Nama: Murti AnggraeniNIM: 11141082Kelas/prodi: S1 Keperawatan Reguler 7BMata Kuliah: Sistem Respirasi 1

Fisiologi Sistem Respirasi1. Mekanisme Pernapasan

Proses bernapas pada manusia dapat terjadi secara sadar maupun tidak sadar. Bernapas secara sadar terjadi jika kita melakukan pengaturan-pengaturan saat pernapasan, misalnya pada saat latihan dengan cara menarik napas panjang, kemudian menahannya beberapa saat, serta mengeluarkannya. Bernapas secara tidak sadar, yaitu respirasi yang dilakukan tanpa perintah otak, misalnya pada saat kita tidur nyenyak pun kita melakukan pernapasan.Paru paru dan dinding dada adalah struktur yang elastis. Dalam keadaan normal terdapat lapisan cairan tipis antara paru paru dan dinding dada sehingga paru paru dengan mudah bergeser pada dinding dada. Pada waktu menarik napas dalam maka otot berkontraksi, tetapi pengeluaran pernapasan dalam proses yang pasif. Ketika diafragma menutup dalam penarikan napas melalui isi rongga dada kembali memperbesar paru paru dan dinding badan bergerak hingga diafrgma dan tulang dada menutup ke posisi semula.Bernapas adalah pengambilan udara pernapasan masuk kedalam paru-paru (inspirasi) dan pengeluarannya (ekspirasi). Inspirasi dan ekspirasi ini berlangsung lima belas sampai delapan belas kali setiap menit. Proses tersebut diatur oleh otot-otot diafragma dan otot antar tulang rusuk. Kerja otot-otot tersebutlah yang dapat mengatur volume ruang dada, memperbesar ataupun memperkecil menurut kehendak kita.a. Proses pernapasan Udara dapat masuk atau keluar paruparu karena adanya tekanan antar udara luar dengan udara dalam paru=paru. Perbedaan tekanan ii terjadi disebabkan oleh terjadinya perubahan besar kecilnya rongga dada, rongga perut, dan rongga alveolus. Perubahan besarnya rongga ini terjadi karena pekerjaan otot-otot pernapasan, yaitu otot antar tulang rusuk dan otot diafragma. Berdasarkan kegiatan otot-otot pernapsan tersebut, maka pernapasan dibedakan menjadi dua, yaitu : penapasan dada dan pernapasan perut.a) Pernapasan dadaPernapasan dada ialah pernapsan yang menggunakan gerakan otot-otot antar tulang rusuk. Rogga dada membesar karena tulang dada dan tulang rusuk terangkat akibat kontraksi otot-otot yang terdapat diantara tulang-tulang rusuk. Paru-paru turut mengembang, volumenya menjadi besar, sedangkan tekananya menjadi kecil daripada tekanan dari luar. Dalam keadaan demikian udaera luar dapat masuk melalui batang tenggorokan (trakea) ke paru-paru (pulmo)

b) Pernapasan perutPernapasan perut ialah pernapasan yang meggunakan otot-ott diafragma. Otot-otot sekat rongga dada berkontraksi sehingga diafragma yang semula cembung menjadi agak rata, dengan demikian paru-paru dapat mengembang kearah perut (abdomen). Pada waktu itu rongga dada bertambah besar dan udara terhirup masuk.

Pada saat kita bernapas terjadi dua hal yang elalu bergantian, yaitu menarik napas (inspirasi) dan menghembuskan napas (ekspirasi). Satu kali inspirasi dan satu kali ekspirasi inilah yang disebut satu kali bernafas. Inspirasi terjadi karena terdapat selisih tekanan udara diluar tubuh dengan tekanan udara di dalam paru-paru. Berdasarkan hokum boyle (P1 x V1 = P2 x V2), maka udara akan mengalir dari tempat yang bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah, akibatnya udara masuk ke dalam paru-paru.

a. Mekanisme InspirasiSebelum menarik napas (inspirasi) kedudukan diafragma melengkung kea rah rongga dada, dan ototnya dalam keadaan mengendur. Bila otot diafragma berkontraksi, maka diafragmanya akan medatar. Pada waktu inspirasi maksimum, otot antar tulang rusuk berkontraksi sehingga tulang rusuk terangkat. Keadaan ini akan menambah besarnya rongga dada. Mendataranya diafragma dan terangkatnya tulang rusuk, menyebabkan rongga dada bertambah besar, diikuti mengembangnya paru-paru, sehingga udara luar melalui hidung, batang tenggorokan (trakea), terus kecabang batang tenggorokan (bronkus), kemudian masuk ke paru-paru (pulmo)b. Mekanisme EkspirasiBila otot antar tulang rusuk dan otot diafragma akan melengkung kea rah rongga dada lagi, dan tulang rusuk akan kembali ke posisi semula. Kedua hal tersebut menyebabkan rongga dada mengecil akibatnya udara dalam paru-paru terdorong keluar. Inilah yang dimaksud dengan mekanisme ekspirasi. Tekanan intra pleura adalah tekanan ukuran dalam antara lapisan pleura luar dan lapisan pleura dalam. Tekanan pleura selama pernapasaan Tekanan pleura adalah tekanan cairan dalam ruang sempit anatara pleura paru-paru dengan pleura dinding dada.secara normal terdapat sedikit isapan suatu tekanan negatif yang ringan.selama inspirasi pengembangan rangka dada akan mendorong permukaan paru-paru dengan kekuatan sedikit lebih besar dan selama ekspirasi peristiwa yang terjadi adalah sebaliknya. Tekanan alveolus Tekanan alveolus adalah tekanan bagian dalam alveoli paru. Saat itu, glotis terbuka dan tidak ada udara yang mengalir kedalam maupun ke luar paru-paru maka tekanan pada semua jalan napas sampai alveoli semua sama dengan tekanan atmosfer yaitu 0 cm tekanan air.2. Mekanisme Pertukaran Co2Dan O2Pertukaran gas antara O2dan CO2terjadi melalui proses difusi, berlangsung di alveolus dan di sel jaringan tubuh. Proses difusi berlangsung sederhana, yaitu hanya dengan gerakan molekul-molekul secara bebas melalui membran sel dari konsentrasi tinggi atau tekanan tinggi menuju ke konsentrasi rendah atau tekanan rendah. Faktor-faktor yang mempengaruhi difusi gas melintasi membran sel adalah:a. tekanan parsial gas (tekanan gas tertentu, misalnya tekanan oksigen saja terhadap tekanan seluruh udara), b. permeabilitas membran respirasi, c. luas permukaan membran respirasi, d. kecepatan sirkulasi darah di paru-parue. reaksi kimia yang terjadi di dalam darah.

O2masuk ke dalam tubuh melalui inspirasi dari rongga hidung sampai alveolus. Di alveolus terjadi difusi O2ke kapiler paru-paru yang terletak di dinding alveolus. Masuknya O2dari luar(lingkungan) menyebabkan tekanan parsial O2atau PO2di alveolus lebih tinggi dibandingkan dengan PO2di kapiler paru-paru. Oleh karena itu, O2akan bergerak dari alveolus menuju kapiler paru-paru, yang disebabkan proses difusi selalu terjadi dari daerah yang bertekanan parsial tinggi ke daerah yang bertekanan parsial rendah. Oksigen di kapiler arteri diikat oleh eritrosit yang mengandung hemoglobin sampai menjadi jenuh. Makin tinggi tekanan parsial oksigen di alveolus, semakin banyak oksigen yang terikat oleh hemoglobin dalam darah. Hemoglobin terdiri dari empat sub unit, setiap sub unit terdiri dari bagian yang disebutheme. Di setiap pusat heme terdapat unsur besi yang dapat berikatan dengan oksigen, sehingga setiap molekul hemoglobin dapat membawa empat molekul oksigen berbentukoksihemoglobin. Reaksi antara hemoglobin dan oksigen berlangsung secara reversibel (bolak-balik) yang dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu: pH, suhu, konsentrasi O2dan CO2, serta tekanan parsial.Reaksi pengikatan O2oleh Hb adalah sebagai berikut

Arah reaksi tersebut ke kiri bila terjadi di jaringan tubuh, dan ke kanan bila di jaringan paru-paru.Hemoglobin akan mengangkut O2ke jaringan tubuh kemudian berdifusi masuk ke sel-sel tubuh. Di dalam sel-sel tubuh atau jaringan tubuh, O2digunakan untuk proses respirasi di dalam mitokondria sel. Semakin banyak O2yang digunakan oleh sel-sel tubuh, maka semakin banyak CO2yang terbentuk dari proses respirasi. Hal tersebut menyebabkan tekanan partial CO2atau PCO2dalam sel-sel tubuh lebih tinggi dibandingkan PCO2dalam kapiler vena sel-sel tubuh. Oleh karenanya CO2dapat berdifusi dari sel-sel tubuh ke dalam kapiler vena sel-sel tubuh, kemudian akan di bawa oleh eritrosit menuju ke paru-paru. Di paru-paru terjadi difusi CO2dari kapiler vena menuju alveolus. Proses tersebut terjadi karena tekanan parsial CO2pada kapiler vena lebih tinggi dari pada tekanan parsial CO2dalam alveolus. Bila pengangkutan O2terutama dilaksanakan oleh Hb, maka pengangkutan CO2dilakukan oleh plasma darah. CO2dapat larut dengan baik di dalam plasma darah dan membentuk asam karbonat:

Akibat terbentuknya asam karbonat tersebut, pH darah menurun sampai 4,5, karena H2CO3sebagai suatu senyawa yang labil akan mengurai dan meningkatkan kadar ion H+darah :

Jadi CO2diangkut oleh darah dalam bentuk ion HCO3. Proses pengangkutan dengan pengubahan secara bolak-balik dari CO2menjadi H2CO3dan sebaliknya dipercepat oleh enzim karbonat anhidrase. CO2dalam eritrosit akan bereaksi dengan air membentuk asam karbonat yang dapat menyebabkan darah bersifat asam. Darah yang bersifat asam dapat melepaskan banyak O2ke dalam sel-sel tubuh atau jaringan tubuh yang memerlukannya. Reaksi pembentukan asam karbonat adalah sebagai berikut: Akibat tebentuknya asam karbonat, pH darah menjadi asam yaitu sekitar 4.5, keasaman tersebut dinetralkan oleh ion-ion Natrium (Na+) dan Kalium (K+) dalam darah.3. Volume dan kapasitas paru-paruTerdapat empat volume paru-paru:1) Volume tidal : Merupakan volume udara yang di inspirasikan dan diekspresikan disetiap pernapasan normal,jumlahnya kira-kira 500 ml.2) Volume cadangan inspirasi : Merupakan volume tambahan udara yang dapat diinspirasikan di atas volume tidal normal,biasanya 3000 ml3) Volume cadangan ekspirasi : Merupakan jumlah udara yang masih dapat di keluarkan dengan ekspirasi tidal yang normal, jumlahnya lebih kurang 1100 ml.4) Volume sisa: Volume udara yang masih tersisa di dalam paru-paru setelah kebanyakan ekspirasi kuat, volume ini rata-rata 1200 ml.Jenis kapasitas paru:1) Kapasitas Inspirasi (KI),sama dengan volume tidal ditambah dengan volume cadangan inspirasi. Kapasitas inspirasi merupakan jumlah udara yang dapat dihirup oleh seseorang mulai ekspirasi normal dan mengembangkan paru-parunya sampai jumlahnya maksimum (kira-kira 3500 ml).2) Kapasitas Residu Fungsional (KRF),sama dengan volume cadangan ekspirasi ditambah dengan volume residu. Besarnya kapasitas residu fungsional adalah udara yang tersisa dalam paru-paru pada akhir ekspirasi normal (kira-kira 2500 ml).3) Kapasitas Vital (KV),sama dengan volume cadangan inspirasi ditambah dengan volume tidal dan volume cadangan ekspirasi. Kapasitas vital ini adalah jumlah udara maksimum yang dapat dikeluarkan dari paru-paru seseorang setelah terlebih dahulu mengisi paru-paru secara maksimum dan kemudian mengeluarkan sebanyak-banyaknya (kira-kira 4500 ml).4) Kapasitas total paru-paru,adalah volume maksimum dimana paru-paru dapat dikembangkan sebesar mungkin dengan inspirasi paksa atau sama dengan kapasitas vital ditambah dengan volume residu (kira-kira 6000 ml). KI = VT + VCI KRF = VCE + VR KV = VCI + VT + VCE

VT = volume tidal VCI = volume cadangan inspirasi VCE = volume cadangan ekspirasi VR = volume residu KI = kapasitas inspirasi KRF = kapasitas residu fungsional KV = kapasitas vital4. Pengaturan system pernapasan Paru-paru bekerja secara otonom, maksudnya tidak ada yang mempengaruhi aktifitasnya, atau bekerja dengan kehendak sendiri/ otomatis. Kemampuan otonom yang dimiliki paru adalah sekitar 14-16 kali pernapasan permenit. 1 kali pernapasan = 1 x inspirasi + 1 x ekspirasi.

Bila kebutuhan meningkat, maka sistem kontrol respirasi diambil alih oleh kerja sistem saraf pusat di bagian bilateral medula oblongata dan pons pada batang otak. Daerah ini dibagi menjadi 3 kelompok neuron utama :1. Kelompok pernapasan dorsal, terletak di bagian dorsal (belakang) medula yang terutama menyebabkan inspirasi.2. Kelompok pernapasan ventral, terletak di ventrolateral (depan samping) medula, yang terutama menyebabkan inspirasi dan ekspirasi yang lebih dalam.3. Pusat pneumotaksik, terletak di sebelah dorsal bagian superior pons, tepatnya di sebelah dorsal nuklous parabrakialis pada pons bagian atas, yang terutama mengatur kecepatan dan kedalaman napas.

Penapasan normalPusat saraf dorsal akan melepaskan sinyal inspirasi ritimis Sinyal inspirasi yang dilepaskannya ini berupa sinyal yang landai (ramp signal), gunanya supaya inspirasi kita itu terjadi secara perlahan dan dapat meningkatkan volume paru dengan mantap, sehingga kita tidak bernapas terengah-engah. Pusat pneumotaksik akan mentransmisikan sinyal ke area inspirasi. Efek utama di sini adalah mengatur titik penghentian inspirasi landai, dengan demikian mengatur lamanya proses inspirasi Bila sinyal pneumotaksik ini kuat, inspirasi dapat berlangsung hanya dalam 0,5 detik, akibatnya volume inspirasi juga sedikit; bila sinyal pneumotaksik ini lemah, inspirasi dapat berlangsung terus selama 5 detik bahkan bisa lebih, akibatnya volume inspirasi menjadi banyak sekali.kalau sinyal inspirasi landai itu telah berhenti, maka paru secara otomatis akan mengalami fase ekspirasi. ekspirasi ini terjadi sebagai imbas dari inspirasi, dimana disini udara yang keluar tentunya telah bertukar dengan CO2 ekspirasi tenang yang normal, murni disebabkan akibat sifat elastis daya lenting paru dan rangka toraks Pernapasan yang lebih dalamBila kita bernapas lebih dalam, disini baru terjadi peranan dari kelompok saraf pernapasan bagian VENTRAL (pada pernapasan tenang yang normal, kelompok saraf ventral ini inaktif). Bila rangsangan pernapasan guna meningkatkan ventilasi paru menjadi lebih besar dari normal, sinyal respirasi yang berasal dari mekanisme getaran dasar di area pernapasan dorsal akan tercurah ke neuron pernapasan ventral area pernapasan ventral turut membantu merangsang pernapasan ekstra berupa rangsangan listrik yang menyebabkan inspirasi dan juga ekspirasiyang paling penting disini adalah sinyal untuk ekspirasi, karena sinyal2 ini langsung dihantarkan dengan kuat ke otot-otot abdomen selama ekspirasi yang sangat sulit. pernapasan ventral ini gunanya sebagai pendorong bila dibutuhkan ventilasi paru yang lebih besar, khususnya selama latihan fisik berat.

Pembatasan sinyal inspirasi oleh refleks Hering-BreuerSinyal-sinyal saraf sensoris yang berasal dari paru membantu mengatur pernapasan. Yang paling penting adalah yang terletak di bagian otot dinding bronkus dan bronkiolus seluruh paru, yaitu reseptor regang, yang menjalarkan sinyal melalui nervus vagus ke kelompok neuron pernapasan dorsal apabila paru-paru menjadi sangat teregang akibat inspirasi terlalu lama. Sinyal ini akan menghentikan inspirasi landai yang dilepaskan oleh pusat pernapasan dorsal tadi. (kurang lebih mekanisme penghentiannya mirip dengan penghentian oleh sinyal pusat penumotaksik). Ini disebut refleks inflasi Hering-Breuer. Refleks ini juga ikut meningkatkan kecepatan pernapasan, sama halnya dg sinyal pneumotaksik.

Pengaturan kimiawi CO2 dan H+ di area kemosensitifDi dekat medula oblongata, tepatnya 0,2 mm di bilateral (samping) area pernapasan ventral, ada suatu area neuron yang sangat sensitif dengan perubahan konsentrasi CO2 ataupun ion H+ dalam darah. Area ini disebut AREA KEMOSENSITIF. Area ini bakal merangsang bagian lain dalam pusat pernapasan. Apabila suatu saat konsentrasi CO2 dan H+ yang dihasilkan jaringan otak meningkat, ia akan berdifusi ke dalam sawar darah otak. Perlu diingat, bahwa sawar darah di otak ini punya dinding yang khusus, dimana ia hanya mengizinkan zat-zat tertentu untuk lewat. (semacam benteng pertahanan, yang lebih dikenal dengan Blood Brain Barrier/ BBB). CO2 ini sangat permeable terhadap BBB tsb, namun tidak permeable sama sekali terhadap ion H+, sehingga yang mudah berdifusi ke sawar darah otak adalah CO2.Sawar darah otak ini juga dilengkapi dengan neuron-neuron kemosensitif yang bakal mendeteksi perubahan konsentrasi CO2 dalam sawar darah. CO2 di dalam sawar darah otak ini bakal bereaksi dengan air membentuk ion H+ dan asam HCO3-. H+ yang dihasilkan melalui reaksi inilah yang sebenarnya lebih merangsang area kemosensitif melalui neuron2 kemosensitif tadi. Apabila area kemosenstif ini terangsang, maka pusat pernapasan lainnya ikut terangsang dan pola napas pun mengalami perubahan.

Kemoreseptor PeriferSebagian besar kemoreseptor ini terletak di badan karotis (karotic body) dan di badan aorta (aortic body). Karotic body terletak di bilateral pada percabangan arteri karotis komunis. Serabut saraf aferennya berjalan melalui nervus Hering ke nervus glosofaringeus dan kemudian ke area pernapasan dorsal di medula oblongata. Sedangkan aortic body terletak di sepanjang arkus aorta; dimana serabut saraf aferennya berjalan melalui nervus vagus, juga ke area pernapasan dorsal di medula oblongata. Reseptor ini akan mendeteksi perubahan kadar O2, CO2 dan ion H+. Misalkan apabila kadar O2 dalam arteri menurun, kemoreseptor perifer ini menjadi sangat terangsang. mengirimkan impuls ke pusat pernapasan untuk meningkatkan frekuensi napas.

Mekanisme LainCerebrum / otak juga bisa mengeksitasi otot rangka untuk membantu mekanisme pernapasan. Dimana di cerebrum bakal terkumpul kumpulan saraf-saraf motorik ke otot2 pernafasan untuk ikut berkontraksi. Impuls dari dan ke cerebrum dikirim melalui medula spinalis di bawah medula oblongata. Di alveolus juga terdapat reseptor mekanik khusus yang mendeteksi udem pada alveolus itu sendiri, reseptor ini dikenal dengan mekanoreseptor.Apabila fungsi fisiologis paru tidak berjalan akibat alveoli yang kolaps, (misalkan jika kemasukan air) maka alveoli harus segera diregang dengan cara diberi napas buatan yang dihembuskan lewat mulut sehingga alveoli dapat kembali berfungsi normal. Disini berperan berbagai macam reseptor di paru yang akan mengirimkan impuls ke pusat saraf supaya mekanisme respirasi kembali berlanjut. Suhu tidak secara langsung mempengaruhi pola napas > biasanya diatur oleh aktifitas jantung.

Daftar Pustaka

Drs. Kus Irianto,2004,Struktur dan Fungsi Tubuh Manusia untuk Paramedis, Bandung, Yrama Widya Bandung