1. Pernapasan dada
Pernapasan dada adalah pernapasan yang melibatkan otot antartulang rusuk. Mekanismenya dapat dibedakan sebagai berikut:
a. Fase inspirasi
Fase ini berupa berkontraksinya otot antartulang rusuk sehingga rongga dada membesar, akibatnya tekanan dalam rongga dada menjadi lebih kecil daripada tekanan di luar sehingga udara luar yang kaya oksigen masuk
b. Fase ekspirasi
Fase ini merupakan fase relaksasi atau kembalinya otot antara tulang rusuk ke posisi semula yang dikuti oleh turunnya tulang rusuk sehingga rongga dada menjadi kecil. Sebagai akibatnya, tekanan di dalam rongga dada menjadi lebih besar daripada tekanan luar, sehingga udara dalam rongga dada yang kaya karbon dioksida keluar.
2. Pernapasan perut
Pernapasan perut merupakan pernapasan yang mekanismenya melibatkan aktifitas otot-otot diafragma yang membatasi rongga perut dada.
Mekanisme pernapasan perut dapat dibedakan menjadi dua tahap yakni :
a. Fase inspirasi
Pada fase ini otot diafragma berkontraksi sehingga diafragma mendatar, akibatnya rongga dada membesar dan tekanan menjadi kecil sehingga udara luar masuk.
b. Fase ekspirasi.
Fase ekspirasi merupakan fase berelaksasinya otot diafragma (kembali ke posisi semula, mengembang) sehingga rongga dada mengecil dan tekanan menjadi lebih besar, akibatnya udara keluar dari paru-paru.
Beberapa fungsi pernafasan antara lain adalah:
1. Mengambil oksigen yang kemudian dabawa oleh darah keseluruh tubuh.
2. Mengeluarkan karbon dioksida yang terjadi sebagai sisa dari pembakaran pernafasan kemudian dibawa oleh darah ke paru-paru untuk di buang ke luar tubuh.
C. Anatomi fisiologis system pernapasan
Sistem pernapasan pada manusia mencakup dua hal, yakni saluran pernapasan dan mekanisme pernapasan. Urutan saluran pernapasan adalah sebagai berikut: rongga hidung - faring – laring - trakea -bronkus - paru-paru (bronkiolus dan alveolus).
Adapun alat-alat pernapasan pada manusia adalah sebagai berikut :
1. Alat pernafasan atas
a. Rongga hidung (cavum nasalis)
Udara dari luar akan masuk lewat rongga hidung (cavum nasalis). Rongga hidung berlapis selaput lendir, di dalamnya terdapat kelenjar minyak (kelenjar sebasea) dan kelenjar keringat (kelenjar sudorifera). Selaput lendir berfungsi menangkap benda asing yang masuk lewat saluran pernapasan. Selain itu, terdapat juga rambut pendek dan tebal yang berfungsi menyaring partikel kotoran yang masuk bersama udara. Juga terdapat konka yang mempunyai banyak kapiler darah yang berfungsi menghangatkan udara yang masuk.
Di dalam rongga hidung terjadi penyesuaian suhu dan kelembapan udara sehingga udara yang masuk ke paru-paru tidak terlalu kering ataupun terlalu lembap. Udara bebas tidak hanya mengandung oksigen saja, namun juga gas-gas yang lain. Misalnya, karbon dioksida (co2), belerang (s), dan nitrogen (n2). Selain sebagai organ pernapasan, hidung juga merupakan indra pembau yang sangat sensitif. Dengan kemampuan tersebut, manusia dapat terhindar dari menghirup gas-gas yang beracun atau berbau busuk yang mungkin mengandung bakteri dan bahan penyakit lainnya. Dari rongga hidung, udara selanjutnya akan mengalir ke faring.
b. Faring
Udara dari rongga hidung masuk ke faring. Faring merupakan percabangan 2 saluran, yaitu saluran pernapasan (nasofarings) pada bagian depan dan saluran pencernaan (orofarings) pada bagian belakang.
Pada bagian belakang faring (posterior) terdapat laring (tekak) tempat terletaknya pita suara (pita vocalis).masuknya udara melalui faring akan menyebabkan pita suara bergetar dan terdengar sebagai suara.
Makan sambil berbicara dapat mengakibatkan makanan masuk ke saluran pernapasan karena saluran pernapasan pada saat tersebut sedang terbuka. Walaupun demikian, saraf kita akan mengatur agar peristiwa menelan, bernapas, dan berbicara tidak terjadi bersamaan sehingga mengakibatkan gangguan kesehatan.
c. Laring
Laring (tekak) adalah tempat terletaknya pita suara (pita vocalis). Masuknya udara melalui faring akan menyebabkan pita suara bergetar dan terdengar sebagai suara. Laring berparan untuk pembentukan suara dan untuk melindungi jalan nafas terhadap masuknya makanan dan cairan. Laring dapat tersumbat, antara lain oleh benda asing ( gumpalan makanan ), infeksi ( misalnya infeksi dan tumor)
2. Alat pernafasan bawah
a. Trakea
Tenggorokan berupa pipa yang panjangnya ± 10-12 cm dengan diameter 2,5 cm, terletak sebagian di leher dan sebagian di rongga dada (torak). Dinding tenggorokan tipis dan kaku, dikelilingi oleh cincin tulang rawan, dan pada bagian dalam rongga bersilia. Silia-silia ini berfungsi menyaring benda-benda asing yang masuk ke saluran pernapasan.
Trakea tetap terbuka karena terbentuk dari adanya 16-20 cincin kartilao berbentuk huruf c yang membentuk trakea.
b. Cabang-cabang bronkus
Tenggorokan (trakea) bercabang menjadi dua bagian, yaitu bronkus primer (kanan dan kiri). Bronkus kiri lebih tinggi dan cenderung horizontal daripada bronkus kanan, karena pada bronkus kiri terdapat organ jantung. Bronkus kanan lebih pendek dan tebal dan bentuknya cenderung vertical karena arcus aorta membelokkan trakea kebawah.
Masing-masing bronkus primer bercabang lagi menjadi 9-12 cabang untuk membentuk bronkus sekunder dan tersier (bronkiolus) dengan diameter semakin menyempit.
Struktur lapisan mukosa bronkus sama dengan trakea, hanya tulang rawan bronkus bentuknya tidak teratur dan pada bagian bronkus yang lebih besar cincin tulang rawannya melingkari lumen dengan sempurna.
c. Paru-paru
Paru-paru terletak di dalam rongga dada bagian atas, di bagian samping dibatasi oleh otot dan rusuk dan di bagian bawah dibatasi oleh diafragma yang berotot kuat. Paru-paru ada dua bagian yaitu paru-paru kanan (pulmo dekster) yang terdiri atas 3 lobus dan paru-paru kiri (pulmo sinister) yang terdiri atas 2 lobus.
Paru-paru dibungkus oleh dua selaput yang tipis, disebut pleura. Selaput bagian dalam yang langsung menyelaputi paru-paru disebut pleura dalam (pleura visceralis) dan selaput yang menyelaputi rongga dada yang bersebelahan dengan tulang rusuk disebut pleura luar (pleura parietalis).
Antara selaput luar dan selaput dalam terdapat rongga berisi cairan pleura yang berfungsi sebagai pelumas paru-paru. Cairan pleura berasal dari plasma darah yang masuk secara eksudasi. Dinding rongga pleura bersifat permeabel terhadap air dan zat-zat lain.
Paru-paru tersusun oleh bronkiolus, alveolus, jaringan elastik, dan pembuluh darah. Paru-paru berstruktur seperti spon yang elastis dengan daerah permukaan dalam yang sangat lebar untuk pertukaran gas.
Di dalam paru-paru, bronkiolus bercabang-cabang halus dengan diameter ± 1 mm, dindingnya makin menipis jika dibanding dengan bronkus. Bronkiolus ini memiliki gelembung-gelembung halus yang disebut alveolus. Bronkiolus memiliki dinding yang tipis, tidak bertulang rawan, dan tidak bersilia.
Gas memakai tekanannya sendiri sesuai dengan persentasenya dalam campuran, terlepas dari keberadaan gas lain (hukum dalton). Bronkiolus tidak mempunyi tulang rawan, tetapi rongganya masih mempunyai silia dan di bagian ujung mempunyai epitelium berbentuk kubus bersilia. Pada bagian distal kemungkinan tidak bersilia. Bronkiolus berakhir pada gugus kantung udara (alveolus).
Alveolus terdapat pada ujung akhir bronkiolus berupa kantong kecil yang salah satu sisinya terbuka sehingga menyerupai busa atau mirip sarang tawon. Oleh karena alveolus berselaput tipis dan di situ banyak bermuara kapiler darah maka memungkinkan terjadinya difusi gas pernapasan.
D. Mekanisme pernafasan / ventilasi paru
Ventilasi adalah proses keluar masuknya udara dari paru-paru. Jumlahnya sekitar 500 ml ventilasi membutuhkan koordinasi otot paru dan thoraks yang elastic serta persyarafan yang utuh. Otot pernafasan insprirasi utama adalah diafpragma. Diafpragma di persyaraf oleh syaraf frenik, yang keluar dari medulla spinalis pada vetebra servikal ke empat.
Udara yang masuk dan keluar terjadi karna adanya perbedaan tekanan udara antara intrapleura dengan tekanan atmosfer, dimana pada inspirasi tekanan interapleura. Salah satu fase dari ventilasi paru adalah inspirasi yaitu gerakan perpindahan udara masuk ke dalam paru-paru dan fase lainnya adalah ekspirasi yaitu gerakan perpindahan udara meninggalkan paru-paru.
1. Prinsip dasar
a. Toraks adalah rongga tertutup kedap udara disekeliling paru-paru yang terbuka ke atmosper hanya melalui jalur sistem pernapasan :
b. Pernafasan adalah proses inspirasi (inhalasi) udara kedalam paru-paru dan ekspirasi (ekshalasi) udara dari paru-paru ke lingkungan luar tubuh.
c. Sebelum inspirasi dimulai, tekanan udara atmosper (sekitar 760 mmhg) sama dengan tekanan udara dalam alveoli yang disebut sebagai tekanan intra-alveolar (intra pulmonar).
d. Tekanan intra poleura dalam rongga pleura (ruang antar pleura) adalah tekanan sub-atmosper, atau kurang dari intra-alveolar.
e. Peningkatan atau penurunan volume rongga toraks mengubah tekanan intra pleura dan intra-alveolar yang secara mekanik menyebabkan pengembangan atau pengempisan paru-paru
2. Inspirasi
Tepatnya proses inspirasi adalah sebagai berikut; diafragma berkontraksi, bergerak ke arah bawah, dan mengembangkan rongga dada dari atas ke bawah. Otot-otot interkosta eksternal menarik iga ke atas dan ke luar, yang mengembangkan rongga dada ke arah samping kiri dan kanan serta ke depan dan ke belakang.
Otot-otot inspirasi memperbesar rongga toraks dan meningkatkan volumenya dimana otot-otot yang berkontraksi adalah :
a. Diafragma, yaitu otot berbentuk kubah yang jika sedang rileks akan memipih saat berkontraksi dan memperbesar rongga toraks kearah inferior.
b. Otot intrerkostal eksternal mengangkat iga keatas dan kedepan saat berkontraksi sehingga memperbesar rongga toraks kearah anterior dan superior.
c. Dalam pernafasan aktif atau pernafasan dalam, otot-otot sternokleidomastoid, pektoralis mayor, serratus-anterior, dan otot skalena juga akan memperbesar rongga toraks.
3. Ekspirasi
Ekspirasi atau yang juga disebut ekshalasi dimulai ketika diafragma dan otot-otot interkosta rileks. Karena rongga dada menjadi lebih sempit, paru-paru terdesak, dan jaringan ikat elastiknya yang meregang selama inhalasi, mengerut dan juga mendesak alveoli. Dengan meningkatnya tekanan intrapulmonal di atas tekanan atmosfir, udara didorong ke luar paru-paru sampai kedua tekanan sama kembali.
Perhatikan bahwa inhalasi merupakan proses yang aktif yang memerlukan kontraksi otot, tetapi ekshalasi yang normal adalah proses yang pasif, bergantung pada besarnya regangan pada elastisitas normal paru-paru yang sehat. Dengan kata lain, dalam kondisi yang normal kita harus mengeluarkan energi untuk inhalasi tetapi tidak untuk ekshalasi.
Namun begitu kita juga dapat mengalami ekshalasi diluar batas normal, seperti ketika sedang berbicara, bernyanyi, atau meniup balon. Ekshalasi yang demikian adalah proses aktif yang membutuhkan kontraksi otot-otot lain.
Otot-otot ekspirasi menurunkan volume rongga toraks. Ekspirasi pada pernafasan yang tenang dipengaruhi oleh relaksasi otot dan disebut proses pasif. Pada ekspirasi dalam, otot interkostal internal menarik kerangka iga ke bawah dan otot abdomen berkontraksi sehingga mendorong isi abdomen menekan diafragma.
Kepatenan ventilasi tergantung pada empat factor :
a. Kebersihan jalan nafas, adanya sumbatan atau obstruksi jalan nafas akan menghalangi masuk dan keluarnya dari dan ke paru-paru
b. Adekuatnya system syaraf pusat dan pusat pernafasan
c. Adekuatnya pengembangan dan pengempesan peru-peru
d. Kemampuan oto-otot pernafasan seperti diafpragma, eksternal interkosa, internal interkosa, otot abdominal.
Ventilasi paru mengacu kepada pergerakan udara dari atmosfir masuk dan keluar paru. Ventilasi berlangsung secara bulk flow. Bulk flow adalah perpindahan atau pergerakan gas atau cairan dari tekanan tinggi ke rendah.
Faktor-faktor yang mempengaruhi ventilasi antara lain :
a. Tekanan
b. Resistensi bronkus
c. Persyarafan bronkus
E. Volume dan kapasitas paru-paru
1. Volume
a. Volume tidal adalah volume udara yang masuk dan keluar paru-paru selama ventilasi normal biasa. Berkisar 500 ml untuk laki-laki dan 380 ml untuk perempuan.
b. Volume cadangan inspirasi adalah volume udara ekstra yang masuk ke paru-paru dengan inspirasi maksimum diatas inspirasi tidal. Berkisar 3100 ml pada laki-laki dan 1900 ml pada perempuan.
c. Volume cadangan ekspirasi adalah volume ekstra udara yang dapat ekstra kuat yang dapat dikeluarkan pada akhir ekspirasi normal. Biasanya 1200 ml pada laki-laki dan 800 ml pada perempuan.
d. Volume residua adalah volume udara sisa dalam paru-paru setelah melakukan ekspirasi kuat. Rata-rata pada laki-laki berkisar 1200 ml dan perempuan 1000 ml.
2. Kapasitas
a. Kapasitas residual fungsional adalah penambahan volume residua dan volume cadangan ekspirasi. Nilai rata-rata 2200 ml.
b. Kapasitas inspirasi adalah penambahan volume tidal dan volume cadangan inspirasi. Nilai rata-rata adalah 3500 ml.
c. Kapasitas vital adalah penambahan volume, vci dan vce. Rata-rata berkisar 4500 ml.
d. Kapasitas total adalah jumlah seluruh udara yanga da diparu-paru. Rata-rata berkisar 5700 ml.
F. Sirkulasi paru
Sirkulasi paru adalah darah si oksigenesi yang mengalir pada arteri pulmonaris dari sisi kanan jantung. Darah ini memperfusi paru bagian respirasi dan ikut seta dalam proses pertukaran oksigen dan karbon dioksida di kapiler dan arveolus. Sirkulasi paru merupakan 8-9% dari curah jantung total. Tekanan dan resistensi terhadap aliran di dalam sirkulasi paru sangat rendah, dengan tekanan paru merata sekitar 12 mmhg dibandingkan dengan tekanan sistemik merata yang besarnya sekitar 90 mmhg. Sirkulasi paru bersifat sangat fleksibel dan dapat mengakomodasi variasi volume darah yang besar. Dengan demikian, sirkulasi paru dapat berfungsi sebagai tempat penyimpanan darah yang dapat dipanggil sewaktu-waktu apabila terjadi penurunan volume atau tekanan darah sistemik.
G. Bentuk dari pernafasan
Bentuk dari pernafasan secara garis besar dibagi menjadi 2 bagian yaitu:
1. Proses pernafasan pulmonal atau paru-paru (external)
Pernafasan externa adalah pertukaran gas oksigen dan karbondioksida. Pada pernafasan melalui paru-paru atau penafasan externa, oksigen didapatkan melalui hidung dan mulut, pada waktu bernafas oksigen mesul melalui trachea dan pipa bronchial ke alveoli dan berhubungan erat dengan darah di kapiler pulmonalis. Hanya satu lapis membrane, yaitu membrane alveoli-kapiler, memisahkan oksigen dan darah oksigen menembus membrane ini dan dipungut oleh hemoglobin sel darah merah di bawa ke jantung. Dari sini di pompa di dalam arteri ke seluruh bagian tubuh. Didalam paru-paru karbon dioksida merupakan hasil buangan yag menembus membrane alveoli. Dari kapiler darah dikeluarkan melalui pipa bronkus berakhir sampai pada mulut dan hidung. Darah meninggalkan paru-paru pada tekanan oksigen 100 mmhg dan pada tingkat hemoglobinnya 95% jenuh oksigen. Empat proses berhubungan dengan pernafasan paru-paru atau pernafasan externa :
a. Ventilisasi pulmorter, atau gerak pernafasan yang menukar udara dalam alveoli dengan udara luar.
b. Arus darah melalui paru-paru, darah mengandung oksigen masuk ke seluruh tubuh, karbondioksida dari seluruh tubuh masuk ke paru-paru.
c. Distribusi arus udar dan arus darah sedemikian sehingga jumlah tepat dari setiapnya dapat mencapai semua bagian tubuh.
d. Difusi gas yang menembusi membrane pemmisah alveoli dan kapiler. Karbondioksida lebih mudah berdifusi dapi pada oksigen.
Semua proses ini diatur sedemikian sehingga darah yang meninggalkan paru-paru menerima jumlah tepat co2 dan o2. Pada waktu gerak badan lebih banyak, darah dating ke paru-paru membawa terlalu banyak co2 dan terlampau sedikit o2, jumlah co2 tidak dapat di keluarkan, maka konsentrasinya dalam darah arteri bertambah. Hal ini merangsang pusat pernafasan dalam otak untuk memperbesar dan didalam pernafasan.penambahan fentilasi yang dengan demikian terjadi mengeluarkan co2 dan memungut lebih benyak o2.
2. Proses pernafasan jaringan (internal)
Darah yang telah dijernihkan hemoglobinnya dengan oksigen (oxihemoglobin), mengitari seluruh tubuh dan akhirnya mencapai kapiler, dimana darah bergerak sangat lambat. Sel jaringan memungut oksigen dari hemoglobin untuk memungkinkan sel melakukan oksidasi pernafasan, sebagai gantunya hasil dari oksidasi yaitu karbondioksida.
Perubahan-parubahan berikut terjadi dalam komposisi udara dalam olveoli, yang disebabkan pernafasan externa dan interna.
Udara yang di hirup: nitrogen (79%), oksigen (20%), karbondioksida (0-0,4%). Udara yang masuk ke alveoli mempunyai suhu dan kelembaban atmosfer.
Udara yang dihembuskan: nitrogen(79%), oksigen(16%), karbondoiksida ( 4-0.4%).
H. Prinsip pertukaran gas
1. Pertukaran gas pulmonary
Pertukaran gas mencakup dua proses yang independen, pernapasan eksternal pertukaran gas antara alveoli dengan aliran darah dan pernapasan pertukaran gas antara kapiler dalam tubuh. Kedua proses tersebut perpindahan gas dari tempat mencakup perpindahan gas melalui difusi yang berkonsentrasi tinggi ke tempat berkonsentrasi lebih rendah. Kecepatan perpindahan gas ini bergantung pada konsentrasi (kepekatan) atau pada tekanan yang dikeluarkan oleh gas (tekanan parsial). Secara umum udara yang kita hirup (dari atmosfir bumi) sebenarnya merupakan campuran yang mengandung kira-kira 21% oksigen, 0,04% karbon dioksida, dan 78% nitrogen. (scanlon, 1995).
Tekanan parsial (yang juga dikenal dengan hukum dalton) adalah tekanan yang dikeluarkan oleh salah satu dari sembarang gas dalam suatu campuran gas-gas yang secara langsung berhubungan dengan konsentrasi gas tersebut dalam campuran dan dengan tekanan total campuran gas. Tekanan parsial, kadang cukup disebut tension mempunyai simbol p dan satuan mm hg.
Tekanan parsial suatu gas dapat dihitung dengan mengalikan persentase gas dimaksud dengan tekanan total atmosfir dalam kondisi standar (760 mm hg). Perhatikan contoh berikut konsentrasi gas oksigen dalam atmosfir adalah 21 %, maka tekanan parsial oksigen [po2] adalah 21 % x 760 mm hg = 159,6 mm hg. Jadi dengan demikian tekanan parsial oksigen 21 % adalah 159,6 mm hg.
Udara di dalam alveoli mempunyai kandungan po2 tinggi dan pco2 rendah. Darah di dalam kapiler pulmonal, yang berasal langsung dari tubuh, mempunyai kandungan po2 rendah dan pco2 tinggi. Itulah sebabnya, dalam pernapasan eksternal oksigen akan berdifusi dari udara di dalam alveoli ke dalam darah, dan karbon dioksida berdifusi dari darah ke dalam udara di dalam alveoli. Darah yang kembali dari jantung sekarang mempunyai kandungan po2 yang tinggi dan pco2 yang rendah dan dipompakan oleh ventrikel kiri ke dalam sirkulasi sistemik.
Darah arteri yang mencapai kapiler sistemik mempunyai kandungan po2 yang tinggi dan pco2 yang rendah. Sel tubuh dan cairan jaringan mempunyai po2 rendah dan pc02 tinggi karena sel-sel secara kontinu menggunakan oksigen dalam pernapasan sel (pembentukan energi) dan menghasilkan karbon dioksida. Itulah sebabnya, dalam pernapasan internal, oksigen berdifusi dari darah ke cairan jaringan (sel-sel), dan karbon dioksida berdifusi dari cairan jaringan ke dalam darah. Darah yang memasuki vena sistemik untuk kembali ke jantung sekarang mempunyai kandungan po2 rendah dan pco2 tinggi dan dipompakan oleh ventrikel kanan ke dalam paru-paru untuk turut serta dalam pernapasan eksternal. Kelainan pertukaran gas yang sering melibatkan paru-paru, yaitu dalam pernapasan eksternal seperti pada edema pulmonal dan pneumonia.
Besarnya oksigen yang berdifusi ke dalam darah setiap menit bergantung pada faktor:
a. Gradien tekanan oksigen antara udara alveolar dan darah pulmonal yang masuk (po2 alveolar-po2 darah).
b. Area permukaan fungsional total membran pernapasan.
c. Volume pernapasan satu menit, dan.
d. Ventilasi alveolar. Keempat faktor tersebut mempunyai hubungan langsung dengan difusi oksigen. Apa saja yang menurunkan po2 alveoli cederung akan menurunkan gradien tekanan oksigen darah alveolar dan karenanya cenderung menurunkan jumlah oksigen yang memasuki darah.
Membran respirasi, tempat berlangsungnya pertukaran gas, terdiri dari lapisan sulfaktan, epitelium skuamosa simpel pada dinding alveolar, membran dasar pada dinding alveolar ruang interestisial yang mengandung serabut jaringan ikat dan cairan jaringan, membran dasar kapilar dan endotelium kapilar. Molekul gas harus melewati keenam lapisan ini melalui proses difusi.
