Bab Iii

BAB III PROSES SISTEM PERNAFASAN

Pernapasan internal mengacu kepada reaksi metabolisme intrasel yang menggunakan O2 dan menghasilkan CO2 selama oksidasi molekul-molekul nutrien penghasil energi. Pernapasan eksternal mencakup berbagai langkah yang terlibat dalam pemindahan O2 dan CO2 antara lingkungan eksternal dan sel jaringan. Sistem pernapasan dan sirkulasi berfungsi secara bersama-sama untuk melaksanakan pernapasan eksternal. Sistem pernapasan melaksanakan pertukaran udara antara atmosfer dan paru melalui proses ventilasi. Pertukaran O2 dan CO2 antara udara dalam paru dan darah dalam kapiler paru berlangsung melalui dinding kantung udara, atau alveolus, yang sangat tipis. Saluran pernapasan menghantarkan udara dari atmosfer ke bagian paru tempat pertukaran gas tersebut berlangsung. Paru terletak di dalam kompartemen toraks yang tertutup, yang volumenya dapat diubah-ubah oleh aktivitas kontraktil otot-otot pernapasan. Mekanika Pernapasan Ventilasi, atau bernapas, adalah proses pergerakan udara masuk-keluar paru secara berkala sehingga udara alveolus yang lama dan telah ikut serta dalam pertukaran O2 dan CO2 dengan darah kapiler paru diganti oleh udara atmosfer segar. Ventilasi secara mekanis dilaksanakan dengan mengubah-ubah secara berseling-seling arah gradien tekanan untuk aliran udara antara atmosfer dan alveolus melalui ekspansi dan penciutan berkala paru. Kontraksi dan relaksasi otot-otot inspirasi (terutama diafragma) yang berganti-ganti secara tidak langsung menimbulkan inflasi dan deflasi periodik paru dengan secara berkala mengembang-kempiskan rongga toraks, dengan paru secara pasif mengikuti gerakannya. Karena kontraksi otot inspirasi memerlukan energi, inspirasi adalah proses aktif, tetapi ekspirasi adalah proses pasif pada bernapas tenang karena ekspirasi terjadi melalui penciutan elastik paru sewaktu otot-otot inspirasi melemas tanpa memerlukan energi. Untuk ekspirasi aktif yang lebih kuat, kontraksi otot-otot ekspirasi (terutama otot abdomen) semakin memperkecil ukuran rongga toraks dan paru, yang semakin meningkatkan gradien tekanan intra-alveolus terhadap atmosfer. Semakin besar gradien antara alveolus dan atmosfer (dalam kedua arah) , semakin besar laju aliran udara, karena udara terus mengalir sampai tekanan intra-alveolus seimbang dengan tekanan atmosfer. Selain secara langsung proporsional dengan gradien tekanan, laju aliran udara juga berbanding terbalik dengan resistensi saluran pernapasan. Karena resistensi saluran pernapasan, yang bergantung pada kaliber saluran pernapasan, dalam keadaan normal sangat rendah, laju aliran udara biasanya bergantung pada gradien tekanan yang tercipta antara alveolus dan atmosfer. Apabila resistensi saluran pernapasan meningkat secara patologis akibat penyakit paru obstruktif menahun, gradien tekanan harus juga meningkat melalui peningkatan aktivitas otot pernapasan agar laju aliran udara konstan. Paru dapat diregangkan ke berbagai ukuran selama inspirasi dan kemudian kembali menciut ke ukuran pra-inspirasinya selama ekspirasi karena sifat elastik paru. Compliance paru mengacu pada distensibilitas paru, seberapa jauh mereka teregang

sebagai respons terhadap perubahan gradien tekanan transmural, gaya yang meregangkan dinding paru tertentu. Recoil elastik mengacu pada fenomena paru kembali ke posisi istirahatnya selama ekspirasi. Sifat elastik paru bergantung pada jaringan ikat elastik di dalam paru dan pada interaksi tegangan permukaan alveolus/surfaktan paru. Tegangan permukaan alveolus, yang disebabkan oleh gaya tarik menarik antara molekul-molekul air permukaan dalam film cair yang melapisi setiap alveolus, cenderung menahan peregangan alveolus pada saat inflasi (menurunkan compliance) dan cenderung mengembalikan alveolus ke luas permukaan yang lebih kecil selama deflasi (meningkatkan rebound paru). Jika alveolus hanya dilapisi air, tegangan permukaan akan sedemikian besar, sehingga paru tidak memiliki compliance dan cenderung kolaps. Selsel alveolus Tipe II mengeluarkan surfaktan paru, suatu fosfolipoprotein yang berada di antara molekul-molekul air dan menurunkan tegangan permukaan, sehingga compliance paru meningkat dan mencegah kecenderungan alveolus untuk kolaps. Paru dapat diisi sampai lebih dari 5,5 liter dengan usaha inspirasi maksimum atau dikosongkan sampai sekitar 1 liter dengan ekspirasi maksimum. Namun, dalam keadaan normal paru bekerja pada “separuh kapasitas”. Volume paru biasanya bervariasi dari sekitar 2 sampai 2,5 liter karena udara tidal volume rata-rata sebesar 500 ml keluar masuk paru setiap kali bernapas. Jumlah udara yang masuk dan keluar paru dalam satu menit, ventilasi paru, setara dengan tidal volume X kecepatan bernapas. Namun, tidak semua udara yang masuk dan keluar tersedia untuk ditukar O2 dan CO2-nya dengan darah karena sebagian udara menempati saluran pernapasan, yang dikenal sebagai ruang mati anatomik. Ventilasi alveolus, volume udara yang dipertukarkan antara atmosfer dan alveolus dalam satu menit adalah ukuran udara yang benar-benar tersedia untuk pertukaran gas dengan darah. Ventilasi alveolus sama dengan (tidal volume dikurangi volume ruang mati) X kecepatan bernapas. Pertukaran Gas Oksigen dan CO2 bergerak melintasi membran tubuh melalui proses difusi pasif mengikuti gradien tekanan parsial. Difusi netto O2 mula-mula terjadi antara alveolus dan darah, kemudian antara darah dan jaringan akibat gradien tekanan parsial O2 yang tercipta oleh pemakaian terus menerus O2 oleh sel dan pemasukan terus menerus O2 segar melalui ventilasi. Difusi netto CO2 terjadi dalam arah yang berlawanan, pertamatama antara jaringan dan darah, kemudian antara darah dan alveolus, akibat gradien tekanan parsial CO2 oleh sel dan pengeluaran terus menerus CO2 alveolus oleh proses ventilasi. Transportasi Gas Karena O2 dan CO2 tidak terlarut dalam darah, keduanya terutama harus diangkut dengan mekanisme selain hanya larut secara fisik. Hanya 1,5% O2 yang larut secara fisik dalam darah, dengan 98,5% secara kimiawi berikatan dengan hemoglobin (Hb). Faktor utama yang menentukan seberapa banyak O2 berikatan dengan Hb (% saturasi Hb) adalah PO2 darah. Hubungan antara PO2 darah dan % saturasi Hb adalah sedemikian rupa, sehingga pada rentang PO2 yang dijumpai di kapiler paru, Hb tetap hampir mengalami saturasi penuh, walaupun PO2 darah turun sampai hanya 40%; hal ini memberikan batas keamanan dengan menjamin penyaluran O2 dengan kadar hampir normal ke sel-sel walaupun terjadi penurunan bermakna PO2 arteri. Di pihak lain, dalam rentang PO2 yang terdapat di kapiler sistemik, terjadi peningkatan mencolok pelepasan

O2 oleh hb sebagai respons terhadap penurunan ringan PO2 darah yang berikatan dengan peningkatan metabolisme sel dengan demikian, lebih banyak O2 yang disediakan untuk mengimbangi peningkatan kebutuhan jaringan. Karbon dioksida yang diserap di kapiler sistemik diangkut dalam darah dengan tiga cara: (1) 10% larut secara fisik; (2) 30% terikat ke Hb; dan (3) 60% dalam bentuk bikarbonat (HCO3-). Enzim karbonat anhidrase eritrosa mengkatalisasi perubahan CO2 menjadi HCO3- sesuai dengan reaksi: CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-. Ion H+ yang dihasilkan berikatan dengan Hb. Reaksi-reaksi itu semuanya berbalik arah di paru ketika CO2 dieliminasi ke alveolus.