang terintegrasi yang mencakup ventilasi pulmonal (bernapas), pertukaran gas dalam paru-paru dan jaringan, transpor gas oleh darah, dan regulasi pernapasan secara keseluruhan.

Ventilasi Pulmonal
Ventilasi pulmonal adalah istilah teknis dari bemapas. Salah satu fase dari ventilasi pulmonal sadalah inspirasi yaitu gerakan perpindahan udara masuk ke dalam paru-paru dan fase lainnya adalah ekspirasi yaitu gerakan perpindahan udara meninggalkan paru-paru.

Mekanisme Ventilasi Pulmonal
Udara mengalir masuk dan keluar dari paru-paru dengan dasar hukum yang sama seperti halnya cairan, baik dalam bentuk cair maupun gas, yaitu mengalir dari satu tempat ke tempat lainnya karena adanya perbedaan tekanan. Adanya perbedaan tekanan ini (tekanan gradien) menyebabkan cairan mengalir atau berpindah. Cairan selalu mengalir dari tempat dengan tekanan yang tinggi ke tempat dengan tekanan yang lebih rendah. Dalam kondisi standar, udara atmosfir mengeluarkan tekanan 760 mm Hg. Udara dalam alveoli pada akhir satu ekspirasi dan sebelum dimulai inspirasi berikutnya juga mengeluarkan tekanan 760 mm Hg. Itulah sebabnya pada titik ini, udara tidak memasuki dan tidak meninggalkan paru-paru. Mekanisme yang menyebabkan ventilasi pulmonal adalah mekanisme yang menimbulkan tekanan gradien antara udara atmosfir dan udara alveolar. Mekanisme ventilasi disajikan secara singkat pada Gambar 1-7.
gbr17
INSPIRASI
Tepatnya proses inspirasi adalah sebagai berikut; diafragma berkontraksi, bergerak ke arah bawah, dan mengembangkan rongga dada dari atas ke bawah. Otot-otot interkosta eksternal menarik iga ke atas dan ke luar, yang mengembangkan rongga dada ke arah samping kiri dan kanan serta ke depan dan ke belakang.
Dengan mengembangnya rongga dada, pleura parietal ikut mengembang. Tekanan intrapleura menjadi makin negatif karena terbentuk isapan singkat antara membran pleura. Perlekatan yang diciptakan oleh cairan serosa, memungkinkan pleura viseral untuk mengembang juga, dan hal ini juga mengembangkan paru-paru.
Dengan mengembangnya paru-paru, tekanan intrapulmonal turun di bawah tekanan atmosfir, dan udara memasuki hidung dan terus mengalir melalui saluran pernapasan sampai ke alveoli. Masuknya udara terus berlanjut sampai tekanan intrapulmonal sama dengan tekanan atmosfir; ini merupakan inhalasi normal. Tentu saja inhalasi dapat dilanjutkan lewat dari normal, yang disebut sebagai napas dalam. Pada napas dalam diperlukan kontraksi yang lebih kuat dari otot-otot pernapasan untuk lebih mengembangkan paru-paru, sehingga memungkinkan masuknya udara lebih banyak. Skema mekanisme inspirasi disajikan pada Gambar 1-8.
gbr18
EKSPIRASI
Ekspirasi atau yang juga disebut ekshalasi dimulai ketika diafragma dan otot-otot interkosta rileks. Karena rongga dada menjadi lebih sempit, paru-paru terdesak, dan jaringan ikat elastiknya yang meregang selama inhalasi, mengerut dan juga mendesak alveoli. Dengan meningkatnya tekanan intrapulmonal di atas tekanan atmosfir, udara didorong ke luar paru-paru sampai kedua tekanan sama kembali.
Perhatikan bahwa inhalasi merupakan proses yang aktif yang memerlukan kontraksi otot, tetapi ekshalasi yang normal adalah proses yang pasif, bergantung pada besarnya regangan pada elastisitas normal paru-paru yang sehat. Dengan kata lain, dalam kondisi yang normal kita harus mengeluarkan energi untuk inhalasi tetapi tidak untuk ekshalasi.
Namun begitu kita juga dapat mengalami ekshalasi diluar batas normal, seperti ketika sedang berbicara, bernyanyi, atau meniup balon. Ekshalasi yang demikian adalah proses aktif yang membutuhkan kontraksi otot-otot lain. Gambar 1-9 meringkaskan tentang mekanisme ekspirasi.
gbr19
Volume Pulmonal
Volume udara yang masuk dan keluar dari paru-paru dan yang tetap berada dalam paru-paru mempunyai arti penting secara fisiologis. Gerakan masuk dan keluar udara ini harus sedemikian normal sehingga pertukaran oksigen dan karbon dioksida dapat terjadi secara adekuat antara udara alveolar dan darah kapiler pulmonal.
Banyak faktor yang mempengaruhi jumlah udara yang masuk dan keluar dari paru-paru. Kapasitas paru-paru bervariasi sesuai dengan ukuran dan usia seseorang. Makin tinggi individu makin besar paru-parunya jika dibandingkan dengan individu yang lebih pendek. Makin kita tua kapasitas paru-paru kita juga menurun karena paru-paru kehi-langan day a elastisitasnya dan otot-otot pernapasan menjadi kurang efisien. Metoda yang umum untuk memeriksa ftmgsi paru adalah dengan mengukur volume pernapasan dalam kondisi yang berbeda dan hasilnya dibandingkan dengan nilai rata-rata normal. Alat yang digunakan disebut spirometer, grafik yang merekam perubahan volume pulmonal yang diamati selama pernapasan disebut spirogram (Gbr. 1-10):
gbr110

1. Volume Tidal-jumlah udara yang terlibat dalam satu kali inhalasi dan ekshalasi normal. Rata-rata volume tidal adalah 500 ml, tetapi banyak orang sering mempunyai volume tidal yang lebih rendah karena napas cepat.
2. Minute Respiratory Volume (MRV)-jumlah udara yang dihirup dan diembuskan dalam 1 menit. MRV dihitung dengan mengalikan volume tidal dengan jumlah pernapasan per menit (rata-rata 12 sampai 20 kali per menit). Misalnya jika pernapasan per menit adalah 12 kali dan volume tidal 500 ml maka MRV adalah 6000 ml atau 6 liter udara per menit yang merupakan MRV rata-rata.
3. Inspirator? Reserve-cadangan inspirasi adalah jumlah udara di luar volume tidal yang dapat diambil dengan inhalasi sedalam mungkin, normalnya berkisar 2000 sampai 3000 ml.
4. Expiratory Reserve-cadangan ekspirasi yaitu jumlah udara di luar volume tidal yang dapat dikeluarkan dengan ekshalasi yang paling kuat, normalnya berkisar dari 1000 sampai 1500 ml.
5. Vital Capasity-jumlah dari volume tidal, cadangan inspirasi, dan cadangan ekspirasi. Dengan kata lain kapasitas vital adalah jumlah udara yang terlibat dalam inhalasi paling dalam diikuti dengan ekshalasi yang paling kuat. Rata-rata kapasitas vital berkisar 3500 sampai 5000 ml.
6. Residual Volume-jumlah udara yang tetap berada di dalam paru-paru setelah ekshalasi yang paling kuat; rata-rata berkisar 1000 sampai 1500 ml. Udara residu sangat penting untuk memastikan bahwa selalu terdapat udara di dalam paru-paru sehingga pertukaran gas-gas tetap dapat terjadi, bahkan di antara saat bernapas.
Kapasitas inspirasi dan kapasitas residu fungsional mempunyai makna penting dalam mendiagnosa kelainan paru-paru. Kapasitas pernapasan (1C) adalah jumlah udara maksimal yang masih dapat dihirup oleh klien setelah ekspirasi normal : IC = TV + IRV. Kapasitas residu fungsional adalah jumlah udara yang tersisa dalam paru-paru pada akhir ekspirasi normal: FRC = ERV + RV. Jumlah volume udara total yang dapat ditahan oleh paru-paru disebut kapasitas paru total (TLC, yaitu merupakan jumlah dari keempat volume paru: TLC = TV + IRV + ERV + RV (Tabel 1-1).
Table 1.1. Volume dan Kapasitas Pulmonal (Thibodeau & Patton, 1996)

tabel11Pertukaran Gas Pulmonal
Pertukaran gas mencakup dua proses yang independen, pernapasan eksternal  pertukaran gas antara alveoli dengan aliran darah dan pernapasan internal pertukaran gas antara kapiler dalam tubuh (selain dalam paru-paru) dengan sel-sel tubuh (Gbr. 1-11). Kedua proses tersebut mencakup perpindahan gas melalui difusi  perpindahan gas dari tempat yang berkonsentrasi tinggi ke tempat berkonsentrasi lebih rendah. Kecepatan perpindahan gas ini bergantung pada konsentrasi (kepekatan) atau pada tekanan yang dikeluarkan oleh gas (tekanan parsial). Secara umum udara yang kita hirup (dari atmosfir bumi) sebenarnya merupakan campuran yang mengandung kira-kira 21% oksigen, 0,04% karbon dioksida, dan 78% nitrogen. (Scanlon, 1995).

gbr111Tekanan parsial (yang juga dikenal dengan hukum Dalton) adalah tekanan yang dikeluarkan oleh salah satu dari sembarang gas dalam suatu campuran gas-gas yang secara langsung berhubungan dengan konsentrasi gas tersebut dalam campuran dan dengan tekanan total campuran gas. Tekanan parsial, kadang cukup disebut tension mempunyai simbol P dan satuan mm Hg. Tekanan parsial suatu gas dapat dihitung dengan mengalikan persentase gas dimaksud dengan tekanan total atmosfir dalam kondisi standar (760 mm Hg). Perhatikan contoh berikut konsentrasi gas oksigen dalam atmosfir adalah 21 %, maka tekanan parsial oksigen [PO2] adalah 21 % x 760 mm Hg = 159,6 mm Hg. Jadi dengan demikian tekanan parsial oksigen 21 % adalah 159,6 mm Hg.
Udara di dalam alveoli mempunyai kandungan PO2 tinggi dan PCO2 rendah. Darah di dalam kapiler pulmonal, yang berasal langsung dari tubuh, mempunyai kandungan PO2 rendah dan PCO2 tinggi. Itulah sebabnya, dalam pernapasan eksternal oksigen akan berdifusi dari udara di dalam alveoli ke dalam darah, dan karbon dioksida berdifusi dari darah ke dalam udara di dalam alveoli. Darah yang kembali dari jantung sekarang mempunyai kandungan PO2 yang tinggi dan PCO2 yang rendah dan dipompakan oleh ventrikel kiri ke dalam sirkulasi sistemik.
Darah arteri yang mencapai kapiler sistemik mempunyai kandungan PO2 yang tinggi dan PCO2 yang rendah. Sel tubuh dan cairan jaringan mempunyai PO2 rendah dan PC02 tinggi karena sel-sel secara kontinu menggunakan oksigen dalam pernapasan sel (pembentukan energi) dan menghasilkan karbon dioksida. Itulah sebabnya, dalam pernapasan internal, oksigen berdifusi dari darah ke cairan jaringan (sel-sel), dan karbon dioksida berdifusi dari cairan jaringan ke dalam darah. Darah yang memasuki vena sistemik untuk kembali ke jantung sekarang mempunyai kandungan PO2 rendah dan PCO2 tinggi dan dipompakan oleh ventrikel kanan ke dalam paru-paru untuk turut serta dalam pernapasan eksternal. Kelainan pertukaran gas yang sering melibatkan paru-paru, yaitu dalam pernapasan eksternal seperti pada edema pulmonal dan pneumonia.
Besarnya oksigen yang berdifusi ke dalam darah setiap menit bergantung pada faktor: (1) gradien tekanan oksigen antara udara alveolar dan darah pulmonal yang masuk (PO2 alveolar-PO2 darah), (2) area permukaan fungsional total membran pernapasan, (3) volume pernapasan satu menit, dan (4) ventilasi alveolar. Keempat faktor tersebut mempunyai hubungan langsung dengan difusi oksigen. Apa saja yang menurunkan PO2 alveoli cederung akan menurunkan gradien tekanan oksigen darah alveolar dan karenanya cenderung menurunkan jumlah oksigen yang memasuki darah.

Transpor Gas dalam Darah
Sebagian besar oksigen yang diangkut dalam darah berikatan dengan hemoglobin. Hemoglobin adalah protein quarterner yang terbentuk dari empat rantai polipeptida yang berbeda yaitu dua rantai alfa (a) dan dua rantai beta (P) yang masing-masing berikatan dengan “kelompok heme” yang mengandung zat besi.
Ikatan oksigen-hemoglobin dibentuk dalam paru-paru dimana P02 tinggi. Ikatan relatif takstabil, dan ketika darah melewati jaringan dengan PO2 yang rendah, ikatan tersebut pecah, dan oksigen dilepaskan ke dalam jaringan. Makin rendah konsentrasi oksigen dalam jaringan, makin banyak oksigen hemoglobin yang akan dilepaskan. Hal ini menjamin bahwa jaringan aktif menerima oksigen sebanyak yang diperlukan untuk dapat melanjutkan pernapasan sel. Faktor lain yang meningkatkan pelepasan oksigen dari hemoglobin adalah PCO2 yang tinggi (pH yang rendah) dan suhu yang tinggi.
Transpor karbon dioksida (CO2) sedikit lebih rumit. Lebih dari dua pertiga CO2 yang diangkut oleh darah terbawa dalam bentuk ion bikarbonat (HCO3~). Ketika CO2 larut dalam air (seperti dalam plasma darah), sebagian dari molekul CO2 berasosiasi dengan H2O membentuk asam karbonat (H2C03). Ketika terbentuk, sebagian dari molekul H2C03 berdisosiasi membentuk ion-ion H+ dan bikarbonat (HCO3-). Proses ini dikatalis oleh enzim karbonat anhidrase yang terdapat dalam sel-sel darah merah (Gbr 1-12).

Gbr. 1-12. Pembentukan bikarbonat. Karbon dioksida bereaksi dengan air membentuk asam karbonat, yang reaksinya dikatalis oleh enzim SDM karbonat anhidrase. Asam karbonat kemudian berdisosiasi membentuk ion bikarbonat dan hidrogen. Panah ganda menunjukkan bahwa setiap reaksi bersifat reversibel, kecepatan aktual pada setiap arah diatur oleh konsentrasi relatif setiap molekul. (Sumber: Wingerd, 1994, him. 459)

Dari Gambar 1-12 dapat dilihat bahwa makin banyak CO2 yang ditambahkan ke dalam plasma, makin banyak CO2 yang akan diubah menjadi asam karbonat. Sebagai akibat konsentrasi asam karbonat meningkat, yang membuat sistem bergerak ke arah bikarbonat, sehingga meningkatkan kecepatan pembentukan bikarbonat. Hasil akhirnya adalah molekul-molekul CO2 yang berdiftisi ke dalam plasma akan terus menerus dibuang dari larutan dan diubah menjadi bikarbonat. Hal ini memungkinkan tempat yang lebih banyak untuk CO2 terlarut dalam plasma, dengan demikian meningkatkan kapasitas pengangkutan CO2 darah.
Ketika ion-ion bikarbonat dibentuk, ion-ion tersebut berdifusi searah dengan gradien konsentrasinya ke dalam plasma. Keluarnya ion-ion negatif ini (HCO3~) dari sel-sel darah merah diimbangi oleh masuknya ion negatif lain yaitu ion klorida (Cl~). Transpor ion negatif yang saling berlawanan ini disebut sebagai perpindahan klorida. Sesuai dengan hukum kecepatan kimia di atas, ketika CO2 dikeluarkan dari plasma maka keseluruhan sistem berpindah ke arah yang berlawanan. Dengan demikian, reaksi yang mengubah asam karbonat untuk membebaskan CO2 menjadi dominan. Penurunan konsentrasi asam karbonat kemudian mendorong perpindahan ke arah pengubahan bikarbonat menjadi asam karbonat.

Pengaturan Pernapasan
Pusat Kontrol Pernapasan
Berbagai mekanisme beroperasi untuk mempertahankan kekonstanan relatif PO2 dan PCO Homeostasis gas-gas darah ini dipertahankan oleh perubahan ventilasi yaitu frekuensi dan kedalaman pernapasan. Pusat pernapasan dalam batang otak mengontrol saraf yang mempersarafi otot-otot inspirasi dan ekspirasi (Gbr. 1-13).

Gbr. 1-13. Pusat pernapasanpadabatang otak. (Sumber: Bulock, BL, 1996).
Irama dasar siklus pernapasan (inspirasi dan ekspirasi) tampaknya dibangkitkan oleh area medullatory rhytmicity. Area ini terdiri atas dua pusat kontrol yang saling berhubungan: pusat inspirasi dan pusat ekspirasi. Ketika pusat inspirasi membangkitkan impuls, sebagian dari impuls tersebut akan menjalar di sepanjang saraf ke otot-otot pernapasan untuk menstimulasi kontraksi, dan sebagian impuls ini akan menekan pusat ekspirasi. Hasilnya adalah inhalasi. Dengan mengembangnya paru-paru, baroreseptor yang terdapat di dalam jaringan paru mendeteksi regangan ini dan mencetuskan impuls sensori ke medulla; impuls ini mulai menekan pusat inhalasi. Proses ini disebut refleks inflasi Hering-Breuer, yang membantu mencegah overinflasi paru-paru.
Dengan tertekannya pusat inspirasi, pusat ekspirasi menjadi lebih aktif, impulsnya makin menekan pusat inspirasi. Hasilnya adalah penurunan impuls ke otot-otot pernapasan, yang relaksnya akan menyebabkan ekshalasi. Kemudian pusat inspirasi menjadi lebih aktif kembali untuk memulai siklus pernapasan berikutnya.
Kedua pusat pernapasan pada pons bekerja dengan pusat medullar untuk menghasilkan irama pernapasan yang normal. Pusat apneustik memperpanjang inhalasi, dan yang kemudian diselingi oleh impuls dari pusat pneumotaksik, yang menyebabkan ekshalasi. Pada pernapasan normal inhalasi berlangsung sekitar 1 sampai 2 detik, diikuti dengan ekshalasi yang sedikit lebih lama (2 sampai 3 detik), menghasilkan batasan frekuensi pernapasan yang normal sekitar 12 sampai 20 kali per menit. Meski demikian, masih mungkin terdapat variasi. Gambar 1-14 secara skematis meringkaskan proses tersebut.
Pernapasan dapat juga dipengaruhi oleh emosi, misal ketika kita takut sehingga kita menahan napas atau berteriak, dan marah biasanya membuat frekuensi pernapasan lebih cepat. Tahukah anda bahwa refleks pernapasan lainnya adalah menguap. Kebanyakan dari kita akan menguap jika lelah atau mengantuk, tetapi stimulus dan tujuan menguap itu sendiri tidak diketahui dengan pasti. Terdapat beberapa kemungkinan, seperti kurangnya oksigen atau penumpukan karbon dioksida. Keunikan dari refleks menguap ini adalah sifatnya yang menular. Melihat seseorang menguap secara tidak disadari kita akan ikut menguap pula. Anda bahkan mungkin menguap saat membaca paragraf ini.
Kontrol pernapasan secara kimiawi dipengaruhi oleh pH darah, kadar O,, dan CO, darah. Penurunan kadar 0, darah (seperti pada hipoksia) akan dideteksi oleh kemoreseptor pada korpus karotis dan aortik. Impuls sensori yang dicetuskan oleh reseptor ini menjalar di sepanjang nervus vagus dan glosofaring sampai ke medulla, yang berespons dengan meningkatkan frekuensi atau kedalaman pernapasan (atau keduanya). Respons ini akan membawa lebih banyak udara ke dalam paru-paru sehingga akan lebih banyak 0, yang dapat berdifusi ke dalam darah untuk memperbaiki keadaan hipoksik.

Gbr 1-14. Skema pengaturan pernapasan. (Sumber: Thibodeau & Patton, 1996).

Menurut Anda, dari kedua gas tersebut (O2 dan C02), mana yang paling penting sebagai pengatur pernapasan? Secara spontan anda pasti akan menjawab O2, karena O2 penting untuk pembentukkan energi dalam pernapasan sel. Tahukan anda bahwa sistem pernapasan dapat mempertahankan kadar O2 darah meski frekuensi pernapasan turun sampai setengah dari normal atau terhenti beberapa saat. Ingat bahwa udara yang diekshalasi mengandung 16% O2. Oksigen ini tidak masuk ke dalam darah tetapi tersedia kapan saja oksigen ini dibutuhkan. Ingat juga bahwa udara residu dalam paru-paru mensuplai O2 ke dalam darah meski ketika frekuensi pernapasan melambat. Dengan demikian, peranan O2 dalam pengaturan pernapasan tidak terlalu penting.
Sebaliknya C02 merupakan pengatur penting dalam pernapasan, alasannya bahwa CO2 mempengaruhi pH darah (jika kadar CO2 darah berlebih, akan menurunkan pH darah yang akan membahayakan tubuh). Itulah sebabnya setiap terjadi peningkatan kadar CO2 dalam darah, tubuh akan segera mengompensasi dengan meningkatkan pernapasan untuk mengeluarkan CO2 yang berlebih.
Namun demikian ada keadaan dimana O2 menjadi pengatur penting dalam pernapasan, misalnya pada penderita penyakit paru kronis seperti emfisema yang mengalami penurunan pertukaran baik O2 maupun CO2 dalam paru-parunya. Penurunan pH yang disebabkan oleh penumpukan C02 akan dikoreksi oleh ginjal, tetapi kadar O2 darah akan tetap menurun dan pada akhirnya kadar O2 akan turun terlalu jauh sehingga menyebabkan stimulus yang terlalu kuat untuk meningkatkan frekuensi dan kedalaman pernapasan.

Berbagai Faktor yang Mempengaruhi Pernapasan
Pernapasan secara tidak langsung juga dipengaruhi oleh refleks seperti refleks batuk, refleks bersin, cegukan dan menguap. Berbagai faktor lain juga mempengaruhi pernapasan diantaranya suhu darah dan impuls sensori dari reseptor termal kulit dan dari reseptor nyeri profunda atau superfisial: (1) stimuli nyeri hebat mendadak menghasilkan refleks apnea, tetapi stimuli nyeri hebat yang berkelanjutan menyebabkan respirasi lebih cepat dan lebih dalam, (2) stimuli dingin mendadak yang diberikan pada kulit menyebabkan refleks apnea, dan (3) stimuli faring dan laring oleh iritan kimia atau sentuhan menyebabkan apnea temporer. Refleks apnea ini merupakan alat yang sangat berguna untuk mencegah aspirasi selama menelan.
Informasi umpan balik pada area medullatory ritmicity berasal dari sensor seluruh sistem persarafan, juga dari pusat kontrol lainnya. Sebagai contoh perubahan dalam PC02, PO2> dan pH dari darah arteri sistemik, semuanya mempengaruhi area medullatory ritmicity. Gambar 1-15 meringkaskan respons umpan-balik ini. Simpul umpan-balik bekerja untuk meningkatkan frekuensi pernapasan dalam merespons kadar PCO2 plasma yang tinggi.
Peningkatan pernapasan selular selama olah raga menyebabkan peningkatan dalam PCO2 plasma, yang terdeteksi oleh kemoreseptor pusat dalam otak dan kemungkinan kemoreseptor perifer pada sinus karotis dan aorta. Informasi umpan-balik disalurkan ke integrator dalam batang otak yang berespons terhadap peningkatan PCO2 di atas nilai normalnya dengan mengirimkan signal koreksi melalui saraf kepada otot-otot pernapasan, yang bertindak sebagai efektor. Otot-otot efektor meningkatkan siklus kontraksi dan rileksasinya, dengan demikian meningkatkan frekuensi pernapasan. Dengan meningkatnya frekuensi pernapasan, kecepatan pelepasan CO2 dari tubuh meningkat dan sebagai hasil PC02 menurun. Hal ini membuat PCO2 kembali ke nilai tetapnya.

Gbr. 1-15. Kontrol umpan-balik negatif pernapasan. (Sumber: Thibodeau & Patton, 1996)

Pernapasan dan Keseimbangan Asam-Basa
Pernapasan mempengaruhi pH cairan tubuh karena pernapasan mengatur CO2 dalam cairan tubuh. Ingatlah bahwa C02 bereaksi dengan air membentuk asam karbonat (H2CO3), yang akan terionisasi menjadi ion H+ dan ion HCO3~. Makin banyak ion hidrogen terdapat dalam cairan tubuh, akan makin rendah pH, dan makin sedikit ion hidrogen akan makin tinggi pH. Sistem pernapasan dapat menjadi sebab ketidakseimbangan pH sebaliknya dapat pula memperbaiki ketidakseimbangan pH yang diakibatkan oleh penyebab lain.

Alkalosis dan Asidosis Respiratorik
Asidosis respiratorik terjadi jika frekuensi atau efisiensi pernapasan menurun sehingga terjadi penumpukan CO2 dalam cairan tubuh. Kelebihan CO2 ini mengakibatkan pembentukan ion hidrogen lebih banyak, yang selanjutnya akan menurunkan pH. Penyebab asidosis respiratorik antara lain adalah pneumonia dan emfisema, atau asma berat yang semua merusak pertukaran gas dan menyebabkan kelebihan CO2 dalam cairan tubuh.
Alkalosis respiratorik terjadi jika frekuensi pernapasan meningkat, dan C02 diembuskan dengan sangat cepat. Kurangnya CO2 menurunkan pembentukan ion hidrogen, yang selanjutnya akan meningkatkan pH. Contoh untuk keadaan ini adalah, bila kita bernapas lebih cepat dari biasanya, akan menyebabkan pernapasan alkalosis ringan. Atau bila bayi menangis dalam waktu yang cukup lama akan mengalami pernapasan alkalosis.
Secara umum respirasi alkalosis bukan merupakan kejadian yang lazim. Status mental tertentu dan/atau ansietas emosional dapat disertai dengan hiperventilasi dan juga mengakibatkan respirsi alkalosis. Berada di tempat yang sangat tinggi seperti di gunung (dimana O2 atmosfir rendah) dapat menyebabkan peningkatan frekuensi pernapasan sementara sebelum terjadi kompensasi (peningkatan pembentukan sel-sel darah merah).

Kompensasi Pernapasan
Jika ketidakseimbangan pH disebabkan oleh suatu sebab selain perubahan dalam pernapasan, ini disebut asidosis atau alkalosis metabolik. Pada kedua keadaan tersebut, perubahan pH akan merangsang perubahan pernapasan yang dapat membantu memulihkan pH cairan tubuh kembali normal.
Asidosis metabolik dapat disebabkan oleh diabetes yang tidak diobati (ketoasidosis) penyakit ginjal, atau diare hebat. Dalam situasi tersebut, konsentrasi ion H+ cairan tubuh meningkat. Kompensasi pernapasan yang terjadi adalah dengan meningkatkan frekuensi dan kedalaman pernapasan yang ditujukan untuk menghembuskan lebih banyak CO2 sehingga menurunkan pembentukan ion H¬¬¬¬+, yang selanjutnya akan meningkatkan
pH ke batas normalnya.
Alkalosis metabolik bukan kejadian yang umum, namun dapat disebabkan oleh penggunaan obat-obatan alkalin yang berlebihan seperti yang digunakan untuk menghilangkan gangguan lambung. Dalam kondisi ini konsentrasi ion H¬¬¬¬+ cairan tubuh menurun. Kompensasi pernapasan yang terjadi adalah penurunan pernapasan untuk menahan CO2 dalam tubuh sehingga meningkatkan pembentukan ion H¬¬¬¬+ yang selanjutnya akan menurunkan pH ke batas normalnya.
Kompensasi pernapasan untuk ketidakseimbangan pH metabolik tidak dapat dilakukan dengan sempurna, karena keterbatasan jumlah C02 yang mungkin dihembuskan atau ditahan. Secara keseluruhan kompensasi pernapasan hanya efektif 75 % saja.

Rangkuman Bab
 Proses pernapasan lebih dari sekadar aksi mekanik sederhana dari bernapas. Inhalasi memberi tubuh oksigen yang diperlukan untuk pembentukan ATP dalam proses pernapasan sel. Ekshalasi membuang CO2 yang merupakan hasil pernapasan sel. Bernapas juga mengatur kadar CO2 di dalam tubuh, dan hal ini mempunyai kontribusi untuk mempertahankan keseimbangan asam basa dari cairan tubuh. Meskipun gas-gas pernapasan tidak membentuk komponen struktural tubuh, perannya dalam pengaturan kadar kimia penting untuk fungsi tubuh pada setiap tingkatan.
 Sistem pernapasan terdiri atas sejumlah jalan udara dan paru-paru, yaitu organ pernapasan fungsional. Saluran pernapasan atas terdiri atas hidung, faring, dan laring. Saluran pernapasan bawah terdiri atas trakhea, bronkhial dan alveoli, dan paru-paru.
 Sistem pernapasan membantu mempertahankan homeostasis dengan menjaga agar kadar oksigen dan karbon dioksida dalam darah relatif konstan, meskipun terjadi perubahan kondisi dalam tubuh. Perpindahan oksigen dan karbon dioksida antara lingkungan eksternal dengan sel-sel disebut pernapasan. Proses ini mencakup tiga peristiwa: ventilasi pulmonal, pernapasan eksternal, dan pernapasan internal.
Ventilasi didefinisikan sebagai perpindahan udara ke dalam dan ke luar paru-paru. Ventilasi ini mencakup inspirasi dan ekspirasi. Inspirasi adalah perpindahan ke dalam paru-paru akibat kontraksi otot-otot pernapasan dan perubahan dalam tekanan toraks. Ekspirasi adalah perpindahan udara ke luar paru-paru dan merupakan akibat relaksasi otot-otot pernapasan serta perubahan dalam tekanan toraks.Volume dan kapasitas pulmonal merupakan ukuran klinis penting dalam mengevaluasi abnormalitas pernapasan.
Pernapasan eksternal adalah pertukaran gas antara udara dalam alveoli dan darah dalam kapiler pulmonal. Oksigen berdifusi dari alveoli ke kapiler pulmonal dan karbon dioksida berdifusi dari darah dalam kapiler pulmonal ke dalam alveoli. Pernapasan internal adalah pertukaran gas antara darah kapilari sistemik dengan sel-sel jaringan. Oksigen berdifusi dari kapiler sistemik ke dalam sel-sel jaringan dan karbon dioksida berdifusi dari sel-sel jaringan ke dalam kapiler sistemik. Pernapasan dikontrol oleh faktor instrinsik dan ekstrinsik. Kontrol setempat dari pertukaran gas yang adekuat mencakup efek dari kadar karbon dioksida terhadap bronkhiolus dan kadar oksigen terhadap arteriole pulmonal. Pusat pernapasan otak terletak di medulla dan pons. Area yang sensitif terhadap zat kimia dari medulla sangat sensitif terhadap kadar PCO2 plasma. Mekanisme pengaktifannya melalui ion-ion H+.

SISTEM PERNAPASAN

Terkait

SISTEM PERNAPASAN

2 komentar:

Arsip Blog

Popular Post

Trending Topic

Followers