Proses dan Mekanika Respirasi Pada sistem pernafasan

Setelah sebelumnya mempelajari Anatomi, selanjutnya akan dibahas mengenai fisiologi Sistem Pernafasan. Pada Bagian 1 ini akan diulas mengenai fungsi, Proses, Zona dan Mekanika Pernafasan.

Pernafasan (respirasi) merupakan pertukaran oksigen dan karbondioksida antara udara dan sel-sel tubuh. Sistem pernafasan terdiri dari otot pernafasan, zona pernafasan (zona Respirasi), yaitu  tempat terjadinya pertukaran udara pernafasan yaitu bronchiolus, ductus alveolaris, saccus alveolaris, dan alveoli, dan zona Konduksi, yaitu saluran tempat pertukaran dan saluran udara pernafasan yaitu hidung, rongga hidung, faring, dan tracea. 

Gambar by OpenStax College from: wikimedia.org

Saat udara melewati jalan nafas maka terjadi penghangatan oleh dinding mukosa banyak mengandung kaplier, humidifikasi (pelembab) dan filterisasi (penyaringan) oleh bulu hidung, mukus dan sillia. Mikroorganisme patogen yang masuk bersama udara dan tldak tersaringpada jalan nafas akan dimusnahkan  oleh makrofag alveoli.

Fungsi Sistem Respirasi 

Fungsi utama respirasi (pernafasan) adalah: 

• Memperoleh 02 untuk digunakan oleh sel tubuh dan mengeluarkan CO2 hasil metabolisme sel. 

• Membantu mengeluarkan air dan panas. 

• Membantu meningkatkan aliran balik vena (respiratory pump). 

• Membantu proses berbicara, bernyanyi dan vokalisasi (resonating chamber).

• Mengeluarkan, memodifikasi, mengaktifkan/menginaktifkan berbagai materi yang rnelewati sirkulasl pulmonal, misalnya menginaktifkan prostaglandin dan bradikinin, menghasilkan ACE.

• Secara anatomi, slstem pernafasan dibagi menjadi saluran pernafasan atas (hidung, sinus paranasal dan nasofaring) dan saluran pemafasan bawah (laring, trachea, bronkus, alveolus). 

Proses Respirasi 

Proses Respirasi ini meliputi ventilasi yaitu pertukaran gas antara paru dan udara luar yang terjadi melalui Inspirasi (menghirup udara luar) dan ekspirasi (menghembuskan udara ke luar). 

Difusi yaitu oksigen (O2) berdifusi dari alveolus ke kapiler paru dan karbondioksida (CO2) dari kapiler paru ke alveolus serta fungsi perfusi atau transpor yaitu O2 dibawa dari paru ke seluruh sel/jaringan dan CO2 dari sel/jaringan ke paru. Pernapasan terdiri dari pernapasan eksternal dan Internal (pernapasan seluler), 

Fungsi ventilasi berupa pertukaran gas antara paru dan udara luar yang terjadi melalui Inspirasi (menghirup udara luar) dan ekspirasi (menghembuskan udara ke luar) Komponen: otak, persarafan, dinding dada, saluran napas atas dan bawah. 

Fungsi difusi yaitu oksigen (O2) berdIfusi darl alveolus ke kapiler paru dan karbondioksida (CO2) dari kaplier paru ke alveolus. Komponen: alveolus, membran basalis (interstitial), dinding kapiler.

Fungsi perfusi atau transport yaitu O2 dibawa dari paru ke seluruh sel/Jaringan dan CO2 dari sel/Jaringan ke paru. Komponen: kapiler pembuluh darah, aliran darah yang adekuat, ventilasi yang adekuat.

Fungsi paru dikategorikan normal jika proses ventilasi, dlstribusi, perfusi, difusi serta hubungan antara ventilasi dan perfusi pada orang tersebut menghasiIkan tekanan parsial gas darah arteri yang normal (PaO2 normal = 96 mmHg dan PaCO2 norrnal 40 mmHg). 

Pernafasan Eksternal dan Internal 

Pernafasan Eksternal 

Adalah pertukaran pertukaran oksigen (O2) dan karbondioksida (CO2) yang terjadi antara udara dengan darah dalam kaplier.

Ketika kita menghirup udara dari lingkungan luar (inspirasi) --> menyebabkan kontraksi diafragma dan interkostalis eksterna --> udara masuk ke dalam paru-paru melalui hidung.

Hidung atau naso atau nasal merupakan saluran udara yang pertarna, mempunyai dua lubang (kavum nasi), yang berfungsi memanaskan udara dimana dinding rongga hidung banyak pernbuluh darah sehingga memberikan panas pada udara yang mengalir melewatinya. 

Hidung juga melembabkan udara yang masuk serta menyaring udaradari partikel yang beterbangan di udara membentuk dinding berlendir dan melekat di sana. 

Di dalam rongga hidung terdapat bulu-bulu yang berguna untuk menyaring udara, debu dan kotoran yang masuk ke dalam lubang hidung. Dari konkha nasalis, yang berfungsi menambah luas permukaan rongga hidung dan menyebabkan udara yang mengalir mengalami turbulensi --> udara pernapasan diteruskan ke nares anterior --> nares posterlor --> nasofaring --> faring.

Faring berfungsi sebagai Jalannya udara, dimana udara dari rongga hidung akan masuk ke farink.

Setelah melewati faring, udara akan masuk ke laring. Pangkal tenggorokan dapat dltutup oleh katup pangkal tenggorokan (epiglotis). Dimanan epiglotis akan menutup saat menelan makanan, dan terbuka saat bernafas 

Pada pangkal tenggorokan terdapat pita suara yang bergetar bila ada udara melaluinya selanjutnya udara pernapasan menuju trakhea. 

Trakea berupa tabung yang panjangnya sekltar 13 cm dan diamaternya 2,5 cm. Trakea mempunyai dinding fibroelastis yang tertanam dalam balok-balok rawan hialin berbentuk huruf U yang mempertahankan trakea agar tetap terbuka dan pada bagian dalam rongga bersilia yang berfungsi menyaring benda-benda asing yang masuk ke saluran pernapasan. 

Selanjutnya, trakea bercabang menjadi bronkus principalis dekstra/kanan dan bronkus principalis sinistra/kiri (bronkus primer). Bronkus diperkuat oleh cincin tulang rawan.

Masing-masing bronkus principalis terpecah menjadi bronkus lobaris (bronkus sekunder) --> bronkus segmental (bronkus tersier) yang mengurus segmentum bronkopulmonal. Dari bronkus segmentalis --> bronkiolus terminalis --> bronkiolus respiratorius --> ductus alveolaris --> saccus alveolaris --> alveolus --> terjadi pertukaran gas --> gas larut akan diikat oleh Hb --> proses pertukaran gas di Jaringan menyebabkan peningkatan tekanan CO2 --> terjadi pertukaran gas kembali di alveoli --> tekanan intra alvoli meningkat dan tejadi relaksasi dari diafragma dan interkostalis eksterna sehingga udara dari Intra-pulmonal ke atmosfer. 

Faktor lain yang mempengaruhi ventllasi adalah compliance paru yaitu luasnya pengembangan paru untuk setiap unit peningkatan tekanan transpulmonal, daya recoll elastic --> kemampuan paru (alveolus) untuk kembali ke bentuk semula, tegangan permukaan alveolus (dipengaruhiadanya surfaktan) dan resistensi saluran pernapasan. 

Histologi Alveolus (difusi) 

Proses difusi dapat terjadi pada alveolus, karena ada perbedaan tekanan parsial antara udara dan darah dalam alveolus yang menyebabkan perbedaan konsentrasi oksigen dan karbondioksida pada darah dan udara. 

Oleh karena itu, O2 dari udara akan berdifusi menuju darah pada alveolus paru-paru. Dan menjadikan konsentrasi CO2 pada darah akan lebih kecil di bandingkan konsentrasi CO2 pada udara, Akibatnya, CO2 pada darah berdifusi menuju udara dan akan dlbawa keluar tubuh lewat hldung.

Setelah Itu, oksigen masuk ke dalam pernbuluh darah dan diikat oleh hemoglobin yang terdapat di dalam sel darah merah sehingga terbentuk oksihemoglobin (HbO2) selanjutnya oksigen dledarkan oleh darah ke seluruh tubuh. 

Setelah sampai ke dalam sel-sel tubuh, oksigen dilepaskan sehingga oksihemoglobin kembali menjadi hemoglobin.Karbondioksida yang dihasilkan dari respirasl sel diangkut oleh plasma darah melalui pembuluh darah menuju paru-paru untuk dikeluarkan.

gambar by. OpenStax College from wikimedia.org

Jadi proses pertukaran gas sebenarnya berlangsung di alveolus, sehingga alveoli disebut sebagai unit fungsional sistem pernafasan. Alveoli memiliki dua tipe sel yaitu sel tipe I yang merupakan sel gepeng merupakan sel pelapis utama dan sel tipe II (pneumosit granular), lebih tebal dan mensekresi surfaktan yang berfungsi menjaga alveolus agar tetap mengembang.

Pernafasan Internal (pernafasan seluler) 

Pernafasan internal merupakan proses pertukaran oksigen dan karbondioksida antara darah dan sel tubuh yang akan digunakan untuk metabolisme. Sisa metabolisme yaitu Karbondioksida yang diangkut kembali oleh darah, sebagian akan berikatan bersama hemoglobin membentuk karboksi hemoglobin (HbCO2), lalu akan dialirkan ke paru untuk pertukaran.

Mekanika Pernafasan 

Udara cenderung mengalir dari daerah dengan tekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah, yaitu rnenuruni gradient tekanan.Udara mengalir masuk dan ke.luar paru selama bernafas karena mengikuti gradient tekanan antara alveolus dan atmosfer yang berbalik arah secara bergantian, 

Hubungan tekanan di dalam dan di luar paru penting dalam ventilasi. 

Tiga tekanan yang berperan penting: 

• Tekanan atmosfer atau tekanan yang ditimbulkan oleh berat udara di atmosfer pada benda di permukaan bumi yaitu 760 mmHg. 

• Tekanan intra alveolus/intraparu, tekanan di dalam alveolus 

• Tekanan intrapleura/intrathoraks (rerata 756 mHg saat istirahat), tekanan di dalarn kantung pleura.Tekanan ini tidak menyeimbangkan dengan tekanan atmosfer/intra alveolus karena tidak ada komunikasi Iangsung rongga pleura dan atmosfer atau paru.

Hukum Boyle menyatakan bahwa pada suhu konstan, tekanan yang ditimbulkan oleh suatu gas berbanding terbalik dengan volume gas, yaitu sewaktu volurne gas meningkat, tekanan yang ditimbulkan oleh gas berkurang secara proposional dan sebaliknya. 

Agar udara dapat masuk, maka rongga thoraks harus teregang, supaya volume toraks dapat membesar yang memungkinkan tekanan di dalamnya mengecil sehingga udara dapat dengan mudah masuk, dipengaruhi oleh dua factor yaitu : Daya cairan Intra pleura 

Molekul-molekul air didalam cairan intra pleura menahan tarikan yang memisahkan mereka kerena molekul-molekul ini bersifat polar yang bersifat tarik menarik, sehingga daya rekat yang terbentuk di cairan intra pleura

Gradien tekanan transmural

Gradient transmural adalah perbedaan netto antara atmosfer dengan tekanan intra pluera intra sehingga mendorong paru keluar, rneregangkan atau membuat detensi paru.

Respirasi terdiri dari: 

• Inspirasi mengambil nafas. Kontraksi otot pernafasan --> pembesaran rongga dada --> penurunan tekanan --> masuknya udara ke dalam paru 

• Ekspirasi: mengeluarkan nafas.  Karena elastisitas dinding dada --> rongga dada mengecil --> tekanan dalam rongga dada meningkat --> udara keluar paru

Otot Respirasi 

Otot inspirasi utama: 

• Otot diafragma. Pada waktu inspirasi, diafragrna berkontraksi dan menjadi mendatar, tertarik ke bawah sehingga rongga dada membesar ke bawah. 

• Otot-otot abdomen: m. rektus abdominis, m. abdominis externa obligua, m. interna obligua, m. transversus abdominis yang menekan iga bawah --> sehingga meningkatkan tekanan intraabdomen --> timbul gaya keatas pada diafragma dan mengurangi dimensi vertikal rongga thoraks. 

• M. intercostalis externus yaitu otot antara iga yang fungsinya untuk mengangkat iga, sternum tertarik keluar, menyebabkan tulang-tulang iga makin mendatar, sehingga rongga toraks membesar ke clepan dan kesamping. 

Otot inspirasi tambahan: 

• M. Scalenus anterior, media, posterior (mengangkat dan fiksasi costae bagian atas.

• M. sternocleiclomastoideus, (mengangkat sternurn ke depan dan atas) yang akan herkontraksi bila diperlukan inspirasi yang lebih kuat dan atau lebih dalam, misalnya ketika berolah raga, meniup balon atau karena menderita sesak napas. 

Otot ekspirasi: 

• M. intercostalis internusberfungsi  untuk menarik iga ke bawah dan meningkatkan tekanan intra abdomen sehingga mendorong diafragma ke atas. 

Waktu bernapas tenang, ekspirasi tidak memerlukan kontraksi otot-otot, cukup dengan daya elastis yang timbul akibat inspirasi, seperti penarikan jaringan paru dan tulang-tulang iga yang terpilin.Waktu bernapas/ekspirasi kuat seperti meniup balon, atau sedang berolah raga berat diperlukan otot-otot ekspirasi, seperti otot-otot sekitar dinding rongga dada dan dinding rongga perut untuk mempercepat dan meningkatkan pengeluaran udara ekspirasi.

Udara mengalir keluar dan masuk paru selama tindakan bernafas karena berpindah mengikuti gradien tekanan antara alveolus dan atmosfer yang berbalik arah bergantian, yang ditentukan oleh 3 tekanan, yaltu tekanan atmosfer (760 mmHg), tekanan intra-alveolus (760 mmHg) dan tpkanan intrapleura (756 mmHg). Kontraksi otot-otot inspirasi memperbesar volume rongga dada. Sesuai dengan hukum gas tentang perubahan volume dan tekanan (hukum Boyle) maka peningkatan volume paru akan menyebabkan penurunan tekanan dalam paru atau alveolus. Dengan sendirinya udara akan mengalir dari luar yang bertekanan lebih tinggi ke dalam rongga alveolus yang bertekanan Iebih rendah.

Sebaliknya waktu ekspirasi tenang, relaksasi otot-otot inspirasi menyebabkan posisi paru-paru kembali ke posisi sebelumnya karena gaya rekoil atau gaya bingkas, yaitu gaya yang timbul karena tarikan pada jaringan paru dan dinding toraks yang elastis waktu inspirasi. Karenanya volume paru mengecil, tekanan di dalamnya meningkat dan udara akan keluar dari alveolus.

Volume Paru