Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Respirasi: Proses Barter Udara

Fungsi utama sistem pernapasan atau sistem respirasi adalah menyediakan darah yang mengandung banyak oksigen ({\rm O}_2) untuk disalurkan ke seluruh tubuh. Ketika bernapas, kita menghirup {\rm O}_2 dan mengeluarkan karbondioksida ({\rm CO}_2). Pertukaran gas inilah yang memungkinkan sistem respirasi mendapatkan oksigen.

Berdasarkan fungsinya, sistem respirasi dibagi menjadi zona konduksi dan zona respirasi. Zona konduksi terdiri dari hidung, faring, laring, trakea, bronkus, dan sebagian bronkiolus. Sistem ini memungkinkan udara keluar masuk paru-paru (proses ventilasi). Sementara itu, zona respirasi dibentuk oleh bagian paru yang lebih dalam lagi, termasuk alveolus. Selain membutuhkan sebuah struktur yang tipis, proses pertukaran  juga membutuhkan luas area yang cukup besar yang memungkinkan {\rm O}_2 berdifusi ke kapiler paru dan bertukar dengan {\rm CO}_2. Alveolus memenuhi persyaratan tersebut. Proses pertukaran gas di alveolus ini disebut proses difusi, yang merupakan inti dari respirasi.

Apa saja yang membentuk sistem pernapasan?

Anatomi sistem saluran pernapasan. (http://biology.slss.ie/resources/respiratory system.ppt)

Anatomi sistem saluran pernapasan.
(http://biology.slss.ie/resources/respiratory system.ppt)

Hidung merupakan pintu masuknya {\rm O}_2 dan keluarnya {\rm CO}_2. Udara yang dihirup akan disiapkan atau dikondisikan sedemikian rupa sehingga aman untuk masuk ke saluran pernapasan selanjutnya. Panas yang dihasilkan dari pembuluh darah di dalam mukosa hidung akan menghangatkan udara sehingga suhu udara akan mendekati suhu tubuh. Dengan suhu tersebut, udara dari atmosfer tidak akan menyebabkan iritasi saluran pernapasan. Pada saat bersamaan, mukus dihasilkan oleh sel-sel goblet di dalam mukosa hidung yang berguna untuk melembapkan dan menangkap benda asing. Keberadaan silia atau rambut getar yang bergerak seperti gelombang akan menggerakkan dan menyapu mukus yang masih berisi debris atau benda asing ke kerongkongan untuk ditelan. Semua proses tersebut merupakan upaya untuk membersihkan dan melembapkan udara yang kita hirup agar aman masuk ke saluran pernapasan yang lebih dalam.

Ruangan-ruangan terbuka di sekitar hidung yang berisi udara (disebut sinus) akan menghasilkan mukus yang kemudian dikeluarkan ke hidung. Sinusitis bisa terjadi karena infeksi, alergi, atau adanya iritan yang menyebabkan mukosa sinus meradang. Udara yang terperangkap di sinus akan diserap oleh pembuluh darah. Hal ini mengakibatkan terjadinya tekanan negatif atau vakum sehingga menimbulkan rasa nyeri. Keadaan vakum ini akan menyebabkan cairan dari pembuluh darah masuk ke dalam sinus sehingga bakteri atau organisme lain bisa berkembang di dalam cairan tersebut dan akan menyebabkan inflamasi atau radang.

Faring merupakan saluran yang mengalirkan udara dari rongga hidung ke laring. Mukosanya juga berisi sel goblet yang mengeluarkan mukus untuk semakin membersihkan, menghangatkan, dan melembabkan udara sebelum masuk ke saluran pernapasan yang lebih dalam lagi. Faring ini juga merupakan bagian dari sistem pencernaan yang membantu menjaga jaringan di bawahnya saat menelan makan. Jangan heran, kadang-kadang kita menelan nasi, tersedak, dan nasi keluar dari hidung karena di faringlah saluran pencernaan dan pernapasan bertemu.

Di faring ada saluran yang menuju ke telinga tengah. Ketika kita menguap, udara akan mengalir di antara telinga tengah dan faring. Proses ini akan menyeimbangkan tekanan dalam membran timpani sehingga akan memudahkan membran timpani bergetar ketika ada gelombang suara. Perbedaan tekanan inilah yang menyebabkan telinga menjadi sakit dan berkurang pendengarannya saat pesawat take off atau landing. Hal ini menerangkan mengapa menguap menjadi salah satu solusi untuk mengurangi keluhan tersebut.

Ketika kita membuka mulut, jalan masuk menuju faring dari hidung dan mulut dilindungi oleh tonsil (sering disebut amandel) yang berguna untuk menangkap kuman yang masuk ke saluran pernapasan. Kuman yang berada di tonsil ini kemudian akan dihancurkan oleh limfosit dan sel darah putih lain. Suatu keadaan ketika terjadi radang atau nyeri disebut sebagai tonsilitis.

Laring menjaga saluran napas antara faring dan trakea. Ketika menelan makanan, gerakan tulang rawan akan menutup jalan masuk ke laring sehingga makanan dan minuman tidak bisa masuk ke saluran pernapasan. Di sini udara yang terhirup akan makin dihangatkan, dilembapkan dan dibersihkan. Selain itu di laring juga terdapat pita suara untuk menghasilkan suara.

Epiglotis merupakan jaringan penutup yang berbentuk seperti daun dan terdapat di bagian atas laring. Saat menelan, otot bagian luar epiglotis akan menggerakkan laring ke atas. Kemudian epiglotis akan mendatar dan berkontraksi atau mengerut sejajar dengan lidah sehingga akan menutup laring saat makanan ditelan. Karena laring tertutup, makanan akan masuk ke kerongkongan. Saat berbicara, laring akan membuka (karena pita suara ada di laring). Inilah pentingnya untuk tidak berbicara saat makan. Laring yang terbuka memungkinkan makanan masuk ke saluran pernapasan dan menyebabkan tersedak.

Trakea atau tenggorokan merupakan pipa di depan kerongkongan, yang merupakan bagian saluran pernapasan bawah. Di sini juga terdapat sel goblet yang fungsinya sama dengan saluran pernapasan di atasnya. Trakea bercabang menjadi dua menuju ke paru-paru kanan dan paru-paru kiri.

Bagian terujung saluran pernapasan dan merupakan unit terkecil dari paru-paru adalah alveolus. Bentuknya seperti kumpulan buah anggur. Pada orang dewasa jumlahnya mencapai 600 juta. Sel-sel alveolus menghasilkan surfaktan, yaitu kompleks fosfolipid dan protein yang berguna untuk mengurangi tegangan permukaan dalam alveolus sehingga menjaga alveolus tidak saling menempel saat mengempis sewaktu mengeluarkan udara. Alveolus dikelilingi oleh kapiler pembuluh darah, tetapi terpisah dari alveolus oleh suatu membran. Selain itu, di dalam alveolus juga terdapat makrofag yang akan menelan benda asing atau kuman-kuman.

Paru-paru dibungkus oleh selaput berisi air yang disebut pleura, yang berguna untuk membantu proses ventilasi atau masuknya udara. Paru-paru juga dilindungi oleh tulang iga atau costa, dan diafragma yang sangat berperan dalam proses ventilasi.

Lantas bagaimana sistem pernapasan bekerja?

Ventilasi

Udara dapat keluar masuk dari atmosfer ke paru-paru karena adanya perbedaan tekanan di dalam rongga dada dan di luar dada. Perbedaan tekanan tersebut terjadi apabila ada perubahan volume dalam dada. Menurut hukum Boyle, tekanan berbanding terbalik dengan volume. Pada saat menarik napas (inspirasi), volume rongga dada akan bertambah besar sehingga tekanan menurun. Sebaliknya, pada saat mengeluarkan napas (ekspirasi), volume rongga dada akan mengecil sehingga tekanan dalam dada meningkat.

Paru-paru dapat mengembang dan mengempis melalui dua cara. Cara pertama adalah dengan gerakan naik turunnya diafragma yang menyebabkan rongga dada memanjang dan memendek.  Pada saat inspirasi, diafragma berkontraksi sehingga permukaan bawah paru terdorong ke bawah yang mengakibatkan bertambahnya volume paru. Ketika  ekspirasi, diafragma relaksasi sehingga permukaan bawah paru tertarik ke atas. Cara kedua adalah dengan gerakan naik turunnya tulang iga yang menyebabkan bertambah dan berkurangnya diameter anteroposterior rongga dada (diameter rongga dada dari depan ke belakang). Pada saat inspirasi, tulang iga terangkat sehingga tulang dada tertarik ke depan dan menyebabkan bertambahnya diameter anteroposterior. Diameter ini dapat bertambah hingga 20% pada inspirasi maksimal.

Ed09-biologi-2

“Ventilasi” pada paru-paru.

Paru-paru memiliki struktur elastis seperti balon karet. Paru-paru akan mengerut karena gaya elastisnya (elastic recoil), tetapi tidak dapat mengembang secara aktif tanpa bantuan dinding dada. Sementara itu, dinding dada dapat secara aktif meregang atau mengerut walaupun tanpa paru-paru akibat kontraksi atau relaksasi otot respirasi.

Difusi

Difusi adalah proses pertukaran gas antara alveolus dan darah. Oksigen berdifusi melalui membran alveolus-kapiler dari tekanan tinggi di alveolus (100 mmHg) ke tekanan rendah di kapiler paru-paru (40 mmHg). Agar bisa bertukar, {\rm O}_2 di alveolus (berasal dari udara yang dihirup) dan {\rm CO}_2 dari kapiler darah (yang merupakan hasil sisa dari pemakaian {\rm O}_2 di seluruh tubuh) harus secara cepat menembus membran alveolus-kapiler.

Proses pertukaran gas atau difusi

Proses pertukaran gas atau difusi.

Selanjutnya, oksigen yang telah berdifusi ke dalam kapiler darah akan diikat oleh hemoglobin (protein di dalam sel darah merah/eritrosit) di pembuluh darah arteri. Hemoglobin ini yang kemudian menjadi kendaraan untuk menyebarkan oksigen ke seluruh tubuh. Pada saat yang sama, darah yang sudah dipakai di seluruh tubuh dalam pembuluh darah kapiler vena akan mengeluarkan {\rm CO}_2 ke alveolus. {\rm CO}_2 ini selanjutnya akan melewati jalur yang sama seperti saat proses ventilasi udara, untuk dikeluarkan dari saluran napas saat ekspirasi.

Bahan bacaan:

Penulis:
Indah Kartika Murni, staf kesehatan di RSUP dr Sardjito dan dosen Bagian Ilmu Kesehatan Anak, Fakultas Kedokteran UGM, Yogyakarta. Kontak: ita_kartika(at)yahoo(dot)com.