VOLUME DAN KAPASITAS PARU-PARU

Volume udara respirasi pada setiap orang berbeda-beda, tergantung pada ukuran paru-paru, kekuatan bernapas, dan cara bernapas. Pada orang dewasa, volume paru-paru berkisar antara 5 – 6 liter yang terdiri dari: 

a. Volume Tidal (VT). Volume udara tidal adalah volume udara hasil inspirasi atau ekspirasi pada setiap kali bernapas normal. Volume udara tidal bervariasi tergantung pada tingkat kegiatan seseorang. Pada kondisi tubuh istirahat, volume udara tidal sebanyak kira-kira 500 mililiter pada rata-rata orang dewasa muda, dan besarnya akan meningkat bila kegiatan tubuh meningkat. Dari 500 mililiter udara tidal yang dipernapaskan pada kondisi istirahat tersebut hanya 350 mililiter saja yang dapat sampai di alveolus, sedang yang 150 mililiter mengisi ruang yang terdapat pada saluran respirasi (disebut ruang rugi). 

b. Volume Cadangan Inspirasi (VCI), adalah volume udara yang dapat dihisap dengan kekuatan inspirasi yang lebih kuat setelah volume tidal dilakukan, pada keadaan normal sebanyak kira-kira 3000 mililiter. 

c. Volume Cadangan Ekspirasi (VCE), adalah volume udara ekstra yang dapat dikeluarkan (dihembuskan) dengan ekspirasi kuat pada akhir ekspirasi normal, pada keadaan normal sebanyak kira-kira 1000 mililiter. 

d. Volume Residu (VR), yaitu volume udara yang masih tetap berada dalam paru-paru setelah ekspirasi kuat, kira-kira sebanyak 1500 mililiter. 

Dalam menguraikan proses respirasi terkadang diperlukan penyatuan dua atau lebih jenis-jenis volume di atas. Kombinasi dari jenis-jenis volume itu disebut kapasitas paru-paru. Beberapa jenis kapasitas paru-paru sebagai berikut. 

a. Kapasitas Inspirasi (KI), sama dengan volume tidal ditambah dengan volume cadangan inspirasi. Kapasitas inspirasi merupakan jumlah udara yang dapat dihirup oleh seseorang mulai ekspirasi normal dan mengembangkan paru-parunya sampai jumlahnya maksimum (kira-kira 3500 ml). 

b. Kapasitas Residu Fungsional (KRF), sama dengan volume cadangan ekspirasi ditambah dengan volume residu. Besarnya kapasitas residu fungsional adalah udara yang tersisa dalam paru-paru pada akhir ekspirasi normal (kira-kira 2500 ml). 

c. Kapasitas Vital (KV), sama dengan volume cadangan inspirasi ditambah dengan volume tidal dan volume cadangan ekspirasi. Kapasitas vital ini adalah jumlah udara maksimum yang dapat dikeluarkan dari paru-paru seseorang setelah terlebih dahulu mengisi paru-paru secara maksimum dan kemudian mengeluarkan sebanyak-banyaknya (kira-kira 4500 ml). 

d. Kapasitas total paru-paru, adalah volume maksimum dimana paru-paru dapat dikembangkan sebesar mungkin dengan inspirasi paksa atau sama dengan kapasitas vital ditambah dengan volume residu (kira-kira 6000 ml). 

Ø KI = VT + VCI 

Ø KRF = VCE + VR 

Ø KV = VCI + VT + VCE 

VT = volume tidal 

VCI = volume cadangan inspirasi 

VCE = volume cadangan ekspirasi 

VR = volume residu 

KI = kapasitas inspirasi 

KRF = kapasitas residu fungsional 

KV = kapasitas vital 

Gambar  Volume dan kapasitas paru-paru pada manusia 

 FAKTOR YANG MEMPENGARUHI RESPIRASI

 

Cepat-lambatnya manusia melakukan respirasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya sebagai berikut.

Umur, bertambahnya umur seseorang mengakibatkan frekuensi respirasi menjadi semakin lambat. Pada usia lanjut, energi yang digunakan lebih sedikit dibandingkan pada saat usia pertumbuhan, sehingga oksigen yang diperlukan relatif lebih sedikit.

Jenis Kelamin, pada umumnya, laki-laki lebih banyak membutuhkan energi, sehingga memerlukan oksigen yang lebih banyak dari pada perempuan.

Suhu Tubuh, manusia memiliki suhu tubuh yang konstan (berkisar antara 36- 37 0C) karena manusia mampu mengatur produksi panas tubuhnya dengan cara meningkatkan laju metabolisme. Jika suhu tubuh turun, maka tubuh akan meningkatkan metabolismenya, sehingga kebutukan akan oksigen meningkat.

Aktifitas, posisi tubuh akan mempengaruhi banyaknya otot yang bekerja. Misalnya pada saat berlari, otot akan berkontraksi, sehingga oksigen yang dibutuhkan lebih banyak dan laju respirasi pun akan meningkat dibandingkan pada saat orang berdiri.

 Gambar Pusat Respirasi pada Manusia 

1 Pusat Respirasi

Seperti halnya dengan otot-otot tubuh yang lain, maka otot respirasi juga dikendalikan oleh sistem saraf pusat. Pusat respirasi terdapat pada bagian atas dari medula oblongata, terdiri atas pusat ekspirasi dan pusat inspirasi. Impul motoris dikirim menuju:

· Otot antar rusuk melalui serabut saraf spinal dada

· Otot diafragma melalui serabut saraf phrenik yang merupakan percabangan dari serabut saraf spinal leher.

2 Regulasi neural dari pusat respirasi 

Pada permukaan dinding paru-paru terdapat reseptor-reseptor yang bila terangsang akan mengirimkan impuls sensori melalui saraf afferent dari nervus vagus menuju pusat respirasi.

· Reseptor regangan

Reseptor regangan terangsang oleh pengembangan paru-paru selama inspirasi. Sesampainya impuls saraf di pusat ekspirasi, maka pusat ekspirasi mengirimkan impuls inhibisi menuju pusat inspirasi dan inspirasi akan berhenti.

· Reseptor deflasi

Reseptor deflasi terangsang oleh pengempisan paru-paru pada saat berlangsung proses ekspirasi yang kuat. Impuls saraf yang dikirim ke pusat respirasi akan merangsang pusat inspirasi dan berlangsunglah proses inspirasi.

Regulasi neural dari pusat respirasi dengan perantaraan reseptor regangan dan reseptor deflasi tersebut dikenal sebagai mekanisme vagal, sebab proses tersebut melibatkan nervus vagus untuk menghantar impuls sensori maupun motoris. Selain itu dikenal pula mekanisme pneumotaksis yaitu suatu mekanisme yang mengatur berlangsungnya mekanisme respirasi secara bergantian antara inspirasi dan ekspirasi. Mekanisme pneumotaksis dapat dijelaskan sebagai berikut.

8 Mekanisme Pneumotaksis

· Aktivitas pusat respirasi mengirimkan impuls ke pusat pneumotaksis (terletak di rona varoli dari otak belakang). Impuls tersebut memacu pusat ekspirasi dan sekaligus mencegah aktivitas pusat inspirasi.

· Bila aktivitas dari pusat inspirasi telah terhenti maka impuls mengalir menuju pusat pneumotaksis dan pusat inspirasi kini bebas mengirimkan impuls menuju otot-otot inspirasi dan berlangsunglah proses inspirasi

Demikian proses inspirasi dan ekspirasi berlangsung secara bergantian menurut irama yang teratur sepanjang kehidupan berlangsung.

6.3 Regulasi kimiawi pada pusat respirasi

Pusat respirasi dirangsang oleh tiga macam kondisi kimiawi dari darah yaitu:

· Tekanan CO2 di dalam darah

Stimulus yang paling penting bagi pusat respirasi, adalah meningkatnya tekanan CO2 di dalam darah (hipercapnia). Sedikit saja terjadi peningkatan kadar CO2 di dalam darah akan meningkatkan tekanan CO2 dan hal ini merupakan rangsangan yang memacu kegiatan pusat respirasi sehingga berlangsung proses respirasi yang cepat dan dalam. Sebagai contoh, penambahan sebanyak 0.22 % volume CO2 ke dalam darah alveolar, akan meningkatkan tekanan CO2 dari darah (normalnya adalah 40 mmHg) menjadi 41.5 mmHg. Peningkatan ini akan mengakibatkan peningkatan aktivitas respirasi sebanyak dua kali lipat.

· Kadar O2 di dalam darah

Berkurangnya kadar O2 di dalam darah akan segera merangsang pusat respirasi. Reaksi kekurangan O2 ini telah terlihat pada perubahan kadar udara respirasi dari 21% - 18 % (respirasi cepat dan dalam).

Bila kadar O2 dari udara respirasi telah mencapai 13% maka reaksi kekurangan O2 menjadi lebih nyata. Tetapi bila udara respirasi hanya mengandung O2 sebanyak 10%, maka timbul cyanosis dan pada kadar 4% maka berhentilah proses respirasi.

· PH darah

Meningkatnya kadar CO2 dalam darah akan menyebabkan meningkatnya kadar H2CO3 (CO2 + H2O H2CO3).

Peningkatan kadar H2CO3 di dalam darah mengakibatkan meningkatnya kadar ion H, sehingga pH darah menurun. Penurunan pH darah merupakan rangsangan terhadap pusat respirasi di medula oblongata, dan meningkatlah kegiatan respirasi.

MEKANISME PERTUKARAN CO2 DAN O2

Pertukaran gas antara O2 dan CO2 terjadi melalui proses difusi, berlangsung di alveolus dan di sel jaringan tubuh. Proses difusi berlangsung sederhana, yaitu hanya dengan gerakan molekul-molekul secara bebas melalui membran sel dari konsentrasi tinggi atau tekanan tinggi menuju ke konsentrasi rendah atau tekanan rendah. Faktor-faktor yang mempenaruhi difusi gas melintasi membran sel adalah:

a. tekanan parsial gas (tekanan gas tertentu, misalnya tekanan oksigen saja terhadap tekanan seluruh udara),

b. permeabilitas membran respirasi,

c. luas permukaan membran respirasi,

d. kecepatan sirkulasi darah di paru-paru dan,

e. reaksi kimia yang terjadi di dalam darah.

Gambar. Mekanisme pertukaran O2 dan CO2

O2 masuk ke dalam tubuh melalui inspirasi dari rongga hidung sampai alveolus. Di alveolus terjadi difusi O2 ke kapiler paru-paru yang terletak di dinding alveolus. Masuknya O2 dari luar (lingkungan) menyebabkan tekanan parsial O2 atau PO2 di alveolus lebih tinggi dibandingkan dengan PO2 di kapiler paru-paru. Oleh karena itu, O2 akan bergerak dari alveolus menuju kapiler paru-paru, yang disebabkan proses difusi selalu terjadi dari daerah yang bertekanan parsial tinggi ke daerah yang bertekanan parsial rendah.

Oksigen di kapiler arteri diikat oleh eritrosit yang mengandung hemoglobin sampai menjadi jenuh. Makin tinggi tekanan parsial oksigen di alveolus, semakin banyak oksigen yang terikat oleh hemoglobin dalam darah. Hemoglobin terdiri dari empat sub unit, setiap sub unit terdiri dari bagian yang disebut heme. Di setiap pusat heme terdapat unsur besi yang dapat berikatan dengan oksigen, sehingga setiap molekul hemoglobin dapat membawa empat molekul oksigen berbentuk oksihemoglobin. Reaksi antara hemoglobin dan oksigen berlangsung secara reversibel (bolak-balik) yang dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu: pH, suhu, konsentrasi O2 dan CO2, serta tekanan parsial.

Reaksi pengikatan O2 oleh Hb adalah sebagai berikut

Hb 4 + 4 O2 4 Hb O2

Arah reaksi tersebut ke kiri bila terjadi di jaringan tubuh, dan ke kanan bila di jaringan paru-paru.

Hemoglobin akan mengangkut O2 ke jaringan tubuh kemudian berdifusi masuk ke sel-sel tubuh. Di dalam sel-sel tubuh atau jaringan tubuh, O2 digunakan untuk proses respirasi di dalam mitokondria sel. Semakin banyak O2 yang digunakan oleh sel-sel tubuh, maka semakin banyak CO2 yang terbentuk dari proses respirasi. Hal tersebut menyebabkan tekanan partial CO2 atau PCO2 dalam sel-sel tubuh lebih tinggi dibandingkan PCO2 dalam kapiler vena sel-sel tubuh. Oleh karenanya CO2 dapat berdifusi dari sel-sel tubuh ke dalam kapiler vena sel-sel tubuh, kemudian akan di bawa oleh eritrosit menuju ke paru-paru. Di paru-paru terjadi difusi CO2 dari kapiler vena menuju alveolus. Proses tersebut terjadi karena tekanan parsial CO2 pada kapiler vena lebih tinggi dari pada tekanan parsial CO2 dalam alveolus.

Bila pengangkutan O2 terutama dilaksanakan oleh Hb, maka pengangkutan CO2 dilakukan oleh plasma darah. CO2 dapat larut dengan baik di dalam plasma darah dan membentuk asam karbonat:

CO2 + H2O H2CO3

Akibat terbentuknya asam karbonat tersebut, pH darah menurun sampai 4,5, karena H2CO3 sebagai suatu senyawa yang labil akan mengurai dan meningkatkan kadar ion H+ darah :

H2CO3 H+ + HCO3ˉ

Jadi CO2 diangkut oleh darah dalam bentuk ion HCO3ˉ. Proses pengangkutan dengan pengubahan secara bolak-balik dari CO2 menjadi H2CO3 dan sebaliknya dipercepat oleh enzim karbonat anhidrase.

Gambar . Mekanisme transportasi CO2 dari jaringan tubuh

Ke kapiler darah

.B Mekanisme transportasi CO2 dari kapiler darah

ke paru-paru

A. CO2 dalam eritrosit akan bereaksi dengan air membentuk asam karbonat yang dapat menyebabkan darah bersifat asam. Darah yang bersifat asam dapat melepaskan banyak O2 ke dalam sel-sel tubuh atau jaringan tubuh yang memerlukannya. Reaksi pembentukan asam karbonat adalah sebagai berikut:

CO2 + H2O H2CO3

ALAT RESPIRASI PADA MANUSIA DAN MEKANISMENYA

Untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya, tubuh manusia harus melakukan berbagai kegiatan agar dapat memenuhi kebutuhan sel-sel penyusun tubuhnya akan oksigen (O2) dan sari makanan lainnya.

Dengan bantuan O2 inilah pembongkaran energi yang terkandung dilam suatu sari makanan dapat dibebaskan dengan sempurna. Hasil samping dari proses pembongkaran energi tersebut adalah zat karbondioksida (CO2) yang harus dikeluarkan dari dalam sel dan selanjutnya dikeluarkan dari dalam tubuh. Dengan demikian, antara tubuh dan lingkungan sekitarnya berlangsung suatu proses pertukaran gas (O2 dan CO2) yang dikenal sebagai proses pernapasan atau proses respirasi.

1. ORGAN RESPIRASI 

2. Hidung

Hidung merupakan bagian paling atas dari alat pernapasan dan merupakan alat pernapasan paling awal yang dilalui udara. Di hidung terdapat saraf-saraf penciuman. Rongga hidung berhubungan dengan rongga mulut udara masuk ke dalam rongga hidungdan melalui lubang hidung. Rongga hidung memiliki tiga fungsi utama yaitu:

(a) Memanaskan udara

Pada rongga hidung terdapat suatu struktur yang disebut concha. Permukaan concha ini diliputi banyak pembuluh darah kapiler, sehingga suhunya selalu hangat. Udara yang menuju paru-paru bila melaluinya akan dihangatkan.

(b) Menyaring udara.

· Mencegah pemasukan gas-gas yang membahayakan ke dalam paru-paru. Hal ini dimungkinkan oleh adanya indra pembau pada hidung, sehingga jika tercium bau gas yang tidak enak merupakan petunjuk agar hidung ditutup. Gas CO yang tidak berbau akan lolos dari penyaringan ini, sehingga dapat menimbulkan kematian.

· Mencegah masuknya debu-debu yang terkandung di dalam udara. Hal ini dimungkinkan oleh adanya rambut-rambut halus disebut silia, yang meliputi selaput mukosa hidung. Ketika dilalui udara silia bergerak menggelombang.

(c) Melembabkan udara

Keadaan selaput mukosa hidung selalu lembab dan selalu memberikan sebagian kelembapannya untuk udara yang terisap masuk. Oleh karena itu, udara akan menjadi lembab dan hangat sebelum masuk paru-paru.

3. Laring (Pangkal tenggorokan).

Pada bagian ujung belakang rongga hidung terdapat daerah yang disebut faring (tekak). Faring merupakan lanjutan dari saluran hidung yang meneruskan udara ke laring.

Laring terdiri dari lempengan-lempengan tulang rawan. dan tulang-tulang rawan pembentuk jakun. Apabila kita perhatikan bagian leher pada laki-laki dewasa akan tampak adanya tonjolan jakun ini. Sebenarnya jakun tidak hanya milik laki-laki saja, wanita pun memilikinya, hanya saja jakun pada wanita tidak menonjol seperti milik laki-laki. Jakun tersusun dari katup pangkal tenggorok, perisai tulang rawan, serta gelang-gelang tulang rawan. Pada laring juga terdapat selaput suara yang akan bergetar jika ada udara yang melaluinya, misalnya pada saat berbicara. Laring memiliki katup yang disebut epiglotis (anak tekak). Epiglotis selalu dalam keadaan terbuka, dan hanya menutup jika ada makanan yang masuk ke kerongkongan.Bagian dalam dindingnya digerakkan oleh otot untuk menutup serta membuka glotis. Glotis adalah lubang mirip celah yang menghubungkan trakea dengan faring. 

4. Trakea (Batang tenggorokan)

Batang tengorok atau trakea merupakan saluran pernapasan yang memanjang dari pangkal rongga mulut sampai dengan rongga dada. Trakea berbentuk pipa tersusun dari cincin-cincin tulang rawan terletak di depan kerongkongan. Trakea menghubungkan rongga hidung maupun rongga mulut dengan paru-paru. Maka, di samping melalui hidung, udara pernapasan dapat juga diambil melalui mulut. 

Batang tenggorok selalu dalam keadaan terbuka sehingga proses pernapasan dapat dilakukan setiap saat.. Bagian dalam trakea licin dilapisi oleh selaput lendir dan mempunyai lapisan yang terdiri dari sel-sel bersilia. Lapisan bersilia ini berfungsi untuk menahan debu atau kotoran dalam udara agar tidak masuk ke dalam paru-paru. Apabila udara yang masuk itu kotor dan tidak dapat disaring seluruhnya serta mengandung bakteri atau virus, akan mengakibatkan infeksi radang tenggorokan dan mengganggu jalannya pernapasan.

5.Bronkus (Cabang batang tenggorokan). 

Bronkus merupakan bagian yang menghubungkan paru-paru dengan trakea. Bronkus terdapat di paru-paru kanan dan kiri. Cabang brokus ke kiri lebih mmendatar bila dibandingkan dengan cabang bronkus ke kanan. Hal ini merupakan penyebab mengapa paru-paru kanan lebih mudah diserang penyakit dibanding paru-paru kiri. Setiap bronkus terdiri dari lempengan tulang rawan dan dindingnya terdiri dari otot halus. Bronkus bercabang-cabang lagi disebut bronkiolus. Dinding bronkiolus tipis dan tidak bertulang rawan.

6. Pulmo (Paru-paru). 

Paru-paru adalah alat respirasi terletak antara rongga dada dan diafragma. Diafragma adalah sekat rongga badan yang membatasi rongga dada dan rongga perut. Selain sebagai pembatas, otot diafragma berperan aktif dalam proses pernapasan. Paru-paru diselubungi oleh selaput elastis yang disebut pleura.

Paru-paru terdiri dari dua bagian, yaitu paru-paru kiri dan paru-paru kanan. Paru-paru kiri terdiri dari dua gelambir, sedangkan paru-paru kanan terdiri dari tiga gelambir. Di dalam paru-paru terdapat bronkus dan bronkiolus. Bronkiolus paru-paru bercabang-cabang lagi membentuk pembuluh-pembuluh halus. Pembuluh-pembuluh halus ini berakhir pada gelembung-gelembung halus mirip buah anggur yang berisi udara yang disebut alveolus. (alveoli = jamak). Yang jumlahnya kira-kira mencapai 300.000.000 alveoli dengan luas permukaan seluruhnya apabila direntangkan sekitar 80 meter persegi. Alveolus sangat tipis, namun elastis dan mengandung kapiler-kapiler darah yang membentuk jaring-jaring.

2 MEKANISME PERNAPASAN

Proses bernapas pada manusia dapat terjadi secara sadar maupun tidak sadar. Bernapas secara sadar terjadi jika kita melakukan pengaturan-pengaturan saat pernapasan, misalnya pada saat latihan dengan cara menarik napas panjang, kemudian menahannya beberapa saat, serta mengeluarkannya. Bernapas secara tidak sadar, yaitu respirasi yang dilakukan tanpa perintah otak, misalnya pada saat kita tidur nyenyak pun kita melakukan pernapasan.

Bernapas adalah pengambilan udara pernapasan masuk kedalam paru-paru (inspirasi) dan pengeluarannya (ekspirasi). Inspirasi dan ekspirasi ini berlangsng lima belas sampai delapan belas kali setiap menit. Proses tersebut diatur oleh otot-otot diafragma dan otot antar tulang rusuk. Kerja otot-otot tersebutlah yang dapat mengatur volume ruang dada, memperbesar ataupun memperkecil menurut kehendak kita

Proses bernapas selalu terjadi dua siklus, yaitu inspirasi dan ekspirasi. Berdasarkan cara melakukan inspirasi dan ekspirasi serta tempat terjadinya, manusia dapat melakukan dua mekanisme pernapasan, yaitu pernapasan dada dan pernapasan perut.

Kedudukan tulang rusuk pada saat  Inspirasi dan Ekspirasi

.1 Pernapasan Dada 

Pernapasan dada disebut juga pernapasan tulang rusuk. Proses inspirasi diawali dengan berkontraksinya otot antar tulang rusuk, menyebabkan terangkatnya tulang rusuk. Keadaan ini menyebabkan rongga dada membesar sehingga tekanan udara di dalam dada menurun dan paru-paru mengembang. Paru-paru yang mengembang menyebabkan tekanan udara rongga paru-paru menjadi lebih rendah dari tekanan udara luar. Dengan demikian udara dari luar masuk ke dalam paru-paru.

Sebaliknya proses ekspirasi berlangsung pada saat otot antar tulang rusuk berelaksasi sehingga tulang rusuk turun kembali. Keadaan ini mengakibatkan rongga dada menyempit, sehingga tekanan udara dalam rongga dada meningkat dan paru-paru mengecil. Paru-paru yang mengecil menyebabkan tekanan udara dalam rongga paru-paru menjadi lebih tinggi dibanding tekanan udara luar, sehingga udara keluar dari paru-paru.

2 Pernapasan Perut

Mekanisme proses inspirasi pernapasan perut diawali dengan berkontraksinya otot diafragma, sehingga diafragma yang semula melengkung berubah menjadi datar. Keadaan diafragma yang datar mengakibatkan rongga dada dan paru-paru mengembang. Tekanan udara yang rendah dalam paru-paru menyebabkan udara dari luar masuk ke paru-paru.

Proses ekspirasi terjadi pada saat otot diafragma berelaksasi, sehingga diafragma kembali melengkung. Keadaan melengkungnya diafragma mengakibatkan rongga dada dan paru-paru mengempis, tekanan udara dalam paru-paru naik, maka udara keluar dari paru-paru.