BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Respirasi merupakan proses penguraian bahan makanan yang menghasilkan energi. Respirasi dilakukan oleh semua makhluk hidup dengan semua penyusun tubuh, baik sel tumbuhan maupun sel hewan, dan manusia. Respirasi ini dilakukan baik siang maupun malam (syamsuri, 1980).
Istilah pernafasan sering di sama artikan dengan istilah respirasi, walau sebenarnya kedua istilah tersebut secara harfiah berbeda. Pernafasan (breathing) berarti menghirup dan menghembuskan nafas. Bernafas berarti memasukkan udara dari lingkungan luar ke dalam tubuh dan mengeluarkan udara sisa dari dalam tubuh ke lingkungan luar. Sedangkan respirasi (respiration) berarti suatu proses pembakaran (oksidasi) senyawa organik (bahan makanan) di dalam sel guna memperoleh energi.
Pada hewan – hewan tingkat tinggi terdapat alat untuk proses pernafasan, yakni berupa paru – paru, insang atau trakea, sementara pada hewan – hewan tingkat rendah dan tumbuhan proses pertukaran udara tersebut dilakukan secara langsung dengan difusi melalui permukaan sel–sel tubuhnya. Dari alat pernafasan, oksigen masih harus di angkut oleh darah atau cairan tubuh ke seluruh sel tubuh yang membutuhkan.
Selanjutnya oksigen tersebut akan dimanfaatkan untuk oksidasi di dalam sel guna menghasilkan energi.Respirasi bertujuan untuk menghasilkan energi. Energi hasil respirasi tersebut sangat diperlukan untuk aktivitas hidup, seperti mengatur suhu tubuh, pergerakan, pertumbuhan dan reproduksi.
O2 dapat keluar masuk jaringan melalui difusi (Putri. ND). Difusi adalah proses dimana terjadi pertukaran O2 dan CO2 pada pertemuan udara dengan darah (Ardi. 2011). Proses pertukaran O2 dan CO2 terjadi melalui dua tahap, yaitu pernapasan luar (eksternal) dan pernapasan dalam (internal) (Purwaning. 2014). Pentingnya proses difusi dalam proses pernapasan maka Penulis membuat makalah yang berjudul “Difusi O2 dan CO2” untuk meningkatkan pengetahuan dan pemahaman lebih lanjut mengenai hal ini.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari makalah ini adalah:
1. Apakah definisi dari difusi dan bagaimana proses difusi O2 dan CO2? 2. Faktor-faktor apa sajakah yang mempengaruhi difusi O2 dan CO2? 3. Apakah definisi dari kapasitas difusi dan faktor apa sajakah yang
mempengaruhinya?
1.3 Tujuan
Tujuan dari makalah ini adalah:
1. Mengetahui definisi dari difusi dan bagaimana proses difusi O2 dan CO2. 2. Mengetahui faktor-faktor apa sajakah yang mempengaruhi difusi O2 dan CO2. 3. Mengetahui definisi dari kapasitas difusi dan faktor apa sajakah yang
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Proses Difusi O2 dan CO2
Difusi adalah proses dimana terjadi pertukaran O2 dan CO2 pada pertemuan udara dengan darah (Ardi. 2011). Proses pertukaran O2 dan CO2 terjadi melalui dua tahap, yaitu pernapasan luar (eksternal) dan pernapasan dalam (internal) (Purwaning. 2014).
Oksigen masuk melalui inspirasi dari rongga hidung sampai alveolus. Karena tekanan parsial oksigen pada alveolus lebih tinggi daripada tekanan parsial oksigen pada kapiler arteri, maka terjadilah difusi. Lalu oksigen di kapiler paru-paru diikat oleh eritrosit yang mengandung hemoglobin hingga menjadi jenuh.
Hemoglobin terbagi menjadi 4 subunit yang masing-masing memiliki bagian yang bernama heme. Di setiap pusat heme terdapat unsur besi yang dapat berikatan dengan oksigen. Sehingga setiap molekul hemoglobin dapat mengikat 4 molekul oksigen berbentuk oksihemoglobin. Secara sederhana, pengikatan oksigen oleh hemoglobin dapat diperlihatkan menurut persamaan reaksi bolak-balik berikut ini :
Hb + 4 O2 → Hb(O2)4
Hemoglobin akan mengangkut oksigen ke jaringan tubuh yang kemudian akan berdifusi dengan sel-sel tubuh yang akan digunakan untuk proses respirasi. Di dalam sel-sel tubuh atau jaringan tubuh, oksigen digunakan untuk proses respirasi yang terjadi pada mitokondria sel. Semakin banyak oksigen yang digunakan oleh sel-sel tubuh, semakin banyak pula karbon dioksida yang dibentuk dari proses respirasi. Maka dari itu, tekanan parsial karbon dioksida (PCO2) didalam kapiler vena lebih rendah daripada di dalam sel-sel tubuh. Sehingga terjadi proses difusi karbon dioksida dari dalam sel-sel tubuh menuju kapiler vena yang akan kembali ke paru-paru.
dikeluarkan dari tubuh. Setelah mendapatkan ion H+ dari HHb, ion bikarbonat tersebut menjadi asam bikarbonat. Lalu terurai menjadi air dan karbon dioksida (………..).
2.1.1 Pernapasan Eksternal
Pernapasan eksternal merupakan pertukaran O2 dari udara dengan CO2 dari kapiler darah dalam alveolus. Difusi terjadi melalui membran respirasi yang merupakan dinding alveolus yang sangat tipis dengan ketebalan rata-rata 0,5 mikron. Di dalamnya terdapat jalinan kapiler yang sangat banyak dengan diameter 8 angstrom. Dalam paru2 terdapat sekitar 300 juta alveoli dan bila dibentangkan dindingnya maka luasnya mencapai 70 m2 pada orang dewasa normal (Iswanto. 2012). Membrane respirasi terdiri atas :
Sel epitel dinding alveoli
Sel epitel membrane basalis alveoli
Ruang interstitial antara membrane basal alveoli dengan membran basal dinding pembuluh darah
Membrane basalis pembuluh darah
Endotel pembuluh darah (Guyton dan Hall. 2012)
Proses difusi ini dapat berlangsung karena perbedaan tekanan parsial antara O2 dalam alveolus dengan O2 dalam kapiler darah. Tekanan parsial O2 dalam alveolus lebih tinggi dibanding O2 dalam kapiler darah.
Darah akan masuk ke dalam kapiler paru-paru yang mengangkat sebagian besar karbon dioksida sebagai ion bikarbonat (HCO3-) dengan persamaan reaksi seperti berikut.
H+ + HCO3- → H2CO3
menembus selaput alveolus dan berikatan dengan haemoglobin (Hb) dalam darah yang disebut deoksigenasi dan menghasilkan senyawa oksihemoglobin(HbO) seperti reaksi berikut :
Adapun tahapan proses pengikatan oksigen diatas adalah sebagai berikut : Alveolus memiliki O2 lebih tinggi dari pada O2 di dalam darah.
O2 masuk ke dalam darah melalui difusi melewati membran alveolus
Di dalam darah, O2 sebagian besar (98%) diikat oleh Hb yang terdapat pada Eritrosit menjadi Oksihemoglobin (HbO2).
Selain diikat oleh Hb, sebagian kecil O2 larut di dalam plasma darah (2%). Setelah berada di dalam darah, O2 kemudian masuk ke jantung melalui
vena pulmonalis untuk diedarkan ke seluruh tubuh yang membutuhkan melalui jaringan sel untuk proses oksidasi.
O2 yang sudah terikat pada hemoglobin dalam bentuk oksihemoglobin tadi diangkut menuju sel, dengan reaksi:
O2 yang masuk ke dalam jaringan kemudian akan diberikan pada mitokondria (organela sel)untuk respirasi seluler. Dari respirasi selular itulah energi dihasilkan. Tetapi dalam peristiwa ini tidak hanya O2 saja yang diperlukan, melainkan juga makanan yg terlarut dalam darah.
Gambar 2.1.1 Pernapasan Eksternal (Jhonson dalam Yen. 2012)
2.1.2 Pernapasan Internal
Proses terjadinya pertukaran gas pada pernapasan internal berlangsung (pertukaran gas di dalam jaringan tubuh) darah masuk ke dalam jaringan tubuh, oksigen meninggalkan hemoglobin dan berdifusi masuk ke dalam cairan jaringan tubuh. Reaksiya sebagai berikut:
HbO2 → Hb + O2
Dalam keadaan biasa, tubuh kita menghasilkan 200ml karbondioksida per hari. Pengangkutan CO2 di dalam darah dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu sebagai berikut :
1. Sekitar 60-70% CO2 diangkut dalam bentuk ion bikarbonat ( HCO−¿3¿ )oleh
plasma darah, setelah asam karbonat yang terbentuk dalam darah terurai menjadi ion hydrogen ( +¿H¿ ) dan ion bikarbonat ( −¿
HCO3¿ ). Ion +¿
H¿
bersifat racun, oleh sebab itu, ion ini segera diikat Hb, sedangkan ion −¿
HCO3¿ meninggalkan eritrosit masuk ke plasma darah. Kedudukan ion
−¿
HCO3¿ dalam eritrosit diganti oleh ion klorit. Persamaan reaksinya sebagai
berikut :
H2O + CO2 → H2CO3 → +¿H¿ + −¿
HCO3¿
2. Lebih kurang 25% CO2 diikat oleh hemoglobin membentuk karboksihemoglobin.Secara sederhana reaksi CO2 dengan Hb ditulis sebagai berikut :
CO2 + Hb → Hb CO2
Karboksihemoglobin disebut juga karbominohemoglobin karena bagian dari hemoglobin yang mengikat CO2 adalah gugus asam amino. Reaksinya sebagai berikut :
CO2 + RNH2 → RNHCOOH
3. Sekitar 6-10% CO2 diangkut plasma darah dalam bentuk senyawa asam
karbonat H
¿ ¿ ¿
Gambar 2.1.2 Pernapasan Internal (Jhonson dalam Yen. 2012)
2.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Difusi O2 dan CO2
Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap difusi O2 dan CO2 yaitu: tebalnya membran pernapasan, luas permukaan membran pernapasan, koefisien difusi, tekanan parsial, jumlah eritrosit / kadar Hb, dan reaksi kimia dalam darah.
1. Tebalnya membran pernapasan kadang meningkat, contohnya, akibat cairan endema dalam ruang interstitial membran dan di dalam alveoli-sehingga gas-gas pernapasan kemudian harus berdifusi tidak hanya melalui membran tetapi juga melalui cairan ini. Demikian juga beberapa penyakit paru yang menyebabkan fibrosis paru, dapat menambah ketebalan beberapa bagian membran pernapasan. Karena kecepatan difusi melalui membran berbanding terbalik dengan ketebalan membran, maka setiap factor yang dapat meningkatkan ketebalan membran lebih dari dua sampai tiga kali normal dapat menghalangi pertukaran gas secara bermakna.
berkurang sampai lima kali lipat akibat hilangnya dinding alveolus. Bila jumlah total permukaan berkurang sampai mencapai sepertiga hingga seperempat normal, pertukaran gas melalui membran tersebut sangat terganggu, bahkan dalam keadaan istirahat, dan selama pertandingan olahraga dan latihan berat lainnya, bahkan penurunan luas permukaan paru yang paling sedikit pun dapat mengganggu pertukaran gas pernapasan.
3. Koefisien difusi untuk memindahkan setiap gas melalui membran pernapasan bergantung kepada kelarutan gas dalam membran dan, berbanding terbalik dengan akar pangkat dua berat molekul gas. Kecepatan difusi dalam membran pernafasan hamper sama dengan kecepatannya dalam air, alasan untuk ini telah dijelaskan sebelumnya. Oleh karena itu, untuk pembedaan tekanan tertentu, karbondioksida berdifusi kira-kira 20 kali lebih cepat dari oksigen. Oksigen berdifusi kira-kira dua kali lebih cepat dari nitrogen.
4. Perbedaan tekanan di antara kedua sisi membran pernapasan adalah perbedaan antara tekanan parsial gas dalam alveoli dan tekanan parsial gas dalam darah kapiler paru. Tekanan parsial menyatakan suatu ukuran jumlah total molekul gas tertentu yang membentur suatu satuan luas permukaan membran alveolus pada satu satuan waktu, dan tekanan gas dalam darah menyatakan jumlah molekul yang berusaha keluar dari darah dalam arah yang berlawanan. Oleh karena itu, perbedaan antara kedua tekanan ini adalah ukuran kecenderungan netto untuk molekul gas bergerak melalui membran. Bila tekanan parsial dalam alveoli lebih besar daripada tekanan gas dalam darah, seperti pada oksigen , terjadi difusi netto dari alveoli ke dalam darah; bila tekanan parsial dalam alveoli, seperti pada karbon dioksida, terjadi difusi netto dari darah ke dalam alveoli (Guyton dan Hall. 2012).
5. Semakin banyak jumlah/kadar Hemoglobin dalam darah akan mempercepat proses difusi. Hal ini karena jumlah darah yang mengikat O2 lebih banyak sehingga difusi lebih cepat terjadi (………..).
tekanan gas akan meningkat. Akibatnya tidak ada lagi gas yang berdifusi melewati membrane respirasi. Dibawah ini dapat dilihat tekanan parsial beberapa gas yang ada di atmosphir, alveoli dan darah kapiler paru – paru.
Keterangan :
M : Banyaknya gas yang berdifusi D : Koefisien Difusi
[image:10.595.116.508.431.587.2]A : Luas Permukaan Alveoli A1-a2: Perbedaan Tekanan Gas X : Jarak difusi ( tebal membran) Tabel Tekanan Parsial Gas / Udara Pernapasan
Gas
Udara Atmosphir Udara Alveoli Darah
% mmHg % mmHg Arteri
(mmHg)
Vena (mmHg)
O2 20,94 159,1 14,2 101 100 40
CO2 0,04 0,3 5,5 39 40 46
N2 79,02 600,6 80,3 573 573 573
Total 100,00 760,0 100,00 713 713 659
(Soma. ND)
2.3 Kapasitas Difusi
Volume gas yang berdifusi melalui membran respirasi per menit untuk setiap perbedaan tekanan sebesar 1 mmHg disebut dengan kapasitas difusi. Kapasitas difusi oksigen dalam keadaan istirahat sekitar 230 ml/menit. Saat aktivitas meningkat maka kapasitas difusi ini juga meningkat karena jumlah kapiler aktif meningkat disertai Dilatasi kapiler yang menyebabkan luas
istirahat adalah 400-450 ml/menit. Saat bekerja meningkat menjadi 1200-1500 ml/menit (Iswanto. 2012).
Faktor – faktor yang mempengaruhi kapasitas difusi : 1. Ukuran Tubuh / Body Size
Ukuran tubuh akan mempengaruhi besar rongga dada. Semakin besar rongga dada akan memiliki besar paru – paru yang semakin besar, semakin besar paru ruang dalam paru (Alveoli) akan semakin luas (Soma. ND).
2. Umur
Umur terkait dengan besar rongga dada dan kekuatan otot respirasi untuk berkontraksi dan mengembangkan rongga dada. Pada anak – anak besar rongga lebih kecil daripada orang dewasa. Pada orang tua kekuatan otot – otot respirasi semakin lemah sama dengan anak – anak. Sehingga ruang dada mengembang tidak maksimal (Soma. ND).
3. Volume Alveoli
Otot inspirasi bekerja untuk meningkatkan volume rongga toraks. Pada saat otot inspirasi berkontraksi, terjadi peningkatan volume rongga toraks dan meningkatkan peregangan paru, tekanan intrapleura menjadi lebih negatif. Selanjutnya, gradien tekanan transmural akan melebarkan dinding alveoli, kadang-kadang disebut juga tekanan transpulmonal, dan alveoli mengembang secara pasif. Peningkatan volume alveoli akan menurunkan tekanan dalam rongga alveoli dan prbedaan tekanan udara menyebabkan aliran uadara masuk ke dalam paru (Campbell. 2003).
4. Ventilasi
Ventilasi merupakan proses pertukaran udara antara atmosfer dengan alveoli. Proses ini terdiri dari inspirasi (masuknya udara ke paru-paru) dan ekspirasi (keluarnya udara dari paru-paru) (Abique. 2009).
5. Temperatur tubuh
6. Posisi Tubuh
Posisi tubuh juga mempengaruhi volume dan kapasitas paru-paru, biasanya menurun bila berbaring, dan meningkat bila berdiri. Perubahan pada posisi ini disebabkan oleh dua faktor, yaitu kecenderungan isi abdomen menekan ke atas melawan diafragma pada posisi berbaring dan peningkatan volume darah paru-paru pada posisi berbaring, yang berhubungan dengan pengecilan ruang yang tersedia untuk udara dalam paru-paru (Guyton & Hall dan Astrand dalam Toch. 2013).
7. Penyakit
Salah satu contohnya adalah TBC. TBC adalah penyakit yang disebabkan oleh bakteri Mycobacterium tuberculosis. Bakteri ini dapat menyerang seluruh organ tubuh manusia, namun yang paling sering diserang adalah paru-paru (maka secara umum sering disebut sebagai penyakit paru-paru / TB Paru-paru). Bakteri ini menyerang paru-paru sehingga pada bagian dalam alveolus terdapat bintil-bintil. Penyakit ini menyebabkan proses difusi oksigen yang terganggu karena adanya bintik-bintik kecil pada dinding alveolus. Jika bagian paru-paru yang diserang meluas, sel-selnya mati dan paru-paru mengecil. Hal ini akan mengurangi kapasitas vital dan kapasitas pernapasan (Hedi. 2013).
Berdasarkan tinjauan pustaka yang ada dapat disimpilkan bahwa difusi adalah proses dimana terjadi pertukaran O2 dan CO2 pada pertemuan udara dengan darah (Ardi. 2011). Proses pertukaran O2 dan CO2 terjadi melalui dua tahap, yaitu pernapasan luar (eksternal) dan pernapasan dalam (internal) (Purwaning. 2014).
