Transcript
Peran CO2 pada Respirasi
By Febrika W., dr
Tujuan Instruksional Umum
• Memberikan pemahaman tentang – pertukaran gas di paru-paru, – transpor O2 dan CO2 dalam darah,– pengaturan pernafasan dan– sistem buffer berkaitan dengan
perubahan pH darah akibat penyakit paru-paru dan penyakit sistemik.
Introduction
• Pernafasan: proses pemanfaatan oksigen dan pengeluaran karbondioksida oleh tubuh.
• 2 jenis pernafasan:– Secara umum– Seluler
Introduction
• Proses Pernafasan:– Pertukaran gas udara:
• masuknya udara atmosfir bebas ke dalam alveoli paru (inspirasi) dan keluarnya gas dari alveoli paru ke udara atmosfir bebas (ekspirasi)
• Difusi O2 & CO2 antara alveoli & darah di daerah alveoli
• Transport O2 & CO2 dari paru ke sel jaringan dan sebaliknya melalui darah
Pengaturan ventilasi paru dan pernafasan
• Hukum gas ideal: – bila temperatur dan massa gas dalam suatu
ruangan tetap maka tekanan gas akan sebanding dengan volume ruangan itu.
• Hukum Boyle:– bila volume ruangan (paru) membesar m.k.
tekanan gas akan mengecil, udara akan masuk ke alveoli paru, sedangkan bila volume mengecil pada ekspirasi m.k. tekanan gas membesar
• Bila massa gas dan temperatur diperhitungkan berlaku:– PV = nRT– P: tekanan gas– V: volume gas– n: massa gas– R: Konstanta gas– T: temperatur (Kelvin)
• Cuaca Cerah, tidak panas dan tidak mendung udara atmosfir mengandung:– Nitrogen: 78,6%– Oksigen: 20,8%– Karbondioksida: 0,04%– Air: 0,5%
• Masing-masing gas punya tekanan parsial
• Pada suatu campuran gas dlm air (cairan) jumlah massa masing-masing gas sebanding dgn tekanan parsialnya Gas dapat berdifusi dalam cairan tersebut.
• Banyaknya gas yang berdifusi sebanding dengan koefisien kelarutan gas itu sendiri.
• Tekanan 1 atm, suhu 37oC m.k. besar koefisien kelarutan:– Oksigen: 0,024– Karbondioksida: 0,57– Karbonmonoksida: 0,018– Nitrogen: 0,012
• Bila gas harus berdifusi melalui membran m.k. kecepatan difusi gas akan dipengaruhi oleh banyak faktor:– Perbedaan tekanan gas– Penampang lintang antar gas– Daya larut gas– Jarak yang harus ditempuh– Berat molekul gas
• Tiap gas mempunyai koefisien difusi:– Karbondioksida: 20,5– Karbonmonoksida: 0,81– Nitrogen: 0,53
• Tekanan parsial dan konsentrasi gas pernafasan berbeda dalam udara di alveoli karena udara yang lembab. Disebabkan faktor:– Absorpsi oksigen yang tetap dari
udara alveoli– Difusi CO2 yang tetap dari darah
paru-paru ke dalam alveoli– Pergantian udara alveoli yang relatif
lambat selama ventilasi normal.
• Dewasa: 300 juta alveoli• Alveoli:
– dinding sangat tipis berbatasan dgn kapiler darah pertukaran / difusi udara.
• Difusi di alveoli dipengaruhi:– aliran darah ke paru – tebal membran fisiologis alveoli.
Alveoli Paru
Penyakit Paru Kronis
• Membran alveoli akan rusak menebal gangguan difusi pernafasan.
• Penyakit paru: – fibrosis pulmonum, tbc paru,
emfisema paru & pneumonia.
Pertukaran O2 & CO2
• Tekanan parsial O2 (PO2) darah masuk paru: 40 mmHg, tekanan parsial O2 dalam alveoli: 104 mmHg difusi O2 alveoli ke darah tekanan parsial sama (104 mmHg) di vena kapiler paru.
Kapiler paru
Alveoli PO2: 104 mmHg
Ujung arteri
Ujung vena
PO2: 40 mmHg
PO2: 104 mmHg
Kapiler paru
Alveoli PCO2: 40 mmHg
Pertukaran O2 & CO2
• Pertukaran CO2 adalah keadaan sebaliknya dari pertukaran O2. Darah dari jaringan masuk paru mengandung banyak CO2, PCO2: 45 mmHg, PCO2 kapiler 40 mmHg. Difusi dari kapiler alveoli tekanan sama CO2 dibuang melalui ekspirasi.
PCO2: 45 mmHg PCO2: 40 mmHg
Ujung arteri Ujung vena
• Normal: 98% O2 diangkut dari paru-paru ke jaringan dlm bentuk berikatan dgn hemoglobin oksihemoglobin
• Hb + O2 HbO2– 1 gr Hb membawa 1,34 ml O2, bila – Hb N : 14,5 g/dl, O2 yang diangkut:
• 14,5 x 1,34 = 19,4 ml/dl• O2 terlarut secara hukum fisika: 0,33 ml/dl
total oksigen yang diangkat 20 ml/dl
Kurva Oksigen-Hemoglobin
Darah tereduksi yang kembali dari jaringan
Darah teroksigenasi meninggalkan paru
7,6
7,4
7,2
Tekanan oksigen (mmHg)
%SATURASIHb
Transport CO2 dalam Darah
• CO2 + H2O H2CO3 H + HCO3
• Asam karbonat labil mudah terurai, hy 0,1% yg tidak terurai
• Reaksi ini dapat berjalan tanpa katalisator• Eritrosit: ada enzim karbonat anhidrase
reaksi ini berjalan lebih cepat• Ion H : menurunkan pH darah, untuk
menghindari penurunan yang berlanjut dari pH darah perlu buffer utk menghilangkan proton bebas.
Transport CO2 dalam Darah
• Hb merupakan buffer utama dalam darah dapat menangkap ion H bebas mel;– H + HCO3 + KHb HHb + K + HCO3
• Reaksi terjadi dalam eritrosit; sangat impermeabel terhadap ion K tetapi sangat permeabel terhadap bikarbonat, sehingga ion karbonat dapat keluar dari sel masuk ke dalam plasma darah.
Transport CO2 dalam Darah
• Untuk mempertahankan kenetralan muatan dlm eritrosit ion Cl masuk sel eritrosit mganti ion bikarbonat & ion Cl yang keluar “Chloride Shift”
• Chloride Shift menerangkan bahwa kadar Cl dlm eritrosit darah vena lebih tinggi dibandingkan dlm darah arteri di mana tekanan CO2 lebih rendah.
Transport CO2 dalam Darah
• Perubahan CO2 asam karbonat terurai jadi ion karbonat merupakan mekanisme yang bertanggung jawab atas transport 70% CO2 dlm darah.
• Bila sistem transport ini dihambat misalnya pada keracunan azetazolamid mk transport CO2 dlm darah terganggu, akibatnya tekanan CO2 dpt naik smp 80 mmHg.
Transport CO2 dalam Darah
• CO2 dlm darah dapat berikatan secara kovalen yg lemah dgn ggs alfa amino N terminal residu valin dr 4 rantai polipeptida Hg membentuk senyawa karbamino.
• Peran Hb dlm transport CO2 kecil dibanding O2.
Transport CO2 dalam Darah
• Efek Haldene: – Pembentukan karbamino-Hb tidak
berpengaruh pd transport CO2 bila PCO2 > 15 mmHg, namun sngt dipengaruhi saturasi O2 dgn Hb sebab ikatan O2 dgn Hb akan mendesak CO2
– Penting untuk memperlancar transport CO2– Terjadi krn senyawa oksihemoglobin
merupakan asam yg lbh kuat dibanding deoksihemoglobin, shg oksihemoglobin membantu pelepasan proton (ion H) dr Hb.
Transport CO2 dalam Darah
• Efek Haldene:– Peran karbamino-CO2 bagi transport
CO2 pd orang dewasa hy sekitar 10%. – Efek ini membebaskan banyak CO2 dr
darah krn adanya oksigenisasi Hb dlm paru. • Deoksigenasi Hb dlm jar perifer efek
Haldene melipatgandakan pengambilan CO2 di jaringan perifer.
Rasio Pertukaran Pernafasan
• Ditentukan oleh efek metabolisme, – yaitu kadar CO2 dikeluarkan berbanding
dgn kadar O2 yg dikonsumsi.
• Bila digunakan banyak KH pd oksidasi jaringan rasio produksi CO2 dgn konsumsi O2; 1:1.
• Pada oksidasi asam lemak molekul CO2 yang diproduksi akan berkurang utk setiap O2 yg dikonsumsi.
Pengaturan Pernafasan
• Pengaturan afinitas Hb utk O2 lbh dipengaruhi oleh pH bkn oleh perubahan tekanan CO2
• Pengaturan pernafasan lebih dipengaruhi oleh sistem saraf pusat
• Pengaturan oleh sistem saraf pusat ditentukan oleh kadar CO2
• Bila PCO2 > 40 mmHg kenaikan ventilasi paru-paru yg tdk kentara.
• Bila PCO2 > tinggi atau rendah perubahan ventilasi
• Sedangkan PO2 akan berpengaruh bila tekanan CO2 sangat rendah atau tinggi
Pengaturan Pernafasan bagi Keseimbangan Asam-Basa
• Darah mpy daya buffer yang besarnya sama seperti pKa nya
• Cairan ekstrasel pH: 7,4• pKa sistem buffer bicarbonat 6,1 • Melalui persamaan Henderson-
Hasselbach konsentrasi bicarbonat 20 > [CO2] yg larut tidak mempunyai daya buffer
• Persamaan Henderson-Hasselbach– pH = pKa + log (garam)
(asam) – 7,4 = 6,1 + log (HCO3) (H2CO3)– 1,3 = log (HCO3) (H2CO3)– Antilog 1,3 = 20 – 20 = (HCO3) 1 (H2CO3)
• Rasio bikarbonat : asam karbonat = 20:1
• Komponen masing-masing dapat diatur atau dikompensasi melalui pengaturan kecepatan pernafasan (ventilasi paru-paru) atau ekskresi urine melalui ginjal.
• Bila PCO2 meningkat (krn produksi naik/pembuangan terhambat) pH menurun darah lebih asam, bila ekstrim asidosis respiratorik
• Keadaan dikompensasi dgn pernafasan yang cepat utk membuang CO2 mel ekspirasi (hiperventilasi paru) pH darah kembali jadi fisiologis 7,4 Asidosis respiratorik terkompensasi.
• Penurunan pH darah akibat kelainan metabolisme : asidosis metabolik
• Keadaan sebaliknya alkalosis pH darah naik diatas 7,4 penyebabkan penurunan kadar CO2 alkalosis respiratorik atau keadaan yg menaikkan kadar bicarbonat alkalosis metabolik
• Tubuh mengkompensasi dgn membuang banyak CO2 mel hiperventilasi. Usaha ini mengembalikan rasio karbonat terhadap bikarbonat jadi 20:1
Asidosis Metabolik
• Terjadi penurunan kadar bikarbonat diikuti perubahan kecil dari asam karbonat atau tnp ada perubahan kadar asam karbonat.
• Penyebab: DM tak terkontrol dgn ketosis, gagal ginjal, keracunan asam garam, kehilangan cairan berlebihan pada diare (kolitis atau disentri)
• Kompensasi: hiperventilasi membuang banyak CO2
Asidosis Respiratorik
• Disebabkan oleh penyakit yg menimbulkan kenaikkan kadar asam karbonat dibanding bikarbonat
• Penyakit: pneumonia, emfisema pulmonum, gagal jantung kongestif, asma bronkial & depresi SSP (keracunan morfin/respirator yg tidak berfungsi)
• Kadar CO2 yg tinggi asidosis respiratorik• Kompensasi: kadar bikarbonat dinaikkan
dgn mengurangi ekskresi bikarbonat mel urine rasio kembali 20:1 & pH 7,4
Alkalosis Metabolik
• Terjadi peningkatan kadar bikarbonat yg dapat tanpa diikuti perubahan atau diikuti perubahan kecil asam karbonat
• Penyebab: konsumsi alkali mis mendapat antasida lama pd penderita hiperasiditas lambung atau pd obstruksi saluran cerna bagian atas yg menyebabkan muntah berlebih & pengurasan cairan lambung utk diagnostik.
Alkalosis Metabolik
• Pada keadaan ini asam klorida banyak hilang diganti bikarbonat alkalosis metabolik (hipokloremik)
• Dapat juga timbul krn infus natrium bikarbonat yg banyak
• Defisiensi kalium alkalosis hipokloremik krn kekurangan ion H ditukar dgn natrium di lumen tubulus ginjal.
• Kompensasi: menaikkan kadar CO2, dgn mengurangi ekskresinya.
Alkalosis Respiratorik
• Terjadi penurunan kadar asam karbonat tanpa perubahan bikarbonat.
• Penyebab: hiperventilasi pd histerikal neurosis, keracunan asam salisilat atau pemakaian respirator tak terkontrol baik, koma hepatikum.
• Kompensasi: ginjal mengekskresi bikarbonat.
top related