Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Widget Atas Posting

Anatomi Fisiologi (Anfis) Sistem Pernapasan

Proses bernapas merupakan proses mengalirkan udara ke paru-paru, memasukkan oksigen ke dalam tubuh, dan membawa karbon dioksida kembali ke udara. Sistem pernapasan tidak hanya melibatkan paru-paru, tetapi juga hidung, faring, laring, trakea, bronkus, alveolus dll.

Sistem pernapasan manusia

Gambar: Sistem pernapasan manusia

I. Fungsi Sistem Pernapasan

Fungsi dari sistem pernapasan adalah untuk mengalirkan udara ke paru-paru.Oksigen dari udara berdifusi dari paru-paru ke dalam darah, sedangkan karbon dioksida berdifusi dari dalam darah ke paru-paru.

Respirasi mencakup proses-proses sebagai berikut:

a. Ventilasi Paru

Ventilasi paru merupakan proses pernapasan inspirasi (menghirup udara) dan ekspirasi (menghembuskan udara).

b. Pernapasan Luar

Pernapasan luar merupakan proses pertukaran gas antara paru-paru dengan darah. Oksigen berdifusi ke dalam darah, sedangkan karbon dioksida berdifusi dari darah ke paru-paru.

c. Transportasi Gas

Transportasi gas dilakukan oleh sistem kardiovaskular. Transportasi gas merupakan proses mendistribusikan oksigen ke seluruh tubuh dan mengumpulkan karbon dioksida untuk dikembalikan ke paru-paru.

d. Pernapasan Dalam

Pernapasan dalam merupakan proses pertukaran gas antara darah, cairan interstisial (cairan yang mengelilingi sel), dan sel-sel. Di dalam sel, terjadi respirasi sel yang menghasilkan energi (ATP) dan CO2, dengan menggunakan O2 dan glukosa.

Sistem pernapasan bagian atas
Gambar: Sistem pernapasan bagian atas

II. Struktur Pernapasan Manusia

a. Hidung

Hidung terdiri dari hidung bagian luar yang dapat terlihat dan rongga hidung bagian dalam yang terletak di dalam. Septum nasi membagi rongga hidung kanan dan kiri. Udara masuk melalui bagian-bagian yang disebut meatus. Dinding dari meatus disebut konka. Dinding tersebut dibentuk oleh tulang wajah (konka hidung bagian bawah dan tulang ethmoid). Bulu hidung, lendir, pembuluh darah, dan silia yang melapisi rongga hidung akan menyaring, melembabkan, menghangatkan, dan menghilangkan kotoran dari udara.

b. Faring

  1. Nasofaring - Nasofaring menerima udara yang masuk dari hidung. Terdapat saluran eusthacius yang menyamakan tekanan udara di telinga tengah. Tonsil faring (adenoid) terletak di belakang nasofaring.
  2. Orofaring - Orofaring menerima udara dari nasofaring dan makanan dari rongga mulut. Palatine dan lingual tonsil terletak di sini.
  3. Laringofaring - Laringofaring menyalurkan makanan ke kerongkongan dan udara ke laring.

c. Laring

Laring menerima udara dari laringofaring. Laring terdiri dari sembilan keping tulang rawan yang bergabung dengan membran dan ligamen. Epiglotis merupakan bagian pertama dari tulang rawan laring. Saat menelan makanan, epiglottis tersebut menutupi pangkal tenggorokan untuk mencegah masuknya makanan dan saat bernapas katup tersebut akan membuka. Tulang rawan tiroid melindungi bagian depan laring. Tulang rawan yang menonjol membentuk jakun.

Lipatan membran mukosa (Supraglottis) menghubungkan sepasang tulang arytenoid yang berada di belakang dengan tulang rawan tiroid yang berada di depan. Lipatan vestibular atas (pita suara palsu) mengandung serat otot yang memungkinkan untuk bernafas dalam waktu tertentu saat ada tekanan pada otot rongga dada (misalnya: tegang saat buang air besar atau mengangkat beban berat).

Lipatan vestibular bawah (kord vokalis superior) mengandung ligamen yang elastis. Kord vokalis superior bergetar bila otot rangka menggerakkan mereka ke jalur keluarnya udara. Hal tersebut mengakibatkan kita dapat berbicara dan menghasilkan berbagai suara. Kartilago krikoid, kartilago cuneiform, dan kartilago corniculate merupakan akhir dari laring.

Gambar: Bagian anterior dan sagital dari laring dan trakea

d. Trakea

Trakea merupakan saluran fleksibel yang panjangnya 10 sampai 12 cm (4 inci) dan berdiameter 2,5 cm (1 inci). Dindingnya terdiri dari empat lapisan yang terdiri dari:
  1. Mukosa - Merupakan lapisan terdalam trakea. Mukosa mengandung sel goblet yang dapat memproduksi lender dan epitel pseudostratified bersilia. Silia menyapu kotoran menjauhi paru-paru dan menuju ke arah faring.
  2. Submukosa - Merupakan lapisan jaringan ikat areolar yang mengelilingi mukosa.
  3. Tulang Rawan Hialin - 16-20 cincin tulang rawan hialin berbentuk C membungkus sekitar submukosa tersebut. Cincin kartilago memberikan bentuk kaku pada trakea, mencegahnya agar tidak kolaps dan membuka jalan udara.
  4. Adventitia - Merupakan lapisan terluar dari trakea. Lapisan ini tersusun atas jaringan ikat areolar (longgar).

e. Bronkus

Bronkus utama adalah dua tabung yang bercabang dari trakea untuk kiri dan kanan paru-paru. Bronkus kanan lebih gemuk dan pendek serta lebih vertikal dibandingkan dengan bronchus kiri. Bronchus dibagi ke dalam 5 bronchus sekunder (Lobus). Masing-masing lobus dikelilingi oleh jaringan penyambung, pembuluh darah, saraf, dan pembuluh limfatik.

Bronchus memiliki cilia yang berfungsi menangkap partikel-partikel dan mendorong sekret ke atas untuk selanjutnya dikeluarkan melalui batuk atau ditelan.

f. Bronkiolus

Bronkiolus adalah percabangan yang ukuran salurannya telah mengecil sampai berdiameter 1 mm dan turut dalam menyusun lobulus paru. Di dalam paru-paru, masing-masing bronkus utama bercabang dengan diameter yang lebih kecil, membentuk bronkus sekunder (lobar), bronkus tersier (segmental), bronkiolus terminal (0.5 mm diameter) dan bronchioles pernapasan mikroskopis. Dinding utama bronkus dibangun seperti trakea, tetapi cabang dari pohon semakin kecil, cincin tulang rawan dan mukosa yang digantikan oleh otot polos.

g. Alveolus

Saluran alveolus adalah cabang akhir dari pohon bronkial. Setiap Saluran alveolar diperbesar, seperti gelembung sepanjang panjangnya. Masing-masing pembesaran disebut alveolus, dan sekelompok alveolar yang bersebelahan disebut kantung alveolar. Beberapa alveoli yang berdekatan dihubungkan oleh alveolar pori-pori.

h. Membran Pernapasan

Membran pernapasan terdiri dari dinding alveolar dan kapiler. Pertukaran gas terjadi di membran ini. Karakteristik membran ini sebagai berikut:
  • Tipe I ➢ Sel tipis, sel-sel epitel skuamosa yang merupakan sel primer jenis dinding alveolar. Difusi oksigen terjadi di sel-sel.
  • Tipe II ➢ sel sel epitel kuboid yang diselingi antara sel tipe I. sel Tipe II mensekresi surfaktan paru (fosfolipid terikat protein) yang mengurangi tegangan permukaan kelembaban yang menutupi dinding alveolar. Penurunan tegangan permukaan memungkinkan oksigen untuk lebih mudah meredakan dalam kelembaban. Sebuah tegangan permukaan yang lebih rendah juga mencegah kelembaban di dinding yang berlawanan dari duktus alveolus atau alveolar dari inti dan menyebabkan saluran udara kecil runtuh.
Alveolar makrofag (sel debu) berkeliaran di antara sel-sel lainnya dari dinding alveolar menghilangkan kotoran dan mikroorganisme.

Sebuah membran basal epitel tipis membentuk lapisan luar dari dinding alveolar. Sebuah jaringan padat kapiler mengelilingi masing-masing alveolus. Dinding kapiler terdiri dari sel-sel endotel dikelilingi oleh membran tipis. Membran alveolus dan kapiler sering begitu dekat sehingga mereka
sekering.

III. Paru-Paru

Paru-paru adalah sepasang kerucut berbentuk badan yang menempati thorax. Mediastinum, rongga yang berisi jantung, memisahkan kedua paru-paru. Paru-paru kiri dan kanan dibagi oleh fisura masing-masing menjadi dua dan tiga lobus.

Setiap lobus paru-paru dibagi lagi ke segmen bronkopulmonalis (masing-masing dengan bronkus tersier), yang dibagi lagi menjadi lobulus (masing-masing dengan bronchiale terminal). Pembuluh darah, pembuluh limfatik, dan saraf menembus masing-masing lobus.

Setiap paru-paru memiliki fitur sebagai berikut:
  • Puncak dan dasar mengidentifikasi bagian atas dan bawah dari paru-paru.
  • Permukaan masing-masing paru-paru berbatasan tulang rusuk (depan dan belakang).
  • Di permukaan (mediastinal) medial, di mana masing-masing paru-paru menghadapi selain paru-paru, saluran pernapasan, pembuluh darah, dan pembuluh limfatik memasuki paru di hilus.
Pleura adalah membran ganda yang terdiri dari paru bagian dalam pleura (viseral), yang mengelilingi setiap paru-paru, dan pleura parietal luar, melapisi rongga dada. Ruang sempit antara dua membran,rongga pleura, diisi dengan cairan pleura, pelumas disekresikan oleh pleura.

IV. Mekanisme Pernapasan

Hukum Boyle menggambarkan hubungan antara tekanan (P) dan Volume (V) dari gas. Hukum Boyle menyatakan bahwa jika kenaikan volume, maka tekanan harus turun (atau sebaliknya). Hubungan ini sering ditulis sebagai PV = konstan, atau P1V1 = P2V2. Kedua persamaan dari tekanan dan volume tetap sama(hukum berlaku hanya ketika suhu tidak berubah).

Pernapasan terjadi ketika otot-otot sekitar paru-paru kontraksi atau relaksasi yang mengubah volume total udara di dalam saluran udara (bronkus, bronchioles) dalam paru-paru. Ketika volume paru-paru berubah, tekanan udara di paru-paru berubah sesuai dengan hukum Boyle. Udara keluar Jika tekanan di paru-paru lebih besar dibandingkan di luar paru-paru,. Jika terjadi sebaliknya, maka udara bergegas masuk.

Berikut merupakan mekanisme sistem pernapasan manusia:

a. Inspirasi

Inspirasi terjadi ketika diafragma dan otot interkostalis eksternal berkontraksi. Kontraksi diafragma (otot rangka bawah paru-paru) menyebabkan peningkatan ukuran rongga dada, sedangkan kontraksi otot interkostalis eksternal mengangkat tulang rusuk dan tulang dada. Dengan demikian, otot menyebabkan paru-paru untuk memperluas dan meningkatkan volume saluran udara internal. Sebagai tanggapan, tekanan udara di dalam paru-paru menurun di bawah udara luar tubuh, karena gas bergerak dari daerah tekanan tinggi ke tekanan rendah, udara masuk ke paru-paru.

b. Ekspirasi

Ekspirasi terjadi ketika otot diafragma dan interkostal eksternal rileks. Sebagai tanggapan, serat elastis pada jaringan paru-paru menyebabkan paru-paru untuk menahan diri untuk volume aslinya. Tekanan udara di dalam paru kemudian meningkat di atas tekanan udara luar tubuh, dan udara keluar. Selama tingginya tingkat ventilasi, berakhirnya difasilitasi oleh kontraksi dari otot-otot ekspirasi (otot interkostalis dan otot perut).

Pemenuhan paru-paru merupakan ukuran kemampuan paru-paru dan rongga dada untuk memperluas, karena elastisitas jaringan paru-paru dan tegangan permukaan yang rendah dari kelembaban di paru paru (dari surfaktan), paru-paru normal memiliki pemenuhan tinggi.

V. Volume dan Kapasitas Paru-Paru

Istilah-istilah berikut menggambarkan volume paru-paru berbagai pernafasan:
  • Volume tidal (TV), sekitar 500 ml, adalah jumlah udara terinspirasi saat normal, pernapasan santai.
  • Volume cadangan inspirasi (IRV), sekitar 3.100 ml, adalah tambahan udara yang dapat dihirup secara paksa setelah inspirasi normal tidal volume.
  • Volume cadangan ekspirasi (ERV), sekitar 1.200 ml, adalah tambahan udara yang dapat dihembuskan paksa setelah berakhirnya normal tidal volume.
  • Volume residu (RV), sekitar 1.200 ml, adalah volume udara masih yang tersisa di paru-paru setelah volume cadangan ekspirasi dihembuskan.
Menyimpulkan volume paru-paru tertentu menghasilkan kapasitas paru-paru sebagai berikut:
  • Kapasitas paru total (TLC), sekitar 6.000 ml, adalah maksimum jumlah udara yang dapat mengisi paru-paru (TLC = TV + IRV + ERV + RV).
  • Kapasitas vital (VC), sekitar 4.800 ml, adalah jumlah total atau udara yang dapat berakhir setelah sepenuhnya menghirup (VC = TV + IRV + ERV = sekitar 80% TLC).
  • Kapasitas inspirasi (IC), sekitar 3.600 ml, adalah maksimum jumlah udara yang dapat terinspirasi (IC = TV + IRV).
  • Kapasitas residual fungsional (FRC), sekitar 2.400 ml, adalah jumlah udara yang tersisa di paru-paru setelah ekspirasi yang normal (FRC = RV + ERV).
Beberapa dari udara di paru-paru tidak berpartisipasi dalam pertukaran gas. seperti udara terletak di ruang mati anatomi dalam bronchi dan bronchioles-yaitu, di luar alveoli.

VI. Pertukaran Gas

Dalam campuran gas yang berbeda, masing-masing gas memberikan kontribusi terhadap tekanan total campuran. Kontribusi masing-masing gas, disebut tekanan parsial adalah sama dengan tekanan bahwa gas akan memiliki jika itu sendirian di kandang. Hukum Dalton menyatakan bahwa jumlah dari tekanan parsial masing-masing gas dalam campuran adalah sama dengan tekanan total campuran.

Faktor-faktor berikut menentukan sejauh mana gas akan larut dalam cairan:
  • Tekanan parsial gas. Menurut hukum Henry, semakin besar tekanan parsial gas, semakin besar difusi gas ke cairan
  • Kelarutan gas. Kemampuan gas untuk larut dalam cairan bervariasi dengan jenis gas dan cairan.
  • Suhu cairan. Kelarutan berkurang dengan meningkatnya temperatur.
Pertukaran gas terjadi di paru-paru antara alveoli dan plasma darah dan seluruh tubuh antara plasma dan cairan interstitial.

Berikut faktor yang memfasilitasi difusi O2 dan CO2

a. Tekanan partial dan kelarutan

Kelarutan lemah dapat diimbangi oleh peningkatan tekanan parsial (atau sebaliknya). Bandingkan karakteristik berikut O2 dan CO2:
  • Oksigen - Tekanan parsial O2 di paru-paru yang tinggi (udara 21% O2), tetapi kelarutan miskin.
  • Karbon dioksida - Tekanan parsial CO2 di udara sangat rendah (udara hanya 0,04% CO2), tapi kelarutannya dalam plasma adalah sekitar 24 kali lipat dari O2.

b. Gradien tekanan parsial

Gradien adalah perubahan beberapa jumlah dari satu daerah ke daerah lainnya. Difusi gas menjadi cair (atau sebaliknya) terjadi menuruni gradien tekanan parsial-yaitu, dari daerah dengan tekanan parsial yang tinggi ke daerah tekanan parsial yang lebih rendah. Misalnya, gradien tekanan yang kuat untuk parsial O2 (pO2) dari alveoli terdeoksigenasi darah (105 mm Hg di alveoli versus 40 mm Hg di darah) memudahkan difusi cepat.

c. Luas permukaan untuk pertukaran gas

Daerah luas permukaan paru-paru mempromosikan difusi yang luas.

d. Jarak difusi

Dinding alveolar dan kapiler tipis meningkatkan tingkat difusi.

VII. Transportasi Gas

Oksigen dalam darah diangkut dengan dua cara:
  • Sejumlah kecil O2 (1,5 persen) dilakukan dalam plasma sebagai terlarut gas.
  • Sebagian oksigen (98,5 persen) dibawa dalam darah terikat dengan protein hemoglobin dalam sel darah merah. Sebuah oksihemoglobin sepenuhnya jenuh (HbO2) memiliki empat O2 molekul terpasang. Tanpa oksigen, molekul disebut sebagai deoxygemoglobin (Hb).
Kemampuan hemoglobin untuk mengikat O2 dipengaruhi oleh tekanan parsial oksigen. Semakin besar tekanan parsial oksigen dalam darah, lebih mudah mengikat oksigen Hb.

Kurva disosiasi oksigen-hemoglobin, yang ditunjukkan pada gambar di bawah, menunjukkan bahwa sebagai pO2 meningkat menuju 100 mm Hg, saturasi Hb mendekati 100%. Keempat faktor berikut menurunkan
afinitas, atau kekuatan tarik, Hb untuk O2 dan menghasilkan pergeseran kurva O2-Hb disosiasi di sebelah kanan:
  • Kenaikan suhu.
  • Peningkatan tekanan parsial CO2 (pCO2).
  • Peningkatan keasaman (penurunan pH). Penurunan afinitas Hb untuk O2, disebut efek Bohr, hasil ketika H + mengikat Hb.
  • Peningkatan BPG dalam sel darah merah. BPG (bisphosphoglycerate) yang dihasilkan dalam sel darah merah ketika mereka menghasilkan energi dari glukosa.
Gambar: Kurva disosiasi oksigen-hemoglobin

Karbon dioksida diangkut dalam darah dengan cara berikut :
  • Sejumlah kecil CO2 (8 persen) dilakukan dalam plasma sebagai gas terlarut.
  • Beberapa CO2 (25 persen) mengikat Hb dalam sel darah merah membentuk carbaminohemoglobin (HbCO2). (CO2 mengikat ke tempat yang berbeda dari yang O2).
  • Sebagian besar CO2 (65 persen) yang diangkut sebagai ion bikarbonat terlarut (HCO3-) di dalam plasma. Pembentukan HCO3-, bagaimanapun, terjadi pada sel-sel darah merah, di mana pembentukan asam karbonat (H2CO3-) adalah dikatalisasi oleh enzim karbonat anhydrase, sebagai berikut.
CO2 + H2 O fl ‡ H2 CO3 fl ‡ H + + HCO3-

Setelah pembentukan dalam sel darah merah, yang paling H+ mengikat molekul hemoglobin (menyebabkan efek Bohr) sedangkan H+ tersisa berdifusi kembali ke plasma, sedikit penurunan pH plasma.Ion HCO3- berdifusi kembali ke plasma juga. Untuk menyeimbangkan keseluruhan peningkatan muatan negatif memasuki plasma, ion klorida menyebar ke arah yang berlawanan, dari plasma ke sel-sel darah merah (klorida bergeser).

VII. Pengendalian Respirasi

Respirasi dikendalikan oleh area otak yang merangsang kontraksi dari diafragma dan otot-otot interkostal. Daerah ini, secara kolektif disebut pusat pernapasan, sebagai berikut:
  • Pusat inspirasi medullar, terletak di medullar oblongata,menghasilkan impuls saraf ritmis yang merangsang kontraksi inspirasi otot (otot diafragma dan interkostal eksternal). Biasanya, berakhirnya terjadi ketika otot-otot rileks, tapi ketika pernapasan yang cepat, pusat inspirasi memfasilitasi kedaluwarsa dengan merangsang ekspirasi otot (otot interkostal internal dan perut otot).
  • Daerah pheumotaxic, terletak di pons, menghambat pusat inspirasi, membatasi kontraksi dari otot-otot inspirasi, dan mencegah paru-paru dari terlalu datar.
  • Daerah apneustic juga terletak di pons, merangsang inspirasi pusat, memperpanjang kontraksi otot inspirasi.
Pusat-pusat pernapasan dipengaruhi oleh rangsangan yang diterima dari tiga kelompok neuron sensorik berikut:
  • Pusat kemoreseptor (saraf dari sistem saraf pusat), terletak di medulla oblongata, memantau cairan kimia serebrospinal. Ketika CO2 dari plasma memasuki cairan cerebrospinal, membentuk HCO3- dan H +, dan pH cairan tetes (menjadi lebih asam). Sebagai respon terhadap penurunan pH, stimulasi pusat kemoreseptor merangsang pusat pernapasan untuk meningkatkan dasar inspirasi.
  • Peripheral kemoreseptor (saraf dari sistem saraf perifer), terletak di badan aorta di dinding lengkung aorta dan badan karotid di dinding arteri karotid, memantau kimia darah. Peningkatan pH, atau pCO2 atau penurunan pO2, menyebabkan reseptor untuk merangsang pusat pernapasan.
  • Peregangan reseptor di dinding bronkus dan bronkiolus diaktifkan ketika paru-paru memperluas batas fisik mereka. Ini sinyal reseptor pusat pernapasan untuk menghentikan stimulasi inspirasi otot, yang memungkinkan kedaluwarsa untuk memulai. Respon ini disebut inflasi (Hering-Breur) refleks.