Respirasi Internal

Respirasi Internal 

1.        Respirasi Internal

Udara lingkungan dapat dihirup masuk ke dalam tubuh makhluk hidup melalui dua cara, yakni pernapasan secara langsung dan pernapasan tak langsung. Pengambilan udara secara langsung dapat dilakukan oleh permukaan tubuh lewat proses difusi. Sementara udara yang dimasukan ke dalam tubuh melalui saluran pernapasan dinamakan pernapasan tidak langsung.

Saat kita bernapas, udara diambil dan dikeluarkan melalui paru-paru. Dengan kata lain, kita melakukan pernapasan secara tidak langsung lewat paru-paru. Walaupun begitu, proses difusi pada pernapasan langsung tetap terjadi pada paru-paru. Bagian paru-paru yang mengalami proses difusi dengan udara yaitu gelembung halus kecil atau alveolus. Oleh karena itu, berdasarkan proses terjadinya pernapasan, manusia mempunyai dua tahap mekanisme pertukaran gas. Pertukaran gas oksigen dan karbondioksida yang dimaksud yakni mekanisme pernapasan eksternal dan internal.

·         Pernafasan Internal

Berbeda dengan pernapasan eksternal, proses terjadinya pertukaran gas pada pernapasan internal berlangsung di dalam jaringan tubuh. Proses pertukaran oksigen dalam darah dan karbondioksida tersebut berlangsung dalam respirasi seluler. Setelah oksihemoglobin (HbO₂) dalam paru-paru terbentuk, oksigen akan lepas, dan selanjutnya menuju cairan jaringan tubuh. Oksigen tersebut akan digunakan dalam proses metabolisme sel.

     

Gambar 1 : Respirasi Internal

Proses masuknya oksigen ke dalam cairan jaringan tubuh juga melalui proses difusi. Proses difusi ini terjadi karena adanya perbedaan tekanan parsial oksigen dan karbondioksida antara darah dan cairan jaringan. Tekanan parsial oksigen dalam cairan jaringan lebih rendah dibandingkan oksigen yang berada dalam darah. Artinya konsentrasi oksigen dalam cairan jaringan lebih rendah. Oleh karena itu, oksigen dalam darah mengalir menuju cairan jaringan.

Ketika oksigen dari kapiler darah jaringan menuju sel-sel  jaringan karbondioksida difusi pada arah berlawanan.Tekanan CO₂ didalam sel 45mmHg, sementara darah teroksigenasi di dalam kapiler jaringan melalui cairan interestial darah dalam kapiler jaringan sampai pCO₂ dalam darah naik menjadi 45mmHg, yang merupakan pCO₂ darah terseoksigenasi dalam kapiler jaringan.

Darah terdeoksigenasi sekarang kembali ke jantung, dari sini dipompa ke paru-paru melalui siklus lain dari respirasi eksternal.Pengangkutan gas-gas pernafasan paru-paru dan jaringan tubuh adalah tugas darah.

Sementara itu, tekanan karbondioksida pada darah lebih rendah daripada cairan jaringan. Akibatnya, karbondioksida yang terkandung dalam sel-sel tubuh berdifusi ke dalam darah. Karbondioksida yang diangkut oleh darah, sebagian kecilnya akan berikatan bersama hemoglobin membentuk karboksihemoglobin (HbCO₂).

Namun, sebagian besar karbondioksida tersebut masuk ke dalam plasma darah dan bergabung dengan air menjadi asam karbonat (H₂CO₃). Oleh enzim anhidrase, asam karbonat akan segera terurai menjadi dua ion, yakni ion hidrogen (H⁺) dan ion bikarbonat (HCO^- ). CO₂ yang diangkut darah ini tidak semuanya dibebaskan ke luar tubuh oleh paru-paru, akan tetapi hanya 10%-nya saja. Sisanya yang berupa ion-ion bikarbonat yang tetap berada dalam darah. Ion-ion bikarbonatdi dalam darah berfungsi sebagai bufer atau larutan penyangga. Lebih tepatnya, ion tersebut berperan penting dalam menjaga stabilitas pH (derajat keasaman) darah.

Faktor yang mempengaruhi keterikatan oksigen dengan Hemoglobin yaitu :

•      pO₂  : makin besar pO₂  maka makin besar  O₂  yang bergabung dengan Hb

•      DPG ( 2,3- dipjospogliserat) : makin besar derajat DPG maka makin besar  oksigen yang dilepas.

•      Konsentrasi H⁺ : makin besar konsentrasi H⁺ dalam darah  membuat O₂ makin besar terlepas dari Hb

•      Suhu : makin besar suhu maka makin besar O₂ yang terlepas dari Hb

Hemoglobin janin berbeda dengan hemoglobin orang dewasa dalam struktur dan afinitasnya terhadap oksigen Hb janin terdiri dari sepasang rantai globin alpha dan sepasang rantai globin gamma.Pada orang dewasa Hb terdiri dari satu pasang rantai globin alpha dan satu pasang rantai globin beta.Hb janin memiliki afinitas yang lebih tinggi dalam mengikat Oksigen dibandingkan Hb orang dewasa.

Hipoksia adalah suatu keadaan di saat tubuh sangat kekurangan oksigen sehingga sel gagal melakukan metabolisme secara efektif. Berdasarkan penyebabnya hipoksia dibagi menjadi 4 kelompok, yakni : hipoksia hipoksik, hipoksia anemic, hipoksia stagnan dan hipoksia histotokik.

·      Jenis Hipoksia hipoksik, adalah keadaan hipoksia yang disebabkan karena kurangnya oksigen yang masuk paru-paru. Sehingga oksigen tidak dapat mencapai darah, dan gagal untuk masuk dalam sirkulasi darah sehingga pO₂ dalam darah arteri rendah.

Kegagalan ini bisa disebabkan adanya sumbatan / obstruksi di saluran pernapasan, baik oleh sebab alamiah atau oleh trauma/ kekerasan yang bersifat mekanik, seperti tercekik, penggantungan, tenggelam dan sebagainya serta dapat diakibatkan karena ktinggian tempat (altitude).

·      Jenis kedua adalah hipoksia anemik, yakni keadaan hipoksia yang disebabkan karena darah (hemoglobin) tidak dapat mengikat atau membawa oksigen yang cukup untuk metabolisme seluler. Seperti, pada keracunan karbonmonoksida (CO), karena afinitas CO terhadap hemoglobin jauh lebih tinggi dibandingkan afinitas oksigen dengan hemoglobin.

·      Jenis hipoksia stagnan, adalah keadaan hipoksia yang disebabkan karena darah (hemoglobin) tidak mampu membawa oksigen ke jaringan oleh karena kegagalan sirkulasi, seperti pada heart failure atau embolisme, baik emboli udara vena maupun emboli lemak.

·      Jenis hipoksia histotoksik, ialah keadaan hipoksia yang disebabkan karena jaringan yang tidak mampu menyerap oksigen, salah satu contohnya pada keracunan sianida. Sianida dalam tubuh akan mengaktifkan beberapa enzim oksidatif seluruh jaringan secara radikal, terutama sitokrom oksidase dengan mengikat bagian ferric heme group dari oksigen yang dibawa darah.

            Ketiga jenis hipoksia yang terakhir (yakni hipoksia anemik, stagnan dan histotoksik) disebabkan penyakit atau keracunan, sedangkan hipoksia yang pertama (yakni hipoksia hipoksik) disebabkan kurangnya oksigen atau obstruksi pada jalan nafas baik karena penyakit maupun sebab kekerasan(yang bersifat mekanik). Asfiksia mekanik (mechanical asphixia) adalah jenis yang paling seringdijumpai dalam kasus tindak pidana yang menyangkut nyawa manusia.

2       Kendali Respirasi

            Pengendalian dan pengaturan pernapasan dilakukan oleh sistem persyarafan, mekanisme kimia, dan mekanisme non kimia.  Pada saat istirahat, kira-kira 200 oksigen,jumlah yang ada dalam 1 L darah dikonsumsi setiap menitnya. Selama olahraga berat, penggunaan oksigen dapat meningkat sampai sebanyak 30 kali lipat. Harus ada mekanisme untuk menyesuaikan usaha respirasi terhadap tuntutan metabolik. Irama dasar respirasi di kendalikan oleh system saraf dalam medulla dan spons.

             Untuk menjawab tuntutan tubuh, irama ini dapat diubah. Ukuran rongga dada dapat dipengaruhi oleh kegiatan otot pernafasan. Otot-otot ini berkontraksi dan relaksasi sebagai reason impuls saraf, dimana saraf yang ditransmisikan kepadanya dari pusat di otak. Area penyampaian impuls saraf keotot pernafasan terletak bilateral dalam bentuk reticular batang otak, inilah yang disebut pusat pernafasan. Pusat pernafasan terdiri atas gugus neuron yang tersebar luas. Berdasarkan fungsinya dipisahkan menjadi 3 area, yaitu :

1. Medullary rhytmicity area dalam medulla adalah untuk mengendalikan irama dasar respirasi.
2. Pneumothaxic area, dalam pons yang terus menerus menstransmisi impuls penghambat ke area inspiratori.
3. Apneustic area adalah mengkoordinasi transisi antara inspirasi dan ekspirasi dan juga menyampaikan impuls ke area inspiratori yang menggiatkannya dan memperpanjang inspirasi, sehingga menghambat ekspirasi.

            Terdapat beberapa mekanisme yang membantu agar udara dapat masuk ke dalam paru-paru sehingga pertukaran gas dapat berlangsung. Fungsi mekanik  pergerakan  udara masuk dan keluar dari paru dinamai ventilasi. Mekanisme ini dilakukan oleh sejumlah komponen yang saling mengadakan interaksi. Kendali pernapasan ini di antaranya adalah sebagai berikut :

a.    Faktor lokal : Yaitu paru- paru itu sendiri dan dinding dada yang mengelilingi paru-paru, di mana keduanya berperan dalam pompa resiprokatif yang disebut juga dengan hembusan napas.

b.    Kontrol Medula Oblogata : Sebagai pusat control pernafasan, terdapat daerah ritmik medula oblongata(Medullary Rhythmic Area)  yang terdiri dari neuron inspirasi dan ekspirasi.

c.    Kontrol Pons : Mengatur transisi dari inspirasi ke ekspirasi.

d.    Reflek Hering-Breur : Strectch reseptor di paru merupakan proteksi agar tidak terjadi over-inflation/ over-distension.

e.    Masukkan Korteks : Kendali korteks ini terbatas, yaitu dapat mengubah ritmik agar dapat memproteksi paru-paru.

f.     Kendali Bio Kimiawi : Penurunan tekanan parsial oksigen dalam darah arteri (PaO₂) dapat merangsang ventilasi.

g.    Efek Latihan Jasmani : Olahraga berat akan mengakibatkan O₂  dan produksi CO₂ yang lebih besar pula. Mekanisme yang pasti belum jelas betul tetapi diduga karena pengaruh lainnya, missal kadar Hb.

h.    Efek ketinggian (altitude) : Tempat yang tinggi, akan menyebabkan penurunan tekanan oksigen (PO₂), akibatnya seseorang yang berada pada ketinggian akan mengalami peningkatan laju dan kedalaman respirasi serta denyut jantung, seperti yang biasa terlihat pada orang yang beraktifitas.

Fisiologi Respirasi

Proses respirasi dapat dibagi dalam tiga proses mekanis utama yaitu sebagai berikut:

a. Ventilasi pulmonal yaitu keluar masuknya udara antara atmosfer dan alveoli paru-paru.

b. Difusi oksigen dan karbon dioksida antara alveoli dan darah.

c. Transportasi oksigen dan karbon dioksida dalam darah dan cairan tubuh ke dan dari sel-sel.

Proses fisiologis respirasi yang memindahkan oksigen dari udara kedalam jaringan dan karbon dioksida yang dikeluarkan ke udara dapat dibagi menjadi tiga stadium,yaitu sebagai berikut:

1. Difusi gas-gas antara alveolus dan kapiler paru-paru(respirasi eksterna)serta antara darah sistemik dan sel-sel jaringan.

2. Distribusi darah dalam sirkulasi pulmoner dan penyesuaiannya dengan distribusi udara dalam alveolus-alveolus.

3. Reaksi kimia dan fisik dari oksigen dan karbon dioksida dengan darah.

Mekanisme Pernapasan diatur dan dikendalikan oleh dua faktor utama:

1. Kendali Kimiawi 

            Kendali kimiawi adalah faktor utama dalam pengendalian dan pengaturan frekuensi, kecepatan dan dalamnya gerakan pernafasan. Pusat pengendalian ada di kemoreseptor yang mendeteksi perubahan kadar oksigen, karbondioksida, dan ion hydrogen dalam darah arteri dan cairan serebrospinalis dan menyebabkan penyesuaian yang tepat antara frekuensi dan kedalaman respirasi. Latihan menyebabkan peningkatan pada jumlah karbondioksida yang dihasilkan oleh kerja otot-otot. Peningkatan kadar karbondioksida dalam darah, atau peningkatan konsentrasi ion hydrogen (H) darah, mempunyai efek kuat yang langsung pada neuron-neuron susunan reticular yang menyebabkan peningkatan kecapatan dan kedalaman pernafasan dengan peningkatan ekskresi karbondioksida.

            Pusat pengendalian ada di kemoreseptor yang mendeteksi peubahan kadar oksigen, karbondioksida dan ion hydrogen dalam darah arteri dan cairan serebrospinalis dan menyebabkan penyesuaian yang tepat antara frekuensi dan kedalaman respirasi.

a) Kemoreseptor sentral, yaitu neuron yang terletak di permukaan ventral lateral medulla. Peningkatan kadar karbondioksida dalam darah arteri dan cairan serebrospinalis merangsang peningkatan frekuensi dan kedalaman respirasi. Penurunan kadar oksigen hanya sedikit berpengaruh pada kemoreseptor sentral.

b) Kemoreseptor perifer, terletak di badan aorta dan karotid pada sistem arteri. Kemoreseptor ini merespon terhadap perubahan konsentrasi ion oksigen, karbondioksida dan ion hydrogen.

Contoh :

Kalau kita melakukan olahraga maka akan terjadi proses pembakaran didalam tubuh, hal ini memerlukan oksigen yang sangat besar, maka efek dari kompensasi tubuh adalah dengan jalan respirasi yang cepat dan dalam untuk menyediakan bahan bakar tersebut, sewaktu kita mulai istirahat maka tubuh akan kembali normal karena oksigen yang dibutuhkan standar karena pembakaran yang terjadi tidak terlalu banyak.

2. Kendali Syaraf

            Pernafasan dikendalikan oleh sel-sel saraf dalam susunan retikularis di batang, terutama pada medulla. Sel-sel ini mengirim impuls menuruni medulla spinals, kemudian melalui saraf frenkus ke diafragma, dan melalui saraf-saraf interkostalis ke otot-otot interkostalis. Jadi pusat pernafasan ialah suatu pusat otomatik di dalam medulla oblongata yang mengeluarkan impuls eferen ke otot pernafasan impuls aferen yang dirangsang oleh pemekaran gelembung udara, yang diantarkan oleh saraf vagus ke pusat pernafasan di dalam medulla.

            Susunan retikularis mempunyai pola aktivitas saraf dengan irama teratur yang mempertahankan aktivitas berirama dari otot-otot tersebut. Irama ini dilengkapi dengan Hering-Breuer yaitu reseptor-reseptor yang regang yang terdapat dalam parenkim paru-paru yang memancarkan rangsangan ke medulla oblongata melalui vagus, pengembangan paru-paru yang cepat menghambat rangsang respirasi.

            Reseptor regangan di jaringan pru mengirim impuls-impuls melalui nervus vagus ke batang otak, impuls ini menghambat inspirasi saat paru-paru dikembangkan, dan merangsang inspirasi bila paru-paru dikempeskan.

            Beberapa faktor tertentu merangsang pusat pernafasan yang terletak didalam medulla oblongata, dan aklau dirangsang maka pusat itu mengeluarkan impuls yang disalurkan oleh saraf spinalis ke otot pernafasan yaitu diafragma dan otot interkostalis. Rangsang ritmis (berirama) pada medulla oblongata menimbulkan pernafasan otomatis. Darah medulla oblongata yang berhubungan dengan pernafasan secara klasik dinamakan pusat pernafasan. Ada 2 kelompok neuron pernafasan, kelompok sosial yang dekat dekat dengan nucleus straktus solitarius adalah sumber irama yang mengendalikan neuron motoris pereniuskontralateral. Neuron-neuron ini juga memproyeksikan diri dan mengendalikan golongan ventra, golongan ini mempunyai 2 bagian, bagian kranil dibentuk oleh neuro-neuron nukleus ambigus yang mempersarafi otot-otot pembantu pernafasan bilateral, pada hakikatnya memalui nervus vagus. Bagian caudal dibentuk oleh neuron-neuron dalam nukleus retroambigualis yang menyelenggarakan pengendalian inspirasi dan eskpirasi ke neuron-neuron motoris yang mempersarafi interkostalis. Pernafasan spontan ditimbulkan oleh rangsang yang ritmis neuron motoris yang mempersarafi otot-otot pernafasan. Rangsang ini secara keseluruhan tergantung pada impuls-impuls saraf otak.

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, et all., (2003), Biologi Jilid 3 Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta.

Irianto, Kus., (2004), Struktur Dan fungsi Manusia Untuk Paramedis, Yrama

Widya , Bandung. 

Setiadi, (2007), Anatomi Fisiologi Manusia, Graha Ilmu,  Surabaya.

Sinaga, Erlintan dan Melva Silitonga, (2011),  Anatomi Fisiologi Tubuh Manusia.

Universitas Negeri Medan , Medan.

Sherwood L, (2004), Human Phisiology From Cells to System, Thomson,

Australia.