Fisiologi Pernapasan

Proses fisiologi pernapasan yaitu proses O2 dipindahkan dari udara kedalam jaringan- jaringan, dan CO2 dikeluarkan keudara, dan itu merupakan fungsi paru-paru. Pada pernapasan melalui paru-paru atau pernapasan eksterna, oksigen dipungut melalui hidung dan mulut, pada waktu bernapas oksigen masuk melalui trakea dan pipa bronchial ke alveoli, dan dapat erat hubungannya dengan darah didalam kapiler pulmonalis. Hanya satu lapisan membran, yaitu membran alveoli-kapiler, memisahkan oksigen dari darah. Oksigen menembus membran ini dan dipungut oleh hemoglobin sel darah merah dan dibawa ke jantung. Dari sini dipompa didalam arteri kesemua bagian tubuh. Darah meninggalkan paru- paru pada tekanan oksigen 100 mm Hg dan pada tingkat ini hemoglobinnya 95 persen jenuh oksigen.

Pernapasan dapat dibagi menjadi tiga stadium, yaitu:

1. Ventilasi

Ventilasi adalah masuknya campuran gas-gas kedalam dan keluar paru . udara bergerak masuk dan keluar paru karena ada selisih tekanan yang terdapat antara atmosfer dan alveolus akibat kerja mekanik otot-otot. Rangka toraks berfungsi sebagai pompa. Selama inspirasi, volume toraks bertambah besar karena diafragma turun dan iga terangkat akibat kontraksi beberapa otot. Otot sternokleidomastoideus mengangkat sternum keatas dan otot seratus, skalenus dan interkostalis eksternus mengangkat iga-iga. Toraks membesar ke tiga arah yaitu anteroposterior, lateral, dan vertical. Peningkatan volume ini menyebabkan penurunan tekanan intrapleura, dari sekitar -4 mm Hg ( relatif terhadap tekanan atmosfer ) menjadi sekitar -8 mm Hg bila paru mengembang pada waktu inspirasi. Pada saat yang sama tekanan intrapulmonal atau tekanan jalan napas menurun sampai sekitar -2 mm Hg ( relative terhadap tekanan atmosfer ) dari 0 mm Hg pada waktu mulai inspirasi. Selisih tekanan antara jalan napas dan atmosfer menyebabkan udara mengalir kedalam paru sampai tekanan jalan napas pada akhir inspirasi sama dengan tekanan atmosfer.

Selama pernapasan tenang, ekspirasi merupakan gerakan pasif akibat elastisitas dinding dada dan paru. Pada waktu otot interkostalis eksternus relaksasi, rangka iga turun dan lengkung diafragma naik keatas kedalam rongga toraks, menyebabkan volume toraks berkurang. Otot interkostalis internus dapat menekan iga kebawah dan kedalam pada waktu ekspirasi kuat dan aktif, batuk, muntah, atau defekasi. Selain itu, otot-otot abdomen dapat berkontraksi sehingga tekanan intraabdominal membesar dan menekan diafragma keatas. Pengurangan volume toraks ini meningkatkan tekanan intrapleura maupun tekanan intrapulmonal. Tekanan intrapulmonal sekarang meningkat dan mencapai sekitar1-2 mm Hg diatas tekanan atmosfer. Selisih tekanan antara jalan napas dan atmosfer menjadi terbalik sehingga udara mengalir keluar dari paru sampai tekanan jalan napas dan tekanan atmosfer menjadi sama kembali pada akhir ekspirasi. Tekanan intrapleura selalu ada dibawah tekanan atmosfer selama siklus pernapasan. Perubahan ventilasi dapat dinilai dengan uji fungsional paru.

2. Transportasi

a. Difusi

Tahap kedua dari proses pernapasan mencakup proses difusi gas-gas melintasi membran alveolus-kapiler yang tipis ( tebalnya kurang dari 0,5 μm ). Dalam keadaan beristirahat normal, difusi dan keseimbangan antara O2 di kapiler darah paru dan alveolus berlangsung kira-kira 0,25 detik dari total waktu kontak selama 0,75 detik. Hal ini menimbulkan kesan bahwa paru normal memiliki cukup cadangan waktu difusi. Pada beberapa penyakit misalnya fibrosis paru, sawar darah dan udara dapat menebal dan difusi melambat sehingga keseimbangan mungkin tidak lengkap, terutama sewaktu berolahraga ketika waktu kontak total berkurang. Jadi, blok difusi dapat mendukung terjadinya hipoksemia, tetapi tidak dianggap sebagai factor utama. Pengeluaran CO2 dianggap tidak dipengaruhi oleh kelainan difusi.

b. Hubungan antara ventilasi-perfusi

Pemindahan gas secara efektif antara alveolus dari kapiler paru membutuhkan distribusi merata dari udara dalam paru dan perfusi ( aliran darah )dalam kapiler. Dengan kata lain ventilasi dan perfusi unit pulmonal harus sesuai. Pada orang normal dengan posisi tegak dan dalam keadaan istirahat, ventilasi dan perfusi hampir seimbang kecuali pada apeks paru. Sirkulasi pulmonal dangan tekanan dan resistensi rendah mengakibatkan aliran darah dibasis paru lebih besar daripada dibagian apeks, disebabkan gaya tarik bumi. Namun ventilasinya cukup merata. Nilai rata-rata rasio antara ventilasi terhadap perfusi (V/Q) adalah 0,8. angka ini didapat dari rasio rata-rata laju ventilasi alveolar normal (4L/menit) dibagi dengan curah jantung normal (5L/menit).

c. Transpor O2 dalam darah

O2 dapat diangkut dari paru ke jaringan-jaringan melalui dua jalan yaitu secara fisik larut dalam plasma atau secara kimia berikatan dengan Hb (Hb) sebagai oksiHb (HbO). Ikatam kimia O2 dengan Hb ini bersifat reversible, dan jumlah sesungguhnya yang diangkut dalam bentuk ini mempunyai hubungan nonlinear dengan tekanan parsial O2 dalam darah arteri (PaO2), yang ditentukan oleh jumlah O2 yang secara fisik larut dalam plasma darah. Selanjutnya jumlah O2 yang secara fisik larut dalam plasma mempunyai hubungan langsung dengan tekanan parsial O2 dalam alveolus (PaO2). Jumlah O2 juga bergantung pada daya larut O2 dalam plasma. Hanya sekitar 1% dari jumlah O2 total yang diangkut ke jaringan-jaringan ditranspor dengan cara ini. Cara transport seperti ini tidak memadai untuk mempertahankan hidup walaupun dalam keadaan istirahat sekalipun. Sebagian besar O2 diangkut oleh Hb yang terdapat dalam sel darah merah.

Konsentrasi Hb rata-rata dalam darah laki-laki dewasasekitar 500gram per 100 ml sehingga 100 ml darah dapat mengangkut 20,1 ml O2 (15x1,34) bila O2 jenuh (SaO2) adalah 100%. Tetapi sedikit darah vena campuran dari sirkulasi bronchial ditambahkan kedarah yang meninggalkan kapiler paru dan sudah teroksigenasi. Proses pengenceran ini menjelaskan mengapa hanya kira-kira 97% darah yang meninggalkan paru menjadi jenuh, dan hanya 19,5 (0,97x20,1) volume persen yang diangkut ke jaringan.

Pada tingkat jaringan, O2 akan melepaskan diri dari Hb kedalam plasma dan berdifusi dari plasma ke sel-sel jaringan tubuh untuk memenuhi kebutuhan jaringan yang bersangkutan. Meskipun kebutuhan jaringan bervariasi, namun sekitar 75 % Hb masih berikatan dengan O2 pada waktu Hb kembali ke paru dalam bentuk darah vena campuran. Jadi hanya sekitar 25 % O2 dalam darah arteri yang digunakan untuk keperluan jaringan. Hb yang melepaskan O2 pada tingkat jaringan disebut Hb tereduksi. Hb tereduksi berwarna ungu dan menyebabkan warna kebiruan pada darah vena, seperti yang kita lihat pada vena superfisial, misalnya pada tangan, sedangkan HbO2 berwarna merah terang dan menyebabkan warna kemerah-merahan pada darah arteri.

d. Transpor CO2 dalam darah

Homeostatis CO2 juga suatu aspek penting dalam kecukupan respirasi. Transport CO2 dari jaringan ke paru untuk dibuang dilakukan dengan tiga cara. Sekitar 10% CO2 secara fisik larut dalam plasma, karena tidak seperti O2, CO2 mudah larut dalam plasma. Sekitar 20% CO2 berikatan dengan gugus amino pada Hb (karbaminohemoglobin) dalam sel darah merah, dan sekitar 70% diangkut dalam bentuk bukarbonat plasma (HCO3-). CO2 berikatan dengan air dalam reaksi berikut:

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

Reaksi ini reversible dan disebut persamaan buffer asam bikarbonat-karbonat. Keseimbangan asam-basa tubuh ini sangat dipengaruhi oleh fungsi paru dan homeostatis CO2. pada umumnya hiperventilasi (ventilasi alveolus dalam keadaan kebutuhan metabolisme yang berlebuhan) menyebabkan alkalosis (peningkatan pH darah melebihi pH normal7,4) akibat ekskresi CO2 berlebihan dari paru; hipoventilasi (ventilasi alveolus yang tidak dapat memenuhi kebutuhan metabolisme) menyebabkan asidosis (penurunan kadar pH darah dibawah normal 7,4) akibat retensi CO2 oleh paru. Dengan memeriksa persamaan, terbukti bahwa penurunan PCO2 seperti yang terjadi pada hiperventilasi, akan menyebabkan reaksi bergeser kekiri sehingga menyebabkan penurunan konsentrasi H+ (kenaikan pH) dan peningkatan PCO2 menyebabkan reaksi menjurus kekanan, menimbulkan kenaikan H+ (penurunan pH). Hipoventilasi terjadi pada banyak keadaan yang memengaruhi pompa pernapasan. Retensi CO2 juga dihubungkan dengan emfisema dan bronchitis kronik akibat udara yang terperangkap dalam paru.

Sama seperti jumlah O2 yang diangkut dalam darah yang berkaitan dengan PO2 dalam darah tersebut, demikian juga jumlah CO2 dalam darah berkaitan dengan PCO2.

3. Pernapasan Jaringan/ Interna

Darah yang telah menjenuhkan hemoglobinnya dengan oksigen (oxihemoglobin), mengitari seluruh tubuh dan akhirnya mencapai kapiler, dimana darah bergerak sangat lambat. Sel jaringan memungut oksigen dari hemoglobin untuk memungkinkan oksigen berlangsung, dan darah menerima, sebagai gantinya hasil buangan oksidasi, yaitu karbondioksida.

Perubahan-perubahan berikut terjadi dalam komposisi udara dalam alveoli, yang disebabkan pernapasan eksterna dan pernapasan interna atau pernapasan jaringan.

Udara (atmosfer yang dihirup):

Nitrogen ..............................................................................................................79 %

Oksigen ...............................................................................................................20 %

Karbondioksida ……………………………………………………………….0-04 %

Udara yang masuk alveoli mempunyai suhu dan kelembaban atmosfer.

Udara yang dihembuskan:

Nitrogen ………………………………………………………………………79 %

Oksigen ……………………………………………………………………….16 %

Karbondioksida ……………………………………………………………0-04 %

Udara yang dihembuskan jenuh dengan uap air dan mempunyai suhu yang sama dengan badan (20 % panas badan hilang untuk pemanasan udara yang dikeluarkan).

Besar daya muat udara oleh paru-paru ialah 4500 sampai 5000 ml atau 4,5 sampai 5 liter udara. Hanya sebagian kecil dari udara ini kira-kira 1/10 nya atau 500 ml adalah udara pasang surut atau tidal air, yaitu yang dihirup masuk dan dihembuskan keluar pada pernapasan biasa dengan tenang.

Volume udara yang dapat dicapai masuk dan keluar paru-paru pada penarikan napas dan pengeluaran napas paling kuat, disebut kapasitas vital paru-paru. Diukurnya dengan alat spirometer. Pada seorang laki-laki, normal 4-5 liter dan pada seorang perempuan 3-4 liter. Kapasitas itu berkurang pada penyakit paru-paru, penyakit jantung (yang menimbulkan kongesti paru-paru) dan pada kelemahan otot pernapasan.

B. KECEPATAN DAN PENGENDALIAN PERNAPASAN

1. Kecepatan pernapasan

Kecepatan pernapasan pada wanita lebih tinggi daripada pria. Kalau bernapas secara normal maka ekspirasi akan menyusul inspirasi, dan kemudian ada istirahat sebentar. Inspirasi-ekspirasi istirahat. Pada bayi yang sakit ada kalanya urutan ini terbalik dan urutannya menjadi inspirasi-isturahat-ekspirasi. Hal ini disebut pernapasan terbalik.

Kecepatan normal setiap menit:

Bayi Baru Lahir …………………………………………………………….30-40

Dua belas bulan ……………………………………………………………..30

Dua sampai lima tahun ………………………………………………………24

Orang dewasa ………………………………………………………………..10-20

2. Pengendalian Pernapasan

Mekanisme pernapasan diatur dan dikendalikan oleh dua factor utama, kimiawi dan pengendalian oleh saraf. Beberapa factor tertentu merangsang pusat pernapasan yang terletak didalam medulla oblongata, dan kalau dirangsang maka pusat itu mengeluarkan impuls yang disalurkan oleh saraf spinalis ke otot pernapasan, yaitu otot diafragma dan otot interkostalis.

a. Pengendalian oleh Saraf

Pusat pernapasan ialah suatu pusat otomatik didalam medulla oblongata yang mengeluarkan impuls eferen ke otot pernapasan. Melalui beberapa radix saraf servikalis impuls ini dihantarkan ke diafragma oleh saraf frenikus. Dan bagian yang lebih rendah pada sumsum belakang, impulsnya berjalan dari daerah toraks melalui saraf interkostalis untuk merangsang otot interkostalis. Impuls ini menimbulkan kontraksi ritmik pada otot diafragma dan interkostalis yang kecepatannya kira-kira 15 kali per menit. Impuls aferen yang dirangsang oleh pemekaran gelembung udara, diantarkan oleh saraf vagus kepusat pernapasan didalam medula.

b. Pengendalian secara kimiawi

Faktor kimiawi ini adalah factor utama dalam pengendalian dan pengaturan frekuensi, kecepatan dan dalamnya gerakan pernapasan. Pusat pernapasan didalam sumsum sangat peka pada reaksi, kadar alkali darah harus dipertahankan. Karbondioksida adalah produk asam dari metabolisme, dan bahan kimia yang asam ini merangsang pusat pernaoasan untuk mengirim keluar impuls saraf yang bekerja atas otot pernapasan.