Biologi
UNTUK SMA/MA KELAS XI
Bab 5
Sistem Pernapasan
Pendahuluan
Salah satu ciri makhluk hidup adalah melakukan pernapasan.
Secara umum, pernapasan (respirasi) merupakan proses menghirup dan menghembuskan udara. Namun, dalam fisiologi, pernapasan meliputi dua proses, yaitu pernapasan
eksternal dan pernapasan internal.
Temukan beberapa permasalahan berkaitan dengan sistem pernapasan pada manusia dan diskusika dengan teman dan
guru untuk memprediksi jawabannya.
Daftar Isi
Sistem Pernapasan pada Manusia
Gangguan Sistem Pernapasan
Teknologi Sistem Pernapasan
Proses Pernapasan
Pernapasan Eksternal Pernapasan Internal
Rangkaian proses pertukaran oksigen dan karbondioksida antara
tubuh dan lingkungan eksternal
Proses-proses metabolisme penggunaan oksigen serta pembentukan karbondioksida dan air yang terjadi pada mitokondria di
dalam sel (intrasel). Oksigen diperlukan tubuh untuk
memproduksi energi
A. Sistem Pernapasan pada Manusia
Mengambil oksigen dari atmosfer ke dalam sel-sel tubuh
Fungsi
Melepaskan karbondioksida yang dihasilkan oleh sel-sel tubuh ke
atmosfer
Jalur untuk pengeluaran air dan panas
Mempertahankan keseimbangan asam basa dengan mengubah jumlah karbondioksida dan asam karbonat sebagai penghasil ion H+
Memungkinkan berbicara, menyanyi, atau pembentukan
vokal lainnya
Sistem pertahanan terhadap benda asing yang terhirup
A. Sistem Pernapasan pada Manusia
Mengeluarkan, memodifikasi, mengaktifkan, atau
menginaktifkan berbagai bahan yang mengalir melewati sirkulasi
paru-paru
Fungsi
Meningkatkan aliran balik vena akibat aktivitas pernapasan
Sebagai indra penciuman yang dilakukan oleh organ pernapasan
hidung
Alat Pernapasan
Saluran Pernapasan
Terdiri atas :
Organ Pernapasan Pompa Ventilasi Paru-paru
Tabung atau pipa yang mengangkut udara dari atmosfer ke kantong udara
pada organ paru-paru.
Terdiri atas dinding dada, otot pernapasan yang memperbesar dan memperkecil ukuran rongga
dada, pusat saraf pernapasan
Saluran dan Organ Pernapasan
Laring
Hidung Trakea
Tersusun atas
Bronkus Pulmo
Hidung
Saluran udara yang pertama dan memiliki dua lubang yang dipisahkan oleh sekat hidung Struktur : berbentuk piramida yang tersusun dari tulang rawan hialin dan jaringan fibroareolar
Fungsi
Menyaring partikel
Melembabkan dan menghangatkan udara yang masuk
Mematikan mikroorganisme
Sebagai indra penciuman
Saluran hidung membuka ke dalam faring yang merupakan saluran bersama sistem pernapasan dan sistem pencernaan sheingga udara di dalam faring
dapat berasal dari hidung atau mulut ketika saluran hidung tersumbat
Faring
Terdapat dua saluran :
Trakea
• Trakea dilalui oleh udara
Esofagus
• Esofagus yang dilalui makanan menuju ke lambung
• Esofagus selalu tertutup kecuali ketika menelan makanan. Hal ini terjadi agar udara tidak masuk ke lambung pada waktu bernapas. Pada saat menelan makanan, terjadi mekanisme refleks yang menutup trakea agar makanan masuk ke esofagus, bukan ke trakea
Laring
Saluran udara yang terletak di bagian depan faring hingga bagian bawah trakea
Terdiri atas : kepingan tulang rawan, ligamen, membran, tonjolan jakun (Adam’s apple) epiglottis, dan pita suara
Epiglotis : katup tulang rawan dan berfungsi
membantu laring menutup sewaktu menelan Pita suara : jaringan elastis yang melintang di pintu masuk laring
Pita suara palsu
Pita suara palsu Pita suara sejatiPita suara sejati
Trakea
Saluran lanjutan dari laring, memiliki panjang 9-11 cm, dan dibentuk oleh 16-20 cincin tulang rawan berbentuk huruf C
• Tulang rawan pada trakea berfungsi untuk mempertahankan trakea agar tetap terbuka
• Bagian dalam saluran trakea dilapisi oleh selaput lendir dari sel-sel bersilia dan sel goblet
• Silia hanya bergerak ke arah laring sehingga dapat
mengeluarkan debu dan butiran benda asing halus
yang masuk bersama udara pernapasan
Bronkus
Cabang kanan dan kiri dari trakea serta memiliki struktur yang sama dengan trakea Bronkus kanan cenderung lebih pendek dan besar daripada bronkus kiri
Bronkus kanan : terdiri atas 6-8 cincin tulang rawan
dan masuk ke paru=paru kanan Bronkus kiri : terdiri atas 9-12 cincin tulang rawan dan masuk ke paru=paru kiri
Pada paru-paru, bronkus terus bercabang-cabang menjadi saluran napas yang semakin sempit, pendek, dan banyak seperti percabangan pohon. Cabang pada bronkus disebut dengan bronkiolus. Pada bronkiolusm tidak terdapat cincin kartilago, tetapi tetap mengandung sel-sel
bersilia. Di ujung bronkiolus terminat, terdapat alveolus
Pulmo
Organ pernapasan utama berbentuk kerucut
Terdiri atas : jaringan elastik berpori seperti spons dan berisi
udara, serta terletak di rongga toraks sebelah kanan dan kiri yang dipisahkan jantung, di atas
diafragma
Paru-paru sebelah kanan : tiga lobus Paru-paru sebelah kiri : dua lobus
Struktur paru-paru : tersusun atas 300 juta alveolus. Tiap alveolus mengandung satu lapisan sel epitel skuamosa
dan dikelilingi pembuluh kapiler tempat pertukaran oksigen dan karbondioksida
Pulmo
Paru-paru terbungkus oleh lapisan-lapisan pleura, yaitu :
Pleura parietal : melapisi sangkar rusuk, diafragma, dan mediastinum (rongga di antara paru-paru kanan
dan kiri)
Pleura viseral : melapisi paru-paru dan bersambungan dengan pleura parietal di bagian
bawah paru-paru
Rongga pleura : ruangan berisi cairan pelumas di antara pleura parietal dan pleura viseral
Resesus pleura : rongga pleura yang tidak terisi jaringan paru-paru. Saat bernapas, paru-paru
bergerak keluar, kemudian masuk ke area ini
Mekanisme Pernapasan
Tekanan atmosfer (udara
luar) Tekanan intrapulmonari
(intraalveolus)
Tekanan yang berperan dalam proses pernapasan
Tekanan intrapleura
Hubungan antara tekanan dan volume gas dinyatakan dalam Hukum Boyle, yaitu volume gas bervariasi berbanding terbalik dengan tekanan pada suhu konstan
Proses yang kompleks dan bergantung pada perubahan volume rongga dada (toraks) dan perubahan tekanan
Mekanisme Pernapasan
Mekanisme pernapasan dilakukan oleh kerja :
• Otot utama (otot interkostalis luar dan otot diafragma)
• Otot-otot tambahan / otot aksesoris (otot interkostalis dalam, otot sternokleidomastoideus,otot skalenus, otot pektoralis major, dan otot serratus anterior)
Dilakukan oleh otot interkostal
Pernapasan dada Pernapasan perut
Dilakukan oleh otot diafragma
Otot aksesoris
Berperan dalam
pernapasan dalam dan peningkatan kecepatan pernapasan
Siklus Pernapasan
Dalam 1 kali siklus pernapasan
1 kali proses menghirup udara (inspirasi) 1 kali proses mengeluarkan udara (ekspirasi)
• Proses aktif yang dilakukan oleh kerja otot (memerlukan kontraksi otot)
• Proses pasif yang tidak memerlukan kontraksi otot
Inspirasi
Otot interkostal luat berkontraksi hingga tulang rusuk terangkat ke atas
dan ke depan Otot diafragma berkontraksi
sehingga diafragma yang semula melengkung berubah menjadi
datar
Akibatnya, volume rongga dada membesar, paru- paru mengembang, dan tekanan udara paru-paru
mengecil -> udara dari luar masuk ke paru-paru.
Udara yang masuk sekitar 25% pada pernapasan normal
Udara yang masuk sekitar 75% pada pernapasan normal
Pada inspirasi kuat, kontraksi otot-otot tambahan yang terletak di leher mampu mengangkat sternum dan dua tulang rusuk utama
sehingga memperbesar volume rongga dada
Ekspirasi
Otot diafragma relaksasi sehingga diafragma yang mendatar berubah menjadi
melengkung kembali Otot interkostal luar
relaksasi, tulang rusuk turun kembali
Akibatnya, volume rongga dada mengecil, paru- paru menyempit, dan tekanan udara paru-paru
membesar
-> udara keluar dari paru-paru
Pada ekspirasi kuat, kontraksi otot interkostal dalam membantu menarik tulang rusuk ke bawah dan kontraksi dinding abdomen menyebabkan diafragma
terdorong ke atas, ke dalam rongga dada hingga rongga dada makin menyempit
Pengendalian dan Kecepatan Pernapasan
Mekanisme pernapasan diatur dan dikendalikan oleh sistem saraf pada medula oblongata, pons Varolii di otak, dan serabut aferen nervus vagus yang berasal dari reseptor saluran pernapasan dan paru-paru
Kecepatan dan frekuensi pernapasan dipengaruhi oleh
Jenis kelamin
Kecepatan pernapasan perempuan lebih tinggi daripada laki-laki Kapasitas paru-paru laki-laki : 5,7 L
Kapasitas paru-paru perempuan : 4,2 L
Umur
Semakin muda usia manusia, frekuensi pernapasan semakin tinggi akibat sel-sel tubuh yang
mengalami pertumbuhan memerlukan lebih banyak oksigen
Suhu tubuh
Setiap kenaikan 1°C, frekuensi jantung dan pernapasan meningkat
untuk memenuhi kebutuhan metabolisme tubuh terhadap
nutrisi dan oksigen
Pengendalian dan Kecepatan Pernapasan
Kecepatan dan frekuensi pernapasan dipengaruhi oleh
Posisi dan Aktivitas Tubuh
Frekuensi pernapasan pada posisi tubuh berdiri lebih banyak daripada
posisi duduk
Emosi, rasa sakit, ketakutan
Terjadi impuls yang merangsang pusat pernapasan sehingga penghirupan udara makin kuat
Status kesehatan
Keberadaan penyakit mengganggu pengiriman oksigen ke sel tubuh
sehingga berpengaruh pada frekuensi pernapasan
Ketinggian tempat
Kadar oksigen yang rendah pada tempat tinggi menyebabkan peningkatan frekuensi pernapasan
Transpor dan Pertukaran Gas
Pertukaran Oksigen dan Karbondioksida
Komposisi udara di atmosfer dengan tekanan 760 mmHg di hari hangat terdiri dari : 78% nitrogen. 21% oksigen, 0,93%
argon, 0,038% karbondioksida, uap air, dan gas lainnya
Hukum Dalton menyatakan terkait tekanan parsial yang menyatakan setiap
gas menggunakan tekanannya sendiri sesuai dengan persentasenya dalam campuran dan tidak dipengaruhi oleh
keberadaan gas lainnya
• Pertukaran oksigen dan karbondioksida dalam kapiler terjadi secara difusi di alveolus dan sel-sel jaringan tubuh -> dipengaruhi oleh tekanan parsial
• Pada alveolus, molekul gas bergerak melalui membran respirasi dari tekanan parsial tinggi ke area yang bertekanan parsial lebih rendah
• Oksigen dari lingkungan luar masuk ke dalam
tubuh melalui hidung hingga ke alveolus
Transpor dan Pertukaran Gas
Transpor Oksigen
Sekitar 97% oksigen dalam darah terikat oleh hemoglobin (Hb) eritrosit, sedangkan sisanya sebanyak 3%
larut dalam plasma darah
• Jika hemoglobin berikatan dengan 4 molekul oksigen, hemoglobin akan membentuk Hb
4O
8• Reaksi pengikatan ini berlangsung sangat cepat, hanya membutuhkan waktu kurang dari 0,01 detik
• Reaksi deoksigenasi Hb
4O
8juga berlangsung
sangat cepat
Transpor Karbondioksida
Ketika darah arteri mengalir melalui kapiler jaringan, karbondioksida berdifusi dari sel-sel jaringan ke dalam darah. Karbondioksida diangkut oleh darah dengan 3 cara, yaitu
• Kelarutan
karbondioksida dalam plasma darah sekitar 20 ali lebih besar daripada kelarutan oksigen
• Hanya 10% yang terlarut
Karbondioksida larut dalam plasma darah
• Sebanyak 30%
karbondioksida
berikatan dengan Hb membentuk karbamino hemoglobin
• Karbondioksida terikat oleh hemoglobin di bagian globin
Sebanyak 60%
karbondioksida diubah menjadi bikarbonat di dalam sel darah merah dengan enzim karbonat anhidrase
Karbondioksida terikat
dengan hemoglobin Karbondioksida berbentuk bikarbonat
Volume dan Kapasitas Paru-paru
Karakteristik
• Bergantung pada jenis kelamin, usia, postur tubuh, kebiasaan merokok, kebiasaan berolahraga, ketinggian daerah, tempat tinggal, kekuatan bernapas, dan cara bernapas
• Volume dan kapasitas paru-paru dapat dihitung dengan alat spirometer
Volume dan Kapasitas Paru-paru
Volume Tidal
Volume Residu Kapasitas Residu Fungsional Volume udara yang masuk
atau keluar dari paru-paru selama pernapasan
Volume udara sisa dalam paru-paru setelah melakukan ekspirasi kuat
Jumlah udara sisa dalam sistem respirasi setelah ekspirasi normal
atau sama dengan volume residu ditambah volume cadangan ekspirasi Volume Cadangan Inspirasi
Volume udara ekstra yang masuk ke paru-paru dengan
inspirasi maksimun di atas inspirasi tidal
Volume Cadangan Ekspirasi Volume udara ekstra yang dapat dikeluarkan dengan kuat pada akhir ekspirasi
tidal
Volume dan Kapasitas Paru-paru
Kapasitas Vital
Kapasitas Inspirasi Volume eskpirasi kuat dalam 1 detik Jumlah udara maksimal yang
dapat dikeluarkan dengan kuat setelah inspirasi maksimum atau sama dengan penambahan
volume tidal
Jumlah udara maksimal yang dapat diinspirasikan setelah melakukan ekspirasi normal atau sama dengan
volume tidal ditambah volume cadangan inspirasi
Volume udara yang dapat dikeluarkan dari paru-paru yang terinflasi maksimum,
pada saat detik pertama ekspirasi maksimum
Kapasitas Total Paru-paru Jumlah total udara yang dapat ditampung dalam paru-paru atau
sama dengan kapasitas vital ditambah volume residu
Volume respirasi per menit
Volume tidal dikalikan dengan jumlah pernapasan per menit
Gangguan Sistem Pernapasan
Tuberkulosis
Hiperkapnia
Faringitis Difteri
Apnea Tidur Asma
Disebabkan oleh Mycobacterium tuberculosis yang dapat memicu pembentukan tuberkel untuk mengurangi ruang di paru-paru
Peradangan pada faring dan tenggorokan yang disebabkan
infeksi virus dan bakteri
Dosebabkan bakeri
Corynebacterium diptheriae yang menyebabkan kesulitan bernapas dan pembengkakan
kelenjar getah bening
Peningkatan kadar karbondioksida dalam cairan tubuh melebihi batas normal
Kesulitan bernapas saat tidur karena kegagalan pelepasan impuls saraf yang menjalankan
pernapasan
Penyempitan saluran pernapasan yang bersifat
sementara akibat hipersensitivitas terhadap
rangsangan tertentu
Teknologi Sistem Pernapasan
Beberapa teknologi dalam sistem pernapasan : Trakeostomi
Pembuatan lubang pada dinding anterior
trakea untuk
mempetahankan jalan napas agar udara dapat masuk ke paru-paru
Pulmotor
Alat yang digunakan untuk melakukan pernapasan buatan
Terapi oksigen
Pemberian oksigen menggunakan
peralatan emergency oxygen yang dapat diberikan melalui kanula hidung
Terapi oksigen hiperbarik
Proses pemberian oksigen 100% kepada pasien dalam ruang hiperbarik yang bertekanan lebih tinggi daripada udara atmosfer normal
Glosarium
• Tekanan darah : daya dorong darah ke semua arah pada seluruh permukaan yang tertutup, yaitu pada dinding bagian dalam jantung dan pembuluh darah
Selamat Belajar
