Nama : Murti Anggraeni

NIM : 11141082

Kelas/prodi : S1 Keperawatan Reguler 7B

Mata Kuliah : Sistem Respirasi 1

Fisiologi Sistem Respirasi

1. 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 dada

Pernapasan 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 perut

Pernapasan 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 Inspirasi

Sebelum 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 Ekspirasi

Bila 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 Co2 Dan O2

Pertukaran gas antara O2 dan CO2 terjadi 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-paru

e. reaksi kimia yang terjadi di dalam darah.

O2 masuk ke dalam tubuh melalui inspirasi dari rongga hidung sampai

alveolus. Di alveolus terjadi difusi O2 ke kapiler paru-paru yang terletak di dinding

alveolus. Masuknya O2 dari luar(lingkungan) menyebabkan tekanan parsial O2 atau

PO2 di alveolus lebih tinggi dibandingkan dengan PO2 di kapiler paru-paru. Oleh

karena itu, O2 akan 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

disebut heme. Di setiap pusat heme terdapat unsur besi yang dapat berikatan dengan

oksigen, sehingga setiap molekul hemoglobin dapat membawa empat molekul

oksigen berbentuk oksihemoglobin. Reaksi antara hemoglobin dan oksigen

berlangsung secara reversibel (bolak-balik) yang dipengaruhi oleh beberapa faktor

yaitu: pH, suhu, konsentrasi O2 dan CO2, serta tekanan parsial.

Reaksi pengikatan O2 oleh 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 O2 ke jaringan tubuh kemudian berdifusi masuk ke sel-

sel tubuh. Di dalam sel-sel tubuh atau jaringan tubuh, O2 digunakan untuk proses

respirasi di dalam mitokondria sel. Semakin banyak O2 yang digunakan oleh sel-sel

tubuh, maka semakin banyak CO2 yang terbentuk dari proses respirasi. Hal tersebut

menyebabkan tekanan partial CO2 atau PCO2 dalam sel-sel tubuh lebih tinggi

dibandingkan PCO2 dalam kapiler vena sel-sel tubuh. Oleh karenanya CO2 dapat

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 CO2 dari kapiler

vena menuju alveolus. Proses tersebut terjadi karena tekanan parsial CO2 pada kapiler

vena lebih tinggi dari pada tekanan parsial CO2 dalam alveolus.

Bila pengangkutan O2 terutama dilaksanakan oleh Hb, maka pengangkutan

CO2 dilakukan oleh plasma darah. CO2 dapat larut dengan baik di dalam plasma darah

dan membentuk asam karbonat:

Akibat terbentuknya asam karbonat tersebut, pH darah menurun sampai 4,5, karena

H2CO3 sebagai suatu senyawa yang labil akan mengurai dan meningkatkan kadar ion

H+ darah :

Jadi CO2 diangkut oleh darah dalam bentuk ion HCO3ˉ. Proses pengangkutan dengan

pengubahan secara bolak-balik dari CO2 menjadi H2CO3 dan sebaliknya dipercepat

oleh enzim karbonat anhidrase. CO2 dalam eritrosit akan bereaksi dengan air

membentuk asam karbonat yang dapat menyebabkan darah bersifat asam. Darah yang

bersifat asam dapat melepaskan banyak O2 ke 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-paru

Terdapat 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 ml

3) 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 vital

4. 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 normal

Pusat 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 dalam

Bila 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-Breuer

Sinyal-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 kemosensitif

Di 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 Perifer

Sebagian 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 Lain

Cerebrum / 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