Mekanisme Pernapasan

Bagaimana caranya agar udara dapat masuk di paru-paru? Paruparu tidak mempunyai jalan untuk menarik udara melalui hidung. Tetapi udara dapat dibawa masuk ke dalam paru-paru melalui kegiatan otot tertentu. Otot-otot ini menambah ukuran dada setiap seorang bernapas. Sementara ukuran dada seseorang bertambah, paru-paru bertambah luas; dan udara akan segera mengisi ruangan yang telah tersedia. Dengan demikian saat otot menjadi rileks, dada kembali kepada ukurannya semula, dan udara dipaksakan untuk keluar melalui jalan masuknya.

Otot yang menambah ukuran dada (otot pernafasan) adalah diafragma, otot yang terletak di antara tulang iga dan otot tertentu di leher. Otot-otot inilah yang digunakan pada saat memasukkan udara ke dalam paru-paru. Diafragma adalah otot yang berbentuk kubah (dome) terletak pada tingkatan bawah dari tulang iga, yang memisahkan dada dari abdomen (perut). Jantung dan paru-paru terletak di atas diafragma, sedangkan hati, perut, dan limfa kecil dan organ abdomen lainnya terletak dibawah diafragma. Bila diafragma berkontraksi, ia akan menarik ke bawah menentang organ yang ada di abdomen. Ini akan menyebabkan paru-paru menjadi lebih luas. Otot antara tulang iga juga akan berkontraksi pada saat yang sama dengan kontraksinya diafragma, sebab itu menolong untuk lebih memperluas paru-paru. 

Otot yang berada di dinding abdomen bila berkontraksi akan menghasilkan akibat yang berlawanan dari apa yang dilakukan oleh diafragma dan otot diantara tulang iga. Bila otot di dinding abdomen berkon-traksi, organ-organ abdomen dan diafragma akan merapat ke atas. Ini akan menyebabkan udara terdorong ke atas untuk meninggalkan paru-paru dengan cepat. Bilamana hal ini tidak terjadi akan mengakibatkan timbulnya suatu tekanan di dalam dada.

Sama seperti seluruh otot dalam tubuh manusia, aksi dari otot pernafasan dikontrol oleh urat saraf. Sebagaimana Anda ketahui, Anda dapat bernapas lebih cepat, lebih dalam atau menahan napas untuk sementara. Hal ini disebabkan oleh saraf pengontrol sadar yang Anda miliki dan otot yang berhubungan dengan pernafasan. Akan tetapi umumnya proses pernafasan dikontrol secara otomatis oleh saraf pusat yang berada di sebelah bawah dari otak. Saraf pusat ini mengirimkan getaran saraf ke otot-otot pernafasan hingga mereka dapat berkontraksi dan mengendor-kan secara bergantian. Pusat syaraf tersebut bahkan dapat mengontrol seberapa cepat dan seberapa dalam Anda bernapas. Ketika Anda berolahraga, saraf pusat Pernafasan mengirimkan getaran-nya dengan irama yang lebih cepat daripada saat Anda beristirahat.

Proses Masuk dan Keluarnya Udara Pernafasan 

Proses pertukaran gas dari atmosfer ke paru-paru dan sebaliknya terjadi karena adanya pergerakan tulang-tulang rusuk dan otot difragma yang diatur oleh pusat pernafasan yang terdapat di otak. Pada mulanya, otot-otot antar tulang rusuk menegang (kontraksi) sehingga menarik tulang rusuk ke atas dan pada saat yang bersamaan otot diafragma juga menegang sehingga diafragma menjadi datar. Akibatnya, rongga dada membesar, paru-paru mengembang, tekanan udara dalam kantung-kantung paru-paru turun menjadi lebih rendah daripada tekanan udara atmosfer sehingga udara mengalir masuk ke paru-paru. Peristiwa masuknya udara pernafasan ke paru-paru disebut inspirasi. Setelah inspirasi, otot-otot antar tulang rusuk mengendor (relaksasi) sehingga tulang rusuk kembali pada posisi semula dan pada saat yang bersamaan otot diafragma juga mengendor sehingga diafragma melengkung ke rongga dada. Akibatnya, rongga dada menyempit, paru-paru terdesak mengecil sehingga tekanan udara dalam paru-paru naik lebih tinggi dari tekanan udara atmosfer dan akibatnya udara mengalir keluar dari paru-paru. Proses menghembuskan udara pernafasan dari paru-paru disebut ekspirasi. 

Tahapan Respirasi

Proses inspirasi dan ekspirasi disebut pernafasan luar. Mengapa demikian? Karena proses tersebut hanya merupakan pertukaran gas di alveolus paru-paru, sedangkan oksigen digunakan untuk pembakaran di jaringan tubuh. Oleh karena itu, pernafasan pada manusia dapat dibedakan menjadi 3 (tiga) tahapan yaitu: 

1. Respirasi luar merupakan pertukaran gas dari atmosfer ke paru-paru dan sebaliknya. Masuknya udara dari atmosfer ke paru-paru disebut inspirasi dan proses sebaliknya disebut ekspirasi. Perpindahan gas dari suatu tempat ke tempat lain dapat terjadi jika ada perbedaan tekanan udara. Pada inspirasi otot diafragma kontraksi (menjadi datar), demikian juga otot intercostalis sehingga mengangkat tulang rusuk akibatnya volume rongga dada semakin membesar dan tekanan udaranya turun. Penurunan tekanan rongga dada yakni lebih rendah 1 atm dibanding tekanan udara luar (atmosfer) tersebut akan mengakibatkan udara mengalir dari luar ke paru-paru. Setelah berkontraksi maka otot diafragma dan antar iga (intercostalis) akan relaksasi sehingga posisi tulang rusuk dan diafragma akan kembali seperti semula, akibatnya volume rongga dada mengecil dan tekanannya meningkat dengan demikian udara akan keluar dari paru-paru ke atmosfir atau disebut ekspirasi. Perpindahan gas O₂ dari alveolus ke kapiler alveoli melalui membran respirasi yang terjadi secara difusi. Oleh karena itu proses tersebut tergantung pada: tekanan parsiil gas, permiabilitas epitel (membran respirasi), luas permukaan membran respirasi, kecepatan sirkulasi darah di kapiler paru-paru. 
2. Transport gas Oksigen (O₂) dari kapiler paru-paru diangkut ke jaringan menggunakan hemoglobin (Hb) yang terdapat di dalam sel darah merah. Perpindahan oksigen dari alveolus paru-paru ke kapiler paru-paru terjadi secara difusi, oleh karena itu tergantung pada tekanan oksigen parsial pada darah arteriil yaitu 100 mmHg dan tekanan CO₂ yaitu 40 mmHg. Pada tekanan tersebut 96 % Hb tersaturasi dengan oksigen menjadi HbO₂. Pada jaringan tekanan oksigen 35 mmHg dan tekanan CO₂ 50 mmHg, maka sebagai konsekuensinya oksigen akan berdifusi dari eritrosit ke sel/jaringan malalui cairan plasma dan kemudian cairan interstitial. Sementara CO₂ juga berdifusi dari jaringan ke eritrosit. Darah vena memiliki tekanan CO₂ 46 mmHg, sedangkan tekanan oksigennya 40 mmHg. Pada olahraga (latihan) tekanan O₂ di jaringan turun sedang tekanan CO₂ meningkat, hal ini akan menaikkan kebutuhan oksigen.
3. Respirasi seluler atau interna adalah pemanfaatan oksigen untuk oksidasi seluler di dalam mitokondria sehingga dihasilkan energi (ATP), panas, air, dan CO₂.

Frekuensi Pernafasan 

Pada umumnya manusia melakukan Pernafasan antar 15-18 kali (inspirasi dan ekspirasi). Cepat atau lambatnya manusia bernapas dipengaruhi oleh beberapa faktor baik dari dalam maupun dari luar., antara lain:

1. Umur, umumnya makin bertambah umur seseorang, irama Pernafasannya semakin lambat. Hal ini berkaitan mekin berkurangnya kebutuhan energi.
2. Jenis kelamin,  laki-laki umunya beraktivitas lebih banyak dan bekerja lebih keras daripada perempuan. Hal ini akan mengakibatkan semakin tingginya kebutuhan energi, sehingga membutuhkan banyak oksigen untuk meningkatkan laju metabolisme tubuh. 
3. Suhu tubuh, semakin rendah suhu semakin cepat Pernafasan, sebaliknya semakin tinggi suhu semakin lambat Pernafasan. Tetapi hal yang demikian tidak berlangsung secara linier. 
4. Posisi tubuh,  hal ini menentukan sedikit banyak otot dan organ tubuh yang bekerja. Hal ini berarti menentukan kebutuhan energi untuk mendukungnya.
5. Aktivitas  tubuh, semakin banyak organ tubuh yang bekerja dan semakin berat kerja organ tersebut, semakin tinggi kebutuhan energi yang diperlukan, sehingga laju metabolisme dan irama Pernafasan semakin cepat.

Oksigen Digunakan untuk Apa?

Untuk apa oksigen (O₂)? Oksigen digunakan oleh tubuh untuk pembakaran (oksidasi) zat-zat makanan terutama glukosa menjadi sumber tenaga, air, CO₂, dan panas. Apakah manfaat dari hasil pembakaran?

1. Energi digunakan oleh tubuh untuk melakukan kegiatan tubuh agar tetap dapat hidup. 
2. Karbondioksida bersifat sangat beracun dan dianggap sebagai limbah oleh karenanya harus dikeluarkan dari dalam tubuh.
3. Air dapat digunakan oleh tubuh atau jika berlebihan dapat dikeluarkan. Cobalah hembuskan nafas pada sebuah permukaan cermin, apakah yang dapat anda amati? Panas yang dihasilkan dari pembakaran digunakan agar prosesproses kehidupan di dalam tubuh berjalan normal. Sebagai petunjuk jika proses tubuh tidak normal, maka suhu tubuh akan terasa dingin. Hal ini biasa terjadi pada orang pingsan.

Pengangkutan gas karbondioksida

Proses pengangkutan gas karbondioksida dari jaringan ke paruparu melalui 3 cara yaitu: 

1. Transpor karbondioksida lewat plasma sebagai H₂CO₃. CO₂ memiliki sifat lebih mudah larut dalam air dibanding dengan O₂ sehingga dapat diangkut lewat plasma sebagai H₂CO₃. Darah venosa mengandung CO₂ sekitar 50 mL/dL artinya setiap 100 mL darah mengangkut 50 mL CO₂^–dari jaringan ke pulmo. Karbondioksida di dalam darah berada pada berbagai kondisi. Bikarbonat di dalam eritrosit dan plasma merupakan bagian terbanyak. Karbondioksida berdifusi dari jaringan ke dalam plasma darah akan bereaksi dengan H₂O membentuk H₂CO₃. H₂CO₃ berfungsi menurunkan pH dalam eritrosit.
2. Sebagai karbaminohemoglobin. Pada jaringan tekanan CO₂ tinggi dan tekanan O₂ rendah sehingga HbO₂ mengalami disosiasi menjadi Hb + O₂. Oksigen berdifusi ke cairan interstitial dan CO₂^–  memasuki sitoplasma eritrosit. Sebagian kecil CO₂ berikatan dengan Hb membentuk karbamino hemoglobin (karbamiHb). 
3. Sebagai HCO₃^–. CO₂ akan bereaksi dengan H₂O yang terdapat dalam plasma darah dengan pengaruh enzim karbonik anhidrase membentuk H₂CO₃ yang secara spontan akan mengalami disosiasi menjadi ion H⁺ (proton) dan HCO₃^–. Dengan demikian, darah  venosa mengandung HCO₃^– 60%, karbaminoHb 32%, dan sisanya sebagai H₂CO₃ dalam ertrosit.

Pengukuran Udara Pernafasan

Banyaknya udara yang keluar masuk paru-paru pada pernafasan normal dapat diukur dengan spirometer.

1. Kapasitas vital adalah banyaknya udara yang dapat dikeluarkan dari paru-paru setelah  ambil nafas sedalam mungkin.
2. Death space (udara mati) adalah jumlah udara yang berada dalam saluran pernafasan antara hidung dan paru-paru, volumenya kurang lebih 150 ml.
3. Udara tidal adalah volume udara yang keluar masuk paru-paru dalam satu kali respirasi (ekspirasi atau inspirasi). Volume pada laki 500 ml, wanita 380 ml.
4. Kapasitas inspirasi adalah banyaknya udara yang dapat dihirup pada inspirasi maksimal, volumenya pada laki-laki 3800 ml, pada wanita 2400 ml. 
5. Volume cadangan inspirasi adalah banyaknya udara yang dapat dihirup setelah inspirasi maksimal, volumenya pada lakilaki 1000 ml, pada wanita 700 ml.
6. Volume cadangan ekspirasi adalah banyaknya udara yang dapat dikeluarkan setelah ekspirasi normal, volumenya pada laki-laki 1000 ml, wanita 700 ml.

Pos blog ini merupakan hasil alih media dari buku bebas sebar Buku Sekolah Elektronik Ilmu Kesehatan Jilid I untuk SMK oleh Heru Nurcahyo yang diterbitkan oleh Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2008.