hubunga system pernafasan dengan ventilasi dan pertukaran gas

1. Pengertian

· pernafasan adalah peristiwa menghirup udara yang mengandung oksigen ke dalam tubuh serta menghembuskan udara yang banyak mengandung karbon dioksida sebagai sisa dari oksidasi keluar dari tubuh.

· Penghisapan udara disebut inspirasi ,sedangkan menghembuskan udara disebut ekpirasi

2. Fungsi

· mengambil oksigen yang kemudian dibawa oleh darah keseluruh tubuh ( sel – selnya untuk mengadakan pembakaran

· mengeluarkan karbondioksida yang terjadi sebagai sisa dari pembakaran , kemudian dibawa oleh darah ke paru – paru untuk di buang

· menghangatkan dan melembabkan udara.

· Membuang panas dan uap air

· Menghasilkan suara ,menangis ,tertawa dan mencium

· Mempertahankan tubuh

· Membuang CO2 ,modifikasi ,aktifasi,non aktifasi zat toxsik

· Keseimbangan asam basa

· Meningkatkan darah balik

3. Alat – Alat Pernafasan

· hidung / naso/nasal

o hidung merupakan saluran udara pertama ,yang mempunyai dua lubang ( kavum nasi ) ,yang dipisahkan oleh sekat hidung ( septum nasi ).

o Didalamnya terdapat bulu – bulu yang berfungsi untuk menyaring udara seperti debu dan kotoran yang masuk melalui udara

o Bagian – bagian dari hidung

a. Bagian luar dinding dari kulit

b. Bagian tengah dari otot dan tulang rawan

c. Lapisan dalam yang terdiri dari selaput lendir yang berlipat yang disebut dengan karang hidung

o Tuba auditiva eustaki yang menghubungkan hidung dengan telinga tengah

o Tuba lakrimalis yang menghubungkan hidung dengan saluran air mata

o Sinus para nasal adalah ruang didalam tulang tengkorak yang berhubungan melalui lubang kedalam kavum nasal

o Fungsi hidung

a. Bekerja sebagai saluran udara pernafasan

b. Sebagai penyaring udara pernafasan yang dilakukan oleh bulu hidung

c. Menghangatkan udara pernafasan oleh mukosa

d. Membunuh kuman – kuman yang masuk bersama udara,pernafasan oleh leukosit yang terdapat dalam selaput lendir

· Tekak /faring

o Merupakan tempat persimpangan antara jalan pernafasan dan jalan makanan

o Dibawah selaput lendir terdapat jaringan ikat dan folikel getah bening yang disebut dengan adenoid

o Disebelahnya terdapat tonsil kiri dan kanan

o Dibelakangnya terdapat epiglotis ( empang tenggorokan )yang berfungsi menutup laring saat kita makan

o Rongga tekak dibagi atas tiga bagian yaitu:

a. Nasofaring ( bagian atas )

b. Orofaring ( tengah )

c. Larigofaring ( bawah )

· Pangkal tenggorokan / laring

o Merupakan sluran udara yang bertindak sebagai tempat pembentukan suara

o Pangkal tenggorokan itu dapat ditutup oleh sebuah empang tenggorokokan yang disebut epiglotis yang berfungsi waktu kita menelan makanan .

o Laring dilapisi oleh selaput lendir ,kecuali pita suara dan epiglotis yang dilapisi oleh epithelium berlapis

o Laring terdiri dari lima tulang rawan

a. Kartilago tiroid ( 1 buah ) depan jakun

b. Katilago ariteanoid ( 2 buah ) yang berbentuk beker

c. Kartilago krikoid ( 1 bauh ) berbentuk cincin

d. Kartilago epiglotis ( 1 buah )

· Pita suara /plica vokalis

o Pita suara berjumlah dua buah :

a. Bagian atas adalah pita suara palsu yang tidak mengeluarkan suara yang disebut dengan ventikularis

b. Bagian bawah adalah pita suara yang sejati yang membentuk suara yang disebut vokalis

o Selama respirasi tenag ,pita suara ditahan agak berjauhan sehingga udara dapat keluar masuk

o Selama respirasi kuat pita suara terpisah lebar

o Proses pembentukan suara

a. Terbentuknya suara merupakan hasil kerja sama antara rongga mulut , rongga hidung , laring ,lidah dan bibir

b. Suara dihasilkan oleh fibrasi pita suara selam ekspirasi. Suara yang dihasilkan dimodifikasi oleh gerakan falatum mole,pipi,lidah dan bibir dan resonansi tertentu oleh sinus udara kranialis

c. Pita suara palsu tidak terdapat tot karena itu tidak dapat bergetar hanya antara kedua pita suara tadidimasuki oleh aliran udara

· Trakea

o Merupan lanjutan dari laring yang dibentuk oleh 16 – 20 cincin tulang rawan yang berbentuk C

o Panjang trakea lebih kurang 10 cm dan lebar 2,5 cm

o Kontruksi trakea sedemikian rupa sehingga tetap terbuka pada setiap semua posisi kepala dan leher

· Bronkus

o Berjalan kebawah dan kesamping kearah tampuk paru – paru

o Bronkus kiri lebih panjang dari pada bronkus kanan yang terdiri dari 9-12 cincin , yang mempunyai 2 cabang

o Bronkus bercabang – cabang.cabang yang paling kecil disebut bronkiolus pada bronkiolus tidak terdapat cincin lagi dan pada ujung bronkioli terdapat gelembung hawa atau alveoli

· Paru – paru

o Merupakan alat tubuh yang sebagian besar terdiri dari alveoli

o Jika dibentangkan luas permukaannya mencapai 90 meter kuadrat pada lapisan inilah terjadi pertukaran udara dimana oksigen masuk kedalam darah dan karbondioksida keluar dari darah

o Banyak gelembung paru ini kurang lebih 700 juta buah ( kiri dan kanan )

ü Bagian dari Lobus superior : 5 segmen

ü Lobos medial : 2 segmen

ü Lobus inferior : 3 segmen

o paru – paru :

a. Paru – paru kanan yang terdiri dari 3 lobus dan 10 segmen

ü Lobus superior : 5 segmen

ü Lobos medial : 2 segmen

ü Lobus inferior : 3 segmen

b. Paru – paru kiri terdiri dari 2 lobus dan 10 segmen

ü Lobus superior : 5 segmen

ü Lobus inferior : 5 segmen

c. Didalam lobus ,bronkiolus ini bercabang banyak sekali,yang disebut dengan duktus alveoli

d. Tiap duktus alveoli berakir pada alveoli yang diameternya antara 0,2 -0,3 mm

o letak paru – paru

a. pada rongga dada datarannya menghadap ketengah rongga dada atau kavum mediastinum

b. pada mediatinum depan terdapat jantung

c. paru – paru di bungkus oleh selaput tipis yang disebut dengan pleura ,pleura dibagi atas dua lapis yaitu : plura viseralis yang letaknya erat pada permukaan paru dan pleura parientalis yang melapisi permukaan dalam dinding dada

d. pada keadaan normal kavum pleura ini vakum atau hampa udara sebagai paru dapat berkembang kempis , namun terdapat sedikit cairan untuk pelumas pada permukaan waktu bergerak atau bernafas

o kapasitas paru – paru

a. merupakan kesanggupan paru – paru dalam menampung udara didalamnya

b. dalam keadaan normal kedua paru – paru dapat menampung udara lebih kurang 5 liter.

c. Waktu ekspirasi didalam paru – paru masih tertinggal 3 liter udara,waktu bernafas udara yang masuk 2,5 liter

d. Batuk : menghembuskan nafas dengan tiba – tiba akibat adanya ransangan dari selaput lendir di jalan pernafasan

e. Bersin : pengeluaran nafas yang tiba – tiba akibat dari ransangan selaput lendir hidung

o Daya muat paru – paru

a. Besarnya daya muat paru – paru kurang dari 500 ml sampai 5000ml

b. Udara yang diproses dalam paru – paru ( inspirasi dan ekspirasi ) hanya 500 ml yang disebut udara pasang surut yaitu udara yang dihirup dan di hembuskan adalah pernafasan biasa

o Volume paru

a. Tidak semua udara inspirasi mencapai paru dan tidak semua udara di dalam alveoli di keluarkan saat ekspirasi

b. Volume tidal : sekitar 400 ml adalah volume udara inspirasi dan ekspirasi saat bernafas tenang

c. Volume residual : sekitar 1500 ml adalah jumlah udara yang tidak dapat dikeluarkan saat ekspirasi kuat dan tetap berada dalam alveoli

d. Kapasitas vital : sekitar 4500 ml adalah jumlah yang dapat dikeluarkan oleh paru /usaha volunter setelah inspirasi dalam

4. Proses Terjadinya Pernafasan

· bernafas berarti melakukan inspirasi dan ekspirasi secara bergantian , teratur , berirama dan terus menerus

· bernafas merupakn gerak reflek yang terjadi pada otot pernafasan

· reflek bernafas ini diatur oleh pusat pernafasan yang terletal di medulla oblongata

· seseorang dapat menahan , memperlambat atau mempercepatkan nafasnya ini berari bahwa reflek bernafas ini juga dibawah pengaruh kortek serebri

5. 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. Sel-sel 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.

6. 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, pertama-tama 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.

7. 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.

8. Kontrol Pernapasan
Ventilasi melibatkan dua aspek berbeda, yang keduanya dapat dipengaruhi oleh kontrol saraf: (1) siklus ritmis antara inspirasi dan ekspirasi dan (2) pengaturan besarnya ventilasi, yang pada gilirannya bergantung pada kontrol frekuensi bernapas dan kedalaman tidal volume

. Irama bernapas terutama ditentukan oleh aktivitas pemacu yang diperlihatkan oleh neuron-neuron inspirasi yang terletak di pusat kontrol pernapasan di medula batang otak. Sewaktu neuron-neuron inspirasi ini melepaskan muatan secara spontan, impuls akhirnya mencapai otot-otot inspirasi, sehingga terjadi inspirasi.

Apabila neuron inspirasi berhenti melepaskan muatan, otot inspirasi melemas dan terjadi ekspirasi. Apabila ekspirasi aktif akan terjadi, otot-otot ekspirasi diaktifkan oleh keluaran dari neuron-neuron ekspirasi di medula. Irama dasar ini diperhalus oleh keseimbangan aktivitas di pusat apnustik dan pneumotaksik yang terletak lebih tinggi di batang otak di pons. Pusat apnustik memperpanjang inspirasi, sementara pusat pneumotaksik yang lebih kuat membatasi inspirasi.

Tiga faktor kimia berperan dalam penentuan besarnya ventilasi: PO2, PCO2, dan konsentasi dalam H+ darah arteri. Faktor dominan dalam pengaturan ventilasi dari terus menerus (menit ke menit) adalah PCO2 arteri. Peningkatan PCO2 arteri merupakan stimulus kimiawi terkuat yang merangsang ventilasi. Perubahan PCO2 arteri mengubah ventilasi terutama dengan menimbulkan perubahan setara pada konsentrasi H+ CES otak, yang sangat peka di kemoreseptor sentral.

Kemoreseptor perifer responsif terhadap peningkatan konsentrasi H+ arteri, yang juga secara refleks meningkatkan ventilasi. Penyesuaian kadar CO2 penghasil asam dalam darah arteri penting untuk mempertahankan keseimbangan asam-basa tubuh. Kemoreseptor perifer juga secara refleks merangsang pusat pernapasan sebagai respons terhadap penurunan mencolok PO2 arteri (<>