53
PARU
–
PARU DAN SISTEM RESPIRASI MANUSIA
Obyektif :
1. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang sistem respirasi dan penggolongannya
2. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang organ-organ dalam proses respirasi
3. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang mekanisme respirasi
4. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang pemodelan sistem respirasi.
5. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang volume dan kapasitas paru – paru.
6. Mahasiswa dapat menjelaskan tentang parameter respirasi.
6.1. Pendahuluan
Proses produksi energi dalam tubuh memerlukan oksigen dan menghasilkan
karbon dioksida. Karena itu makhluk hidup pasti memerlukan sistem untuk
mengantarkan oksigen ke seluruh sel tubuh dan mengambil karbon dioksida sisa
metabolisme. Terjadilah proses respirasi.
Secara garis besar respirasi didefinisikan sebagai pertukaran zat antar jaringan /
organ hidup. Pernapasan adalah suatu proses yang terjadi secara otomatis walau dalam
keadaan tertidur sekalipun karena sistem pernapasan dipengaruhi oleh susunan syaraf
otonom. Fungsi utama dari sistem respirasi adalah untuk memberikan oksigen ke seluruh
sel tubuh dan membuang gas karbon dioksida hasil metabolisme sel ke luar tubuh, serta
menjaga derajad keasaman darah.
6.2. Penggolongan sistem respirasi
Proses respirasi dipengaruhi oleh perbedaan tekanan udara dalam rongga dada
dengan tekanan udara di luar tubuh. Jika tekanan di luar rongga dada lebih besar maka
udara akan masuk. Sebaliknya, apabila tekanan dalam rongga dada lebih besar maka
udara akan keluar. Menurut tempat terjadinya pertukaran gas maka respirasi dapat
Respirasi internal adalah pertukaran gas antara aliran darah (pembuluh darah
kapiler) dan sel tubuh di dekatnya. Selama respirasi ini darah akan memberikan 5 – 7 %
volume oksigen yang dikandungnya dan mengambil 4 – 6 % volume karbon dioksida dari
sel tubuh. Semakin tinggi suhu tubuh, jumlah oksigen yang dilepas ke dalam sel tubuh
semakin besar. Di dalam darah oksigen berkombinasi dengan hemoglobin membentuk
oxyhemoglobin dalam sel darah merah, dan berfungsi dalam proses metabolisme tubuh.
Karbon dioksida sebagai sisa metabolisme akan bereaksi dengan air (H2O) di dalam
tubuh untuk membentuk asam karbon (H2CO3), yang kemudian terurai menjadi H+ dan
bikarbonat (HCO
-3) dan diangkut sel darah merah menuju paru-paru. Di dalam paru –
paru, H+ dan HCO
-3 bercampur lagi membentuk air (H2O) dan CO2. Proses ini
ditunjukkan dalam gambar 6.1.
Gambar 6.1. Reaksi kimia dalam proses respirasi
Sedang respirasi eksternal adalah pertukaran gas antara paru – paru dengan aliran
darah. Respirasi ini terjadi karena pengaruh kimiawi pada aktifitas syaraf tidak sadar.
Ada dua macam otot mekanis yang mempengaruhi proses respirasi yaitu musculo
membranousdiaphragma yang memisahkan rongga dada dengan rongga perut (bergerak
atas – bawah) dan otot intercostal (mengelilingi rongga dada) yang menyebabkan dada
mengembang – mengempis. Aktifitas syaraf tadi akan menimbulkan kontraksi otot yang
respirasi meskipun hanya terjadi kadang-kadang, dan dibatasi oleh internal body
homeostasis.
Ada dua macam respirasi eksternal yaitu inspirasi ( memasukkan udara luar ke
dalam paru – paru), dalam kondisi normal terdiri atas 79% nitrogen, 20.96% oksigen,
0.04% karbondioksida), dan ekspirasi (mengeluarkan udara dari paru – paru), dalam
kondisi normal terdiri atas 79% nitrogen, 17% oksigen, 4% karbondioksida).
Pusat respirasi ada dalam medulla and pons pada batang otak. Sel pada otak akan
memberikan impuls yang akan menstimulasi otot diaphragma dan otot intercostal untuk
berkontraksi. Terjadilah inspirasi. Membesarnya rongga dada menyebabkan tekanan
dalam dada berkurang (-3 mm Hg), udara dari luar akan masuk ke dalam paru-paru.
Karena paru-paru merupakan organ pasif (tanpa otot), maka paru-paru akan mengembang
menurut rongga dada.
Pusat pneumotaxic dalam pons menerima impuls dari pusat inspiratori dalam
medulla bahwa inspirasi telah mencapai puncak. Informasi ini diteruskan ke pusat
ekspiratori (dalam medulla), dan kemudian segera mengirim impuls untuk mengakhiri
inspirasi. Otot inspirasi (diaphragma dan intercostal) mengalami relaksasi, proses
ekspirasi mulai berlangsung. Tekanan dalam rongga dada meningkat (+ 3 mm Hg)
sehingga udara akan didorong keluar, dan paru – paru akan menyempit.
Kecepatan dan kedalaman respirasi selain dikontrol oleh sistem syaraf dan
konsentrasi oksigen dan karbon dioksida dalam darah., juga dipengaruhi proses kimia
dan suhu darah yang melewati otak. Selama kondisi normal, respirasi dilakukan dengan
tenang (eupnea), rata – rata kecepatan respirasi (respiratory rate = RR) sekitar 12-14
siklus per menit. Bertambahnya konsentrasi CO2 (penurunan konsentrasi O2) dalam darah
akan meningkatkan kecepatan respirasi yang artinya permintaan udara segar yang kaya
oksigen semakin meningkat. Keseimbangan asam basa darah (pH 7.4) akan meningkat
karena adanya reaksi kimia antara air dalam plasma darah dengan CO2 hasil
metabolisme. Sehingga kecepatan respirasi akan meningkat. Jika CO2 sudah dilepaskan,
konsentrasi akan berkurang dalam darah. Terjadi negatif feedback loop dan pH darah
Gambar 6.2. Pengaruh konsentrasi CO2– O2 terhadap kecepatan respirasi
6.3. Organ respirasi
Organ – organ respirasi berfungsi untuk memberikan area permukaan maksimum
pada proses difusi oksigen dan karbon dioksida (dalam paru-paru), melindungi
permukaan membran difusi dari faktor lingkungan yang berbahaya (perubahan
temperatur yang ekstrim, partikel racun, mikroorganisme dll), dan juga berfungsi untuk
selalu memperbarui gas yang berhubungan dengan area permukaan diffusi (daerah
ventilasi). Organ respirasi seperti gambar 6.3, dipisahkan menjadi dua bagian:
- Bagian konduksi : berupa hidung, pharynx, larynx, trachea, bronchi dan bronchioles
(dibatasi oleh dinding yang tebal sehingga tidak terjadi pertukaran gas)
- Bagian respirasi : berupa alveolar, atria dan kapiler paru-paru yang dibatasi oleh
dinding yang tipis sehingga terjadi pertukaran gas secara difusi.
Organ utama dalam respirasi adalah paru – paru. Istilah medis yang sering
digunakan dan berhubungan dengan paru-paru adalah pulmo yang berasal dari bahasa
latin pulmonarius yang berarti ‘tentang paru-paru’. Paru–paru memiliki tekstur yang
spongy (berongga seperti busa). Paru-paru terdiri atas dua bagian, paru–paru kanan terdiri
atas tiga bagian sedang paru-paru kiri ada dua bagian. Paru-paru kiri lebih besar
dibandingkan bagian kanan.
Respiration rate
PCO2
PO2
Gambar 6.3 Organ – organ respirasi
Bagian dalam paru-paru terdiri atas kumpulan alveolar yang berfungsi
memberikan area permukaan untuk pertukaran udara. Adanya alveolar menyebabkan
permukaan paru-paru internal lebih luas dibandingkan permukaan eksternal. Pada
permukaan membran alveolar terdapat jaringan pembuluh darah kapiler. Oksigen dalam
alveolar akan berdifusi ke dalam pembuluh kapiler, dan sebaliknya karbon dioksida
dalam pembuluh kapiler akan berdifusi ke dalam alveolar.
Gambar 6.4 Anatomi paru-paru
Selain fungsi respirasi, paru-paru juga memiliki fungsi non respirasi yaitu menjadi
lapisan lunak yang melindungi jantung dan mengubah konsentrasi zat –zat biologis aktif
6.4 Mekanisme respirasi
Sehubungan dengan organ yang terlibat dalam proses respirasi,
mekanisme pernapasan dibedakan atas dua macam, yaitu pernapasan dada dan
pernapasan perut. Kedua mekanisme ini terjadi secara bersamaan.
6.4.1 Respirasi Dada
Respirasi dada adalah pernapasan yang melibatkan otot antar tulang rusuk.
Mekanismenya dapat dibedakan sebagai berikut:
- Fase inspirasi respirasi dada.
Fase ini berupa berkontraksinya otot antar tulang rusuk sehingga rongga dada
membesar, akibatnya tekanan dalam rongga dada menjadi lebih kecil daripada
tekanan di luar sehingga udara luar yang kaya oksigen masuk.
- Fase ekspirasi respirasi dada.
Fase ini merupakan fase relaksasi atau kembalinya otot antara tulang rusuk ke posisi
semula yang dikuti oleh turunnya tulang rusuk sehingga rongga dada menjadi kecil.
Sebagai akibatnya, tekanan di dalam rongga dada menjadi lebih besar daripada
tekanan luar, sehingga udara dalam rongga dada yang kaya karbon dioksida keluar.
6.4.2 Pernapasan Perut
Pernapasan perut merupakan pernapasan yang mekanismenya melibatkan aktifitas
otot-otot diaphragma yang membatasi rongga perut dan rongga dada. Mekanisme
pernapasan perut dapat dibedakan menjadi dua tahap yakni sebagai berikut.
- Fase inspirasi respirasi perut.
Pada fase ini otot diaphragma berkontraksi sehingga diafragma mendatar, akibatnya
rongga dada membesar dan tekanan menjadi kecil sehingga udara luar masuk.
Fase ekspirasi merupakan fase berelaksasinya otot diaphragma (kembali ke
posisi semula, mengembang) sehingga rongga dada mengecil dan tekanan
menjadi lebih besar, akibatnya udara keluar dari paru-paru.
6.5. Pemodelan Sistem Respirasi
Untuk mengetahui bagaimana cara kerja sistem respirasi biasanya dimodelkan
dalam model matematik ataupun secara verbal. Tidak hanya variabel-variabel saja yang
akan diukur dengan model tersebut namun model tersebut juga digunakan untuk
menentukan karakteristik parameter fungsi respirasi. Pemodelan sistem respirasi ini
dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu :
- pemodelan transportasi gas dalam paru-paru (termasuk saluran udara extrapulmonary
dan pulmonary kapiler)
- pemodelan sistem mekanis paru-paru dan rongga dada
6.5.1. Pemodelan transportasi gas
Pemodelan ini menggambarkan transportasi gas karena adanya perubahan
konsentrasi gas dan berhubungan dengan tekanan, volume, dan kecepatan perubahan
volume paru-paru. Pemodelan transportasi gas baik dalam fase gas maupun saat gas
sudah terikat dengan darah terjadi karena adanya kesetimbangan sistem pulmonary.
Organ yang berhubungan pada transportasi ini adalah volume alveolar (gas sudah
berdifusi sempurna dalam darah), volumenya variabel dan volume deadspace (saluran
respirasi) yang konstan. Gas bergerak secara konveksi dalam saluran respirasi. Bentuk
dasar transportasi gas dalam paru – paru ada dalam gambar 6.5.
(AWOx •QAWO)in V A
(bx•Qb)in
(bx•Qb)out
Gambar 6.5 Pemodelan transportasi gas
Jika X adalah massa kimia tertentu, maka persamaan kesetimbangan massa zat X
tersebut ditunjukkan dalam persamaan 6.1
= kecepatan akumulasi massa X dalam paru-paru
X
AW O
= jumlah mol X tiap unit unit volume diukur pada katup saluran respirasi
AW O
Q = volume X tiap satuan waktu, diukur pada pembukaan saluran respirasi
X
Ub = kecepatan diffusi X keluar dari alveolar masuk ke dalam darah
AW O
= kecepatan aliran molar X melalui jaringan pembuluh darah kapiler
VA, VD = volume alveolar, volume saluran respirasi
6.5.2. Pemodelan sistem mekanis
Pemodelan mekanis pada sistem respirasi merupakan kombinasi unsur pneumatic
dan mekanik. Secara garis besar ditunjukkan dalam gambar 6.6 dimana PAWO adalah
tekanan pada katup saluran respirasi, PPL adalah tekanan pada permukaan pleural
paru-paru, QAWO adalah volume aliran gas ke dalam paru-paru, VL adalah volume gas dalam
paru-paru, PA adalah tekanan gas dalam alveolar.
V
LP
AP
PL
AWOGambar 6.6 Pemodelan mekanis sistem respirasi
Sistem mekanis pada respirasi menggambarkan korelasi antara perbedaan tekanan
pada beberapa sub sistem respirasi serta perubahan volume dan aliran gas yang
melaluinya. Dan apabila dihubungkan dengan kondisi mekanis rongga dada maka proses
respirasi dapat digambarkan seperti gambar 6.7.a dan b.
Gambar 6.7 a. Sistem mekanis paru-paru b. rangkaian ekivalen
dan rongga dada
Dimana :
AW O
P adalah tekanan pada katup saluran udara
PAadalah tekanan dalam alveolar
PPL adalah tekanan pada interpleural
PBSadalah tekanan pada permukaan tubuh
PMUS adalah beda tekanan pada otot respirasi
QAWO adalah volume aliran gas pada saluran respirasi
VL adalah volume gas dalam paru-paru
RAW adalah resistansi saluran respirasi
CstL adalah kapasitansi statis paru-paru
CstW adalah kapasitansi statis pada dinding rongga dada
Adanya kontraksi otot respirasi akan mengakibatkan adanya perubahan tekanan otot
respirasi. mempengaruhi besarnya tekanan gas. Tekanan gas yang melewati paru-paru
adalah sebesar
PL AW O
L P P
P 6.2
Persamaan yang dapat mewakili respirasi normal dalam atmosfir ada dalam persamaan
6.3.
Penggunaan huruf kecil digunakan untuk menunjukkan perubahan pada besaran yang
dimaksud.
6.6 Volume Respirasi
Volume gas yang digunakan selama respirasi dibedakan dalam beberapa
kelompok (gambar 6.8), sebagai berikut :
- Tidal volume (VT) yaitu volume udara pada respirasi normal, kondisi istirahat. Pada
laki-laki normal 70 kg volumenya sekitar 500ml.
- Inspiratory reserve volume (IRV) adalah volume udara yang dihirup diatas tidal
volume pada kondisi latihan, nilainya berkisar 2000 – 3000ml pada laki-laki normal
standard.
- Expiratory reserve volume (ERV) adalah volume udara yang dihembus pada respirasi
normal tidak relaks, nilainya berkisar 1100 ml.
- Residual volume (RV) adalah volume gas sisa dalam paru – paru sesudah
menghembus nafas maksimal. Pada laki-laki normal sekitar 1200ml, sedang pada
kondisi kolaps minimal volume adalah sekitar 500 – 600 ml.
Macam–macam volume paru–paru diatas menunjukkan kapasitas paru-paru.
Secara garis besar kapasitas paru-paru dibedakan menjadi :
- Vital capacity (VC) yaitu volume udara pada respirasi maksimal (menghirup udara
maksimal dan melepaskan udara maksimal). Jadi VC merupakan total volume dari
tidal volume, inspiratory reserve dan ekspiratory reserve volume.
- Functional residual capacity (FRC) yaitu jumlah dari expiratory reserve dan tidal
volume.
- Inspiratory capacity (IC) yaitu jumlah dari inspiratory reserve dan tidal volume
- Total lung capacity (TLC) yaitu jumlah dari semua volume respirasi (IRV, ERV, VT
dan RV)
Gambar 6.8 Volume gas dalam sistem respirasi
Pada laki-laki dewasa sehat, (berat badan 70kg) dengan respirasi santai, besaran –
besaran volume diatas akan memiliki nilai sekitar : VT 500ml, IRV 3600ml, ERV
1200ml, RV 1200ml, TLC 6000ml, VC 4800ml, IC 3600ml, FRC 2400ml.
Gambar 6.9 Volume paru – paru pada perubahan tekanan
Terlihat pada gambar 6.9, kondisi paru-paru normal (sehat) akan memiliki kapasitas
maksimal paling besar. Pada respirasi yang cepat/kencang maupun respirasi lambat,
kapasitas vital dan kapasitas total lebih sedikit dari respirasi normalnya.
6.6. Parameter Respirasi
Parameter respirasi adalah pengukuran yang mengindikasikan kondisi dan fungsi
paru-paru, meliputi: volume dan kapasitas paru–paru, resistansi saluran respirasi,
compliance (kemampuan paru-paru untuk mengembang pada inspirasi) dan elastisitas
(kemampuan paru–paru kembali ke ukuran semula pada ekspirasi) serta tekanan
intrathoracic. Pengukuran fungsi paru-paru yang penting dilakukan untuk mendapatkan
parameter respirasi adalah :
- Maximum Voluntary Ventilation yaitu pengukuran volume respirasi dalam-dalam
secara cepat dengan menggunakan spirometer.
- Forced expiratory volume timed adalah pengukuran pengukuran volume respirasi
(tarik dan hembus nafas) dengan cepat menggunakan spirometer.
- Maximum expiratory flow rate adalah pengukuran kekuatan respirasi (tarik dan
hembus nafas) dengan menggunakan pneumotachometer.
- Intraalveolar pressure adalah tekanan alveolar.
- Blood gas measurement adalah pengukuran tekanan oksigen dan tekanan karbon
dioksida secara terpisah.
- Acid base balance adalah pengukuran jumlah karbon dioksida dalam darah dengan
menggunakan pHmeter.
Dari pengukuran parameter respirasi tersebut dapat diketahui kondisi respirasi
dalam keadaan seimbang atau tidak. Kondisi respirasi tidak seimbang meliputi :
- Hyperventilation yaitu adanya ventilasi alveolar sebagai akibat pergantian karbon
dioksida. Tekanan parsial karbon dioksida jatuh dibawah 40 mmHg. Hal ini terjadi
bernapas meningkat sehingga karbondioksida lebih cepat dibuang daripada
diproduksi. Ion hidrogen dipindahkan dari cairan tubuh sehingga pH menjadi tinggi.
- Hypoventillation yaitu ventilasi pada alveolar tidak cukup untuk pergantian karbon
dioksida, sehingga tekanan parsial karbon dioksida naik lebih dari 40 mmHg. Paru –
paru gagal membuang karbondioksida secepat saat karobondioksida terbentuk.
Kenaikan formasi dari hasil asam karbon dalam jaringan ion hidrogen,
mengakibatkan turunnya pH dalam cairan tubuh.
Keadaan tidak seimbang ini akan menyebabkan keadaan tidak normal pada sistem
respirasi, diantaranya adalah :
- Hypoxia yaitu jumlah oksigen yang rendah dalam darah sehingga tekanan parsial
oksigen dalam darah rendah mendekati titik kematian. Hal ini dapat disebabkan
karena kerusakan syaraf respirasi, kerusakan alveolar, kerusakan jaringan respirasi
atau transportasi oksigen yang kurang.
- Apnea yaitu berhentinya respirasi, biasanya terjadi secara temporer. Terjadi karena
adanya kerusakan otak sehingga terjadi penurunan stimulus pada pusat respirasi.
- Hyperpnea yaitu peningkatan volume tidal dengan atau tanpa peningkatan kecepatan
respirasi yang akan mengurangi tekanan parsial oksigen dalam alveolar dan darah.
- Dyspnea adalah gangguan respirasi karena rendahnya pH darah, pneumonia,
kegagalan jantung dll.
- Polypnea (tachypnea) adalah peningkatan kecepatan respirasi tanpa adanya
peningkatan tarik-hembus udara, tapi karena adanya penyakit hypoxia.
- Hypercapnia adalah pengurangan tekanan parsial CO2 dalam darah karena kerusakan
