FISIOLOGI SISTEM RESPIRASI
Respirasi merupakan mekanisme yang sangat penting untuk memenuhi
kebutuhan Oksigen (O2)dan mengeluarkan Karbon dioksida (CO2).
O2merupakan aseptor elektron dan hidrogen akhir pada rangkaian
sitokrom dalam fosforilasi oksidasi di mitokondria. Meskipun sel
mampu melakukan reaksi anaerobik-glikolisis dalam
menghasilkanenerginamun tanpa O2dalam waktu yang relatiflamareaksi
selular yang menghasilkan energi akan gagal.
Pada manusia, respirasi terdiri dari 3 fase, yaitu: 1. Respirasi
eksternalyaitu mekanisme untuk mendapatkan O2dari lingkungannya dan
membuang CO2.2. Transportasi gas pernafasanyaitu mekanisme untuk
mendistribusikan O2ke seluruh sel-sel tubuh yang membutuhkannya dan
mekanisme dimanaCO2 dipindahkan dari sel-sel tubuh ke tempat dimana
ia dibuang ke lingkungan.3. Respirasi internalyaitu mekanisme
dimana O2dibutuhkan oleh sel untuk menghasilkan energi dan reaksi
yang menghasilkan CO2.
Sistemrespirasi pada manusia terdiri dari beberapa organ yang
masing-masing mempunyai fungsi yang spesifik. Secara umum fungsi
respirasi sebagai berikut : Pertukaran gas O2dan CO2 Memanaskan
udara dan menjenuhkan udara dengan uapair Membersihkan udara dari
debu dan material asing lainnya Termoregulasi dan keseimbangan air
Memindahkan material beracun dari darah Reservoirdarah Reaksi
metabolisme khususStruktursistem respirasi pada manusia terdiri
dari saluran terbuka yang membawa udara (conductingairways) masuk
dan keluarparu-paru. Udara masuk ke sistem respirasi melalui hidung
kemudian mengalir melalui faring, glotis, laring, trakea, bronkus,
bronkiolus ke alveoli paru-paru. Struktur saluran respirasi terdiri
dari mukosa, merupakan membran mucus yang terdiri dari epithelium
dengan lapisan jaringan areolar di bawahnya. Di bawah jaringan
areolar terdapat lamina propria yang menunjang epithelium. Pada
bagian atas sistem respirasi, trakea dan bronki, lamina propria
mengandung kelenjar mukus yang menyalurkan seksesinya ke permukaan
epithelium sedangkan pada sistem respirasi bagian bawah terdapat
ototpolos. Struktur epithelium respirasi berubah sepanjang saluran
respirasi. Pada rongga hidung dan bagian atas faring epithelium
berbentuk pseudokomplek bersilia. Pada bronkiolus kecil epithelium
bertingkat semu digantikan oleh epitel berbentuk kubus dengan silia
yang tersebar. Daerah pertukaran gas pada alveoli dilapisi oleh
selapis epithelium gepeng .Hidung:Hidung merupakan lintasan utama
masuknya udara dalam sistem respirasi. Udara masuk melalui nares
eksternal yang terbuka ke dalam rongga hidung. Epitelium yang
terdapat pada vestibula mengandung rambut kasar yang meluas sampai
nares eksternal.Partikel-partikel yang ada di udara seperti debu,
serbuk gergaji atau bahkan serangga akan terperangkap dalam rambut.
Dengan demikian, mencegah material-material tersebut masuk ke
rongga hidung. Septum nasal membagi rongga hidung menjadi bagian
kiri dan kanan. Rongga hidung terbuka ke nasofaring melalui nares
internal.Faring:Faring merupakan wadah yang digunakan bersama oleh
sistem respirasi dan pencernaan. Faring di bagi 3 bagian yaitu: 1)
nasofaring, 2) orofaring dan 3) laryngofaring.Trakea:Merupakan
tabung yang selalu terbuka oleh karena adanya cincin kartilago.
Trakea memasuki rongga thoraks dan bercabang ke-2 jalan udara utama
yaitu bronkus.Bronkus: Bronkus kanan bercabang menjadi 3 lobus
bronki dan bronkus kiri bercabang menjadi 2 lobus bronki. Lobus
bronki bercabang-cabang secara dikotomi yang pada akhirnya
membentuk jalan udara yang kecil sampai mencapai
bronkiolus.Bronkiolus:Bronkiolus bercabang hingga mencapai
bronkiolus terminal yang merupakan jalan udara terkecil tanpa
alveoli. Terminal bronkiolus bercabang-cabang membentuk bronkiolus
respiratorius.Bronkiolus respiratorius: Mengandung sedikit alveoli,
bercabang-cabang terus sampai akhirnya membentuk duktus alveolar
yang lebih kecil, kemudian saccus alveolar dengan alveoli.Alveoli:
Berdinding tipis yang merupakan tempat terjdinya pertukaran gas
utama antara udara alveolar dengan kapiler darah. Semua bagian
saluran udara mulai dari bronkiolus respiratorius sampai alveoli
merupakanzona respiratoriusparu-paru. Dinding alveoli terdiri dari
epitel gepeng selapis (pneumosit 1) yang hampir langsung mengadakan
kontak dengan endothelium kapiler yang sangat tipis yang berasal
dari arteri pulmonalis. Pada paru-paru manusia dewasa terdapat
kira-kira 15 juta duktus alveolar dengan kira-kira 300 juta alveoli
yang mengadakan kontak dengan 300 juta kapiler. Jika rata-rata
diameter alveolus kira-kira 250 m maka total luas area permukaan
pertukaran gas kira-kira 70 m.Paru-paru merupakan massa yang berupa
spons dan jaringan elastis yang terbentang dalam rongga thoraks
yang kedap udara. Paru-paru dibungkus oleh pleura visceral yang
merupakan membran jaringan pengikat yang secara anatomi merupakan
penerusan dari membran perikardium. Pleura visceral dipisahkan dari
pleura parietal oleh ruang intrapleural yang sempit yang mengandung
beberapa ml cairan yang bekerja sebagai pelumas membran selama
pergerakan ventilasi. Permukaan pertukaran respirasi menerima darah
dari arteri lintasan pulmonalis. Arteri pulmonalis memasuki
paru-paru pada bagian hilum dan bercabang bersamaan dengan bronki
ketika mencapai lobulus. Setiap lobulus menerima arteriol dan
venula dan jaringan kapiler yang mengelilingi setiap lobulus
sebagai bagian dari membran respirasi. Selanjutnya, menyediakan
mekanisme untuk pertukaran gas. Darah dari kapiler alveolar
melintasi venula pulmonalis dan kemudian memasuki vena pulmonalis
yang membawanya ke atrium kiri.
MEKANSIME RESPIRASIDifusi merupakan mekanisme dasar dimana
O2atau CO2melintasi membran atau berpindah oleh karena adanya
perbedaan konsentrasi. Mekanisme pertukaran gas di paru-paru
terdiri dariinspirasidimana udara dari luar masuk ke paru-paru
danekspirasidimana udara ke luar dari paru-paru. Selama pernafasan
normal, mekanisme inspirasi melibatkan otot-otot diafragma dan
intercostalis eksterna. Ketika diapragma berkontraksi,
serabut-serabut otot memendek sehingga mengakibatkan diafragma
mendatar sehingga rongga thoraks membesar. Demikian juga ketika
otot intercostalis eksterna berkontraksi, tulang rusuk bergerak ke
atas dan ke depan sehingga rongga thoraks meluas ke arah lateral
dan anterior-posterior. Hal ini menyebabkan peningkatan volume
rongga thoraks sehingga tekanan dalam thoraks lebih rendah dari
tekanan udara luar dan udara masuk ke dalam paru-paru.Pada proses
respirasi normal,ekspirasimerupakan proses pasif akibat 1)
relaksasi otot-otot inspirasi sehingga menurunkan volume rongga
thoraks dan, 2) sifatelastic recoil paru-paru yang mengakibatkan
paru-paru mengempis. Ekspirasi akibat penurunan volume rongga
thoraks seiring dengan relaksasi serabut-serabut otot diapragma
mengembalikan bentuk konfigurasi diapragma seperti semula..
Penurunan volume menyebabkan tekanan dalam rongga thoraks lebih
tinggi dibandingkan dengan tekanan di luar sehingga udara keluar
dari paru-paru. Pertukaran gas dalam membran respirasi sangat
efisien yang disebabkan faktor-faktor sebagai berikut: Perbedaan
tekanan partial yang sangat besar gas-gas pernafasan antara alveoli
dengan darah.Tekanan parsial O2 (PO2) darah yang kaya oksigen di
arteri adalah 100 mmHg sedangkan tekanan parsial CO2 (PCO2) sebesar
40 mmHg. Sel jaringan tubuh mempunyai PO2 40 mmHg dan PCO2 45 mmHg.
Perbedaan tekananinimembuat pertukaran O2 dari darah arteri (PO2
100 mmHg) ke sel jaringan (PO2 40 mmHg). Sebaliknya, CO2 bertukar
dari jaringan (PCO2 45 mmHg) ke darah (PCO2 40 mmHg). Setelah dari
jaringan akhirnya darah vena juga mengandung PCO2 45 mmHg dan PCO2
40 mmHg yang sama dengan jaringan. Darah vena kemudian sampai ke
paru. Gas dalam alveoli mempunyai PO2 105 mmHg dan PCO2 40 mmHg.
Sama seperti di jaringan, perbedaan tekanan parsial ini membuat
pertukaran O2 dari udara dalam alveoli (PO2 105 mmHg) ke darah (PO2
40 mmHg). Sebaliknya, CO2 bertukar dari darah(PCO2 45 mmHg) ke
udara alveoli (PCO2 40 mmHg). Antara udara dalam alveoli dan udara
atmosfer juga terjadi pertukaran gas CO dari alveoli (PCO2 40 mmHg)
ke udara atmosfer (PCO2 0,3 mmHg), sebaliknya O2 dari udara
atmosfer (PO2 158 mmHg) ke udara alveoli (PO2 45 mmHg). Kadar O2
dan CO2 jaringan tergantung aktivitas sel penyusun jaringan. Pada
kondisi istirahat, jaringan hanya butuh 25% oksigen dari darah yang
teroksigenasi sehingga terjadi retensi 75% oksigen. Pada kondisi
olahraga, akan lebih banyk lagi oksigen yang berdifusi ke sel
jaringan yang aktif secara metabolik. Sel aktif memakai lebih
banyak oksigen untuk menghasilkan ATP sehingga kandungan oksigen
dalam darah turun di bawah 75%.
Jarak yang terlibat dalam pertukaran gas sangat pendek. Membrane
respirasi sangat tipis sekitar 0,5 mikro (1/16 diameter eritrosit)
sehingga mempercepat difusi gas. Adanya cairan diantara alveoli
misalnya edema paru akan memperlambat kecepatan pertukaran gas
karena jarak difusi meningkat. Berat molekul dan tingkat kelarutan
gas. Oksigen mempunyai berat molekul yang lebih rendah daripada CO2
sehingga difusi melalui membrane respiratori juga lebih cepat.
Namun kelarutan CO2 24 kali lipat daripada O2 sehingga pada
akhirnya CO2 berdifusi 20 kali lebih cepat dari O2. Akibatnya
ketika difusi berjalan lebih lambat misalnya pada emfisema dan
edema paru, maka hipoksia (kekurangan O2) terjadi lebih dahulu
daripada retensi CO2 yang berarti (hiperkapnia). Total luas area
permukaan dimana terjadi pertukaran gas sangat luas. Permukaan
alveolisangat luas (total 300 juta alveoli dengan luas permukaan
sekitar 70 m2) sehingga menyebabkan pertukaran udara bisa terjadi
dengan cepat. Pada kondisi yang menurunkan luas permukaan membrane
misalnya pada emfisema, pertukaran gas terjadi lebih lambat.
Struktur aliran darah dan aliran udara yang baik sehingga
memperbaiki efisiensi baik ventilasi paru-paru maupun sirkulasi
paru-paru.
Sistem pernafasan terdiri dari organ pertukaran gas yaitu
paru-paru dan sebuah pompa ventilasi yang terdiri atas dinding
dada, otot-otot pernafasan, diagfragma, isi abdomen, dinding
abdomen dan pusat pernafasan di otak. Pada keadaan istirahat
frekuensi pernafasan 12-15 kali per menit.
Ada 3 langkah dalam proses oksigenasi yaitu ventilasi, perfusi
paru dan difusi.1. VentilasiVentilasi adalah proses keluar masuknya
udara dari dan paru-paru, jumlahnya sekitar 500 ml. Ventilasi
membutuhkan koordinasi otot paru dan thoraks yang elastis serta
persyarafan yang utuh. Otot pernapasan inspirasi utama adalah
diagfragma. Diafragmadipersyarafi oleh saraf frenik, yang keluarnya
dari medulla spinalis pada vertebra servikal keempat. Udara yang
masuk dan keluar terjadi karena adanya perbedaan tekanan
udaraantaraintrapleura dengan tekanan atmosfer, dimana pada
inspirasi tekanan intrapleural lebih negative (725 mmHg) daripada
tekanan atmosfer (760 mmHg) sehingga udara masuk ke
alveoli.Efektifnya ventilasi terganutung padafaktor: Kebersihan
jalan nafas, adanya sumbatan atau obstruksi jalan napas akan
menghalangi masuk dan keluarnya udara dari dan ke paru-paru.
Adekuatnya sistem saraf pusat dan pusat pernafasan Adekuatnya
pengembangan dan pengempisan paru-paru Kemampuan otot-otot
pernafasan seperti diafragma, eksternal interkosa, internal
interkosa, ototabdominal.
2. Perfusi ParuPerfusi paru adalah gerakan darah melewati
sirkulasi paru untuk dioksigenasi, dimana pada sirkulasi paru
adalah darah deoksigenasi yang mengalir dalam arteri pulmonaris
dari ventrikel kanan jantung. Darahinimemperfusi paru bagian
respirasi dan ikut serta dalam proses pertukaran oksigen dan
karbondioksida di kapiler dan alveolus. Sirkulasi paru merupakan
8-9% dari curah jantung. Sirkulasi paru bersifat fleksibel dan
dapat mengakodasi variasi volume darah yang besar sehingga
digunakan jika sewaktu-waktu terjadi penurunan voleme atau tekanan
darah sistemik.
3. DifusiOksigen terus-menerus berdifusi dari udara dalam
alveoli ke dalam aliran darah dan karbon dioksida (CO2) terus
berdifusi dari darah ke dalam alveoli.Difusi adalah pergerakan
molekul dari area dengan konsentrasi tinggike area konsentrasi
rendah. Difusi udara respirasi terjadi antara alveolus
denganmembranekapiler. Perbedaan tekanan pada area membran
respirasi akan mempengaruhi proses difusi. Misalnya PO2di alveoli
sekitar 100 mmHg sedangkan tekanan parsial pada kapiler pulmonal 60
mmHg sehingga oksigen akan berdifusi masuk ke dalam darah. Berbeda
halnya dengan CO2dengan PCO2dalam kapiler 45 mmHg sedangkan pada
alveoli 40 mmHg maka CO2akan berdifusi keluar alveoli
a. Pernafasan EksternalKetika kita menghirup udara dari
lingkungan luar, udara tersebut akan masuk ke dalam paru-paru.
Udara masuk yang mengandung oksigen tersebut akan diikat darah
lewat difusi. Pada saat yang sama, darah yang mengandung
karbondioksida akan dilepaskan. Proses pertukaran oksigen (O2) dan
karbondioksida (CO2) antara udara dan darah dalam paru-paru
dinamakanpernapasan eksternal. Saat sel darah merah (eritrosit)
masuk ke dalam kapiler paru-paru, sebagian besar CO2 yang diangkut
berbentuk ion bikarbonat (HCO3- ) . Dengan bantuan enzim karbonat
anhidrase, karbondioksida (CO2) air (H2O) yang tinggal sedikit
dalam darah akan segera berdifusi keluar. Seketika itu juga,
hemoglobin tereduksi (HHb) melepaskan ion-ion hidrogen sehingga
hemoglobinnya (Hb) juga ikut terlepas. Kemudian, hemoglobin akan
berikatan dengan oksigen (O2) menjadi oksihemoglobin (HbO2). Proses
difusi dapat terjadi pada paru-paru (alveolus), karena ada
perbedaan tekanan parsial antara udara dan darah dalam alveolus.
Tekanan parsial membuat konsentrasi oksigen dan karbondioksida pada
darah dan udara berbeda. Tekanan parsial oksigen yang kita hirup
akan lebih besar dibandingkan tekanan parsial oksigen pada alveolus
paru-paru. Dengan kata lain, konsentrasi oksigen pada udara lebih
tinggi daripada konsentrasi oksigen pada darah. Oleh karena itu,
oksigen dari udara akan berdifusi menuju darah pada alveolus
paru-paru. Sementara itu, tekanan parsial karbondioksida dalam
darah lebih besar dibandingkan tekanan parsial karbondioksida pada
udara. Sehingga, konsentrasi karbondioksida pada darah akan lebih
kecil di bandingkan konsentrasi karbondioksida pada udara.
Akibatnya, karbondioksida pada darah berdifusi menuju udara dan
akan dibawa keluar tubuh lewat hidung.
b. Pernafasan InternalBerbeda 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.
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. 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 karboksi hemoglobin (HbCO2). Namun, sebagian besar
karbondioksida tersebut masuk ke dalam plasma darah dan bergabung
dengan air menjadi asam karbonat (H2CO3).
FISIOLOGI SISTEM RESPIRASI PADA SAAT HIPOKSIAAdaptasi adalah
konsekuensi terjadinya hipoksia karena pengurangan jumlah molekul
oksigen yang dihirup pada waktu bernapas. Hipoksia merupakan
keadaan dimana terjadi defisiensi oksigen yang mengakibatkan
kerusakan sel akibat penurunan respirasi oksidatif aerob sel.
Hipoksia merupakan penyebab penting dan umum dari cedera dan
kematian sel. Tergantung pada beratnya hipoksia sel dapat mengalami
adaptasi, cedera atau kematian. Hipoksia merupakan keadaan dimana
terjadi kekurangan oksigen yang mencapai jaringan, gejala yang
tampak antara lain mual, nafas pendek, dan pusing. Adaptasi
biologis terhadap hipoksia tertutama tergantung pada tekanan
parsial oksigen di atmosfer, yang secara proporsional menurun
dengan bertambahnya ketinggian. Pada ketinggian 3500 m tekanan
barometer berkurang menjadi 493 mmHg dan tekanan oksigen berkurang
hingga 35% dibandingkan dengan permukaan laut. Turunnya tekanan
oksigen pada tempat tinggi menyebabkan berkurangnya saturasi
oksigen darah arteri karena proporsi pembentukan oksihemoglobin
dalam darah tergnatung pada tekanan parsial oksigen dalam alveoli.
Pada manusia yang mencapai ketinggian lebih dari 3.000 m (10.000
kaki) dalam waktu singkat, tekanan oksigen intra alveolar (PO2)
dengan cepat turun hingga 60 mmHg dan gangguan memori, serta
gangguan fungsi serebri mulai bermanifestasi. penurunan kemampuan
terhadap adaptasi gelap, peningkatan frekuensi pernapasan,
peningkatan denyut jantung, tekanan sistolik, dan curah jantung
(cardiac output). Sedangkan jika berlanjut terus akan terjadi
gangguan yang lebih berat seperti berkurangnya pandangan sentral
dan perifer, termasuk ketajaman penglihatan, dan pendengaran yang
terganggu. Demikian juga kemampuan koordinasi psikomotor akan
berkurang. Pada tahapan yang kritis setelah terjadinya sianosis dan
sindroma hiperventilasi berat, maka tingkat kesadaran akan
berlangsung hilang dan pada tahaop akhir dapat terjadi kejang
dilanjutkan dengan henti napas.
PUSAT KONTROL PERNAPASANPengendalian dan pengaturan pernapasan
dilakukan oleh sistem persyarafan, mekanisme
kimia,danmekanismenonkimia.A.SistemPersarafan
KorteksCerebri:Berperandalampengaturanpernapasanyangbersifatvolunter
Medulla oblongata
:Terletakpadabatangotak,berperandalampernapasanautomatikatau
spontan (pengaturan
iramapernafasandenganmengaturpergerakanototbantunafas). Pons:
Pusatapneutik(ponsbagianbawah) :
mengkoordinasitransisiantarainspirasidan
ekspirasidengancaramengirimkanrangsanganimpulspadaareainspirasidan
menghambatekspirasi Pusatpnumotaksis(ponsbagian atas) :
Membatasidurasiinspirasi,tetapi
meningkatkanfrekuensirespirasisehinggairama respirasimenjadihalus
dan teratur prosesinspirasidanekspirasiberjalansecarateratur
pula.B.KontrolKimiaKadaroksigen,karbondioksidadanionhidrogendalamdaraharteri.Perubahan
tersebut menimbulkanperubahankimiadanmenimbulkanrespondarisensor
yang disebut kemoreseptor.
Ada2jeniskemoreseptor,yaitukemoreseptorpusatyangberadadimedulla
dankemoreseptor perifer yangberadadibadanaortadankarotid padasistem
arteri.a.Kemoreseptorpusat,dirangsangolehpeningkatankadarkarbondioksidadalam
daraharteri,cairanserebrospinalpeningkatanionhidrogendenganmeresponpeningkatanfrekuensidankedalamanpernapasan.b.Kemoreseptorperifer,reseptorkimiainipekaterhadapperubahankonsentrasi
oksigen, karbondioksidadanionhidrogen.C.KontrolNon
Kimia1.Baroreseptor:beradapadasinuskortikus,arkusaortaatrium,ventrikeldan
pembuluhdarahbesar2.Peningkatansuhutubuh3.HormonEpinephrin4.Reflekshering-breuer,yaitureflekshambataninspirasidanekspirasi
3. KONDISI LINGKUNGAN1. Tekanan udara di dataran rendah lebih
tinggi dibanding dengan pegunungan (dataran tinggi). Hal ini
berhubungan dengan faktor adanya gaya gravitasi bumi yang
ditimbulkan. Gravitasi di dataran rendah menjadi lebihtinggikarena
kedekatannya dengan pusat bumi, sedangkan semakin daerah itu tinggi
maka semakin pula menjauhi pusat bumi. Jauhnya dengan pusat bumi
berakibat gaya gravitasinya semakin lemah. Lemahnya gravitasi ini
memunculkan tekanan udara menjadi semakin lemah pula. Tekanan udara
yang rendah ini berakibat kandungan oksigen menjadi rendah yang
dapat menyebabkan hipoksia. Tekanan udara di permukaan air laut
adalah 76 cmHg dan setiap perubahan tinggi 100 m maka akan terjadi
perubahan tekanan sebesar 1 mmHg.Rumus menghitung tekanan
atmosfer/udara :Ph = (Pu h/100) cmHgPh = tekanan pada ketinggian
hPu = tekanan udara permukaan air lauth = tinggi suatu tempat
2. Tekanan parsial oksigen di atmosfer menurun dengan
bertambahnya ketinggian. Udara mengandung 78,08 % N2, 0,03 % CO2,
20,95 % O2, dan 0,01 % unsur lain. Gas ini bersama-sama mempunyai
tekanan 760 mmHg pada ketinggian di permukaan air laut dan disebut
dengan tekanan barometer. Tekanan parsial gas dihitung berdasarkan
kelipatan fraksi dari setiap komponen gas di dalam udara dengan
tekanan atmosfer.PN2= 760 mmHg x 78,08% = 593,4 mmHgPCO2= 760 mmHg
x 0,03% = 0,2 mmHgPO2= 760 mmHg x 20,95% = 159,2 mmHgPX= 760 mmHg x
0,01% = 0,07 mmHgPada dataran tinggi yang tekanan total atmosfer
menurun (2500M) mempunyai suhu 11,1-6,2C. Jumlah partikel udara
semakin banyak per satuan volumenya di dataran rendah sedangkan di
dataran tinggi jumlah partikel udara semakin sedikit. Semakin
tinggi sebuah wilayah, tekanan udara makin kecil, energi kinetis
makin kecil, gesekan antar molekul udara makin berkurang dan suhu
juga makin kecil (dingin).
4. Pada dataran tinggi suhu lebih rendah (dingin) yang
menyebabkan tingkat kelembapan lebih tinggi. Semakin banyak uap air
diudara maka semakin besar pula kelembaban udara ditempat tersebut.
Jika tekanan tekanan uap air dalam udara mencapai maksimum maka itu
tanda bahwa akan mulai terjadi pengembunan.
KONDISI LINGKUNGAN DI DATARAN TINGGI
Besarnya tekanan udara atau tekanan barometrik di suatu tempat
sangat dipengaruhi oleh ketinggian tempat tersebut dari permukaan
laut. Semakin tinggi suatu tempat maka akan semakin rendah tekanan
barometriknya.Udara memiliki berat dan punya kecenderungan untuk
menekan udara di bawahnya. Akibatnya lokasi yang lebih rendah
memiliki kerapatan molekul udara yang lebih tinggi. Intinya,
molekul udara di dataran rendah menjadi lebih padat, sedangkan di
dataran tinggi jadi lebih renggang. Berkaitan dengan teori Gerak
Brown (Browning Motion), molekul gas bergerak terus sepanjang
waktu, menghasilkan energi kinetis (energi yang diperoleh karena
gerakan). Molekul gas yang bergerak ini akan saling bergesekan dan
bertabrakan sehingga menimbulkan panas. Karena di dataran tinggi
molekul udara lebih renggang, maka energi kinetis yang dihasilkan
lebih kecil sehingga suhu di dataran tinggi lebih rendah daripada
di dataran rendah. Jadi semakin tinggi suatu tempat maka akan
semakin rendah suhu udaranya.Penurunan tekanan barometrik merupakan
penyebab dasar semua persoalan hipoksia pada fisiologi tempat
tinggi, karena seiring terjadinya penurunan tekanan barometrik akan
terjadi juga penurunan tekanan oksigen parsial secara proporsional,
sehingga tekanan oksigen selalu tetap dari waktu ke waktu, yaitu
sedikitnya 21% dari tekanan barometrik totalpada ketinggian
permukaan laut, PO2 bernilai sekitar 159 mmHg, tetapi pada
ketinggian 50.000 kaki hanya 18 mmHg.Pengaruh Pajanan Akut Tekanan
Atmosfer Rendah pada Kadar Gas Alveolus dan Saturasi Oksigen
Arteri.
Menghirup UdaraMenghirup Oksigen Murni
Ketinggian (kaki)Tekanan Barometer (mmHg)PO2 di Udara (mmHg)PCO2
dalam Alveoli (mmHg)PO2 dalam Alveoli (mmHg)Saturasi Oksigen Arteri
(%)PCO2 dalam Alveoli (mmHg)PO2 dalam Alveoli (mmHg)Saturasi
Oksigen Arteri (%)
076015940 (40)104 (104)97 (97)40673100
10.00052311036 (23)67 (77)90 (92)40436100
20.0003497324 (10)40 (53)73 (86)40262100
30.0002264724 (7)18 (30)24 (38)4013999
40.00014129365884
50.0008718241615
*Nomor di dalam kurung adalah nilai teraklimatisasi
FISIOLOGI SISTEM RESPIRASI
Fungsi utama saluran pernafasan adalah untuk memperoleh oksigen
agardapat digunakan oleh sel-sel tubuh dan mengeliminasi CO2 yang
dhasilkan olehsel. Pernafasan terdiri atas respirasi internal dan
respirasi eksternal. Respirasiinternal atau selular mengacu kepada
proses metabolisme intrasel yangberlangsung di dalam mitokondria,
yang menggunakan O2 dan menghasilkan CO2selama penyerapan energi
dari molekul nutrien. Respirasi eksternal mengacukepada keseluruhan
rangkaian kejadian yang terlibat dalam pertukaran O2 dan CO2 antara
lingkungan eksternal dan sel tubuh.Sistem pernapasan mencakup
saluran pernapasan yang berjalan ke paru danstruktur toraks yang
terlibat menimbulkan gerakan udara melalui saluranpernapasan.
Saluran pernapasan adalah saluran yang mengangkut udara
antaraatmosfer dan alveolus, tempat terakhir yang merupakan
satu-satunya tempat pertukaran gas-gas antara udara dan darah dapat
berlangsung.
FISIOLOGI HIDUNG
Hidung memiliki beberapa fungsi, diantaranya adalah:1.
Penghiduan, yaitu mencium bau apabila partikel zat yang berbau
disebarkansecara difusi lewat udara dan akan menyebabkan reaksi
kimia saat mencapaiepitel olfaktorius.2. Tahanan jalan napas.
Hidung dan berbagai katup inspirasi dan ekspirasi,termasuk erektil
konka dan septum nasi memiliki kerja sebagai berikut:a.
Menghaluskan dan membentuk aliran udarab. Mengatur volume dan
tekanan udara yang lewatc. Penyesuaian udara3. Penyesuaian udara.
Aliran udara berubah melalui perubahan fisik jaringanerektil hidung
dan dalam waktu singkat udara inspirasi akan dihangatkan
ataudidinginkan mendekati suhu tubuh dan kelembaban mendekati
100%.4. Purifikasi udara atau pemurnian udara dari kotoran serta
benda asing dapatterjadi karena adanya fungsi dari rambut hidung
dan vibrisa pada vestibulumnasi yang berlapis kulit
FISIOLOGI FARING
Benda asing yang tertimbun saat inspirasiFaring PosteriorMucus
kental dari mukosa siliarFungsi:Transpor partikel, Sawar allergen
(IgE), virus dan bakteri (fagosit)
FISIOLOGI LARING
Fungsi utama laring adalah melindungi jalan napas. Fungsi
lainnya untukbatuk dan fonasi (bicara). Setelah laring aliran udara
akan melewati trakea, yangkemudian terbagi lagi menjadi 2 cabang
utama, Bronkus kanan dan bronkus kiri.Dari masing-masing bronkus
akan terjadi percabangan yang lebih banyak dankecil seperti ranting
yang disebut bronkiolus. Dimana di ujungujung bronkiolusterkumpul
alveolus.
ALVEOLUS
Alveolus merupakan kantung udara berdinding tipis, dapat
mengembangdanberbentuk seperti anggur yang terdapat di ujung
percabangan saluranpernapasan. Agar udara dapat keluar masuk paru,
keseluruhan saluran pernapasandari pintu masuk melaluibronkiolus
terminal ke alveolus harus tetap terbuka.
PROSES PERNAPASAN
1. VentilasiVentilasi adalah proses pergerakan udara ke dan dari
dalam paru, terdiri atasdua tahap, yaitu:a. Inspirasi : pergerakan
udara dari luar ke dalam paru. Terjadi inspirasi
bilatekananintrapulmonal lebih rendah dibanding tekanan udara
luar.Penurunan intrapulmonal saat inspirasi disebabkan oleh
mengembangnyarongga toraks akibat kontraksi otot-otot inspirasi.
Proses:Kontraksi otot diaragma dan intercostalis eksternaVolume
toraks membesarTekanan intapleura turunParu mengembangTekanan
intraalveolus menurunUdara masuk ke paru
b. Ekspirasi : pergerakan udara dari dalam keluar paru. Terjadi
bila tekananintrapulmonal lebih tinggi dibanding tekanan udara luar
sehingga udarabergerak keluar paru. Meningkatnya tekanan di dalam
rongga paru karenavolume rongga paru mengecil akibat
prosespenguncupan karena daya elastisitas paru. Penguncupan terjadi
akibat otot-otot inspirasimulairelaksasi. Proses:Otot inspirasi
relaksasiVolume toraks mengecilTekanan intrapleura meningkatvolume
paru mengecilTekanan intrapulmonal meningkatUdara bergerak keluar
paru
2. DifusiGas berdifusi secara pasif dari alveolus ke darah di
dalam kapiler paru atausebaliknya mengikuti penurunan gradien
tekanan parsial masing-masing gas.Faktor-faktor yang berpengaruh
pada difusi gas dalam paru:a. Gradien tekanan parsial gasMerupakan
perbedaan tekanan suatu gas antara alveolus dan kapilerparu atau
kapiler jaringan dengan sel-sel jaringan. Faktor ini adalah
penentuutama kecepatan pertukaran gas. Semakin tinggi gradien
tekanan parsialnyasemakin cepat pertukaran gas yang terjadi.b. Luas
membranMakin luas area membran alveolokapiler yang ikut dalam
pertukarangas, semakin cepat dan banyak pertukaran gas yang
terjadi.c. Ketebalan sawar pemisah antara udara dengan darahSawar
yang memisahkan antara udara dengan darah berupa
membranalveolokapiler dan juga jaringan interstisium diantara
alveolus dan kapilerparu. Semakin tebal sawar tersebut semakin
menurun kecepatan pertukarangas yang terjadi.d. Koefisien
difusiMerupakan besaran daya larut suatu gas di dalam jaringan
tubuh.Semakin tinggi koefisien difusi suatu gas, semakin mudah gas
tersebutberpindah mengikuti penurunan gradien tekanan parsial. Oleh
karena itusemakin cepat juga terjadi pertukaran gas.
3. TransportasiTransportasi adalah proses perpindahan gas dari
paru ke jaringan dan darijaringan ke paru dengan bantuan aliran
darah yang dibagi menjadi dua, yaitu:a. Transpor gas O2Oksigen
dalam aliran darah terbagi menjadi 2:1) Larut dalam plasma (1,5%)2)
Terikat dengan Hb (98,5%)Karena persentase transportasi O2 lebih
banyak yang berikatandengan Hb, maka jumlah O2 dalam darah sangat
dipengaruhi oleh kadarHb dalam darah dan daya ikat Hb dengan O2. Di
dalam sel darah merahO2 berikatan dengan molekul heme Hb membentuk
oksihemoglobin(HbO2).b. Transpor gas CO2CO2 dari jaringan masuk ke
plasma untuk kemudian ditransportasikan keparu melalui beberapa
cara, yaitu:1) Larut dalam plasma (10%)2) Berikatan dengan Hb
(30%)Berbeda dengan O2, CO2 di dalam sel darah merah
berikatandengan globin membentuk karbamino hemoglobin (HbCO2).3)
Sebagai bikarbonat (60%)CO2 berikatan dengan H2O membentuk asam
bikarbonat (H2CO3)untuk kemudian melepas atom H+ dan berubah lagi
menjadi asamkarbonat (HCO3-). Paling banyak terjadi di dalam sel
darah merah denganbantuan ezim karbonat anhidrase.
HIPOKSIA
Hipoksia merupakan suatu keadaan yang terjadi secara akut
sebagai akibatdari tidak adekuatnya oksigenasi jaringan. Dulu
dikenal dengan istilah anoxia,tapi tidak relevan karenaselama
manusia hidup jaringan tidak pernah mengalamikeadaan tanpa oksigen
sama sekali.
Klasifikasi Hipoksia1. Hypoxic-Hipoksia, yaitu hipoksia yang
terjadi karena menurunnya tekananparsial oksigen dalam paru atau
karena terlalu tebalnya dinding paru. Hypoxic Hipoksia inilahyang
sering dijumpai pada penerbangan, karena semakin tinggiterbang
semakin rendah tekananbarometernya sehingga tekanan
parsialoksigennya pun akan semakin kecil.2. Anemic-Hipoksia, yaitu
hipoksia yang disebabkan oleh karena berkurangnyahemoglobin dalam
darah baik karena jumlah darahnya yang kurang(perdarahan) maupun
karena kadar Hb dalam darah menurun (anemia).3. Stagnant-Hipoksia,
yaitu hipoksia yang terjadi karena adanya bendungansistem peredaran
darah sehingga aliran darah tidak lancar, sehingga jumlahoksigen
yang diangkut dari paru menuju sel menjadi bekurang.
Stagnanthipoksia sering terjadi pada penderita penyakitjantung.4.
Histotoxic-Hipoksia, yaitu hipoksia yang terjadi karena adanya
bahan racundalam tubuh sehingga mengganggu kelancaran pemapasan
internal. Contohnyapada orang yang mengkonsumsi alkohol dan
narkotika, atau terkena racunsianida, maka kemampuan seluntuk
menggunakan oksigen yang tersediamenjadi menurun.Faktor-faktor yang
mempengaruhi hipoksia:1. Ketinggian tempat2. Kecepatan naik3.
Lamanya di ketinggian4. Suhu lingkungan5. Kegiatan fisik6. Faktor
individual:a. Toleransi peroranganb. Kesamaptaan jasmanic. Emosid.
Aklimatisasi
Pencegahan HipoksiaPencegahan hipoksia dapat dilakukan dengan
beberapa cara mulai daripenggunaan oksigen yang sesuai dengan
ketinggian tempat kita berada,pernapasan dengan tekanan dan
penggunaan pressure suit, pengawasan yang baikterhadap persediaan
oksigen pada penerbangan, pengukuran pressurizedcabin, mengikuti
ketentuan-ketentuan dalam penerbangan dan sebagainya. Caralain
untuk pencegahan yaitu latihan mengenal datangnya bahaya hipoksia
agardapat selalu siap menghadapi bahaya tersebut.
Pengobatan HipoksiaPengobatan hipoksia yang paling baik adalah
pemberian oksigen secepatmungkin sebelum terlambat, karena bila
terlambat dapat mengakibatkan kelainan(cacat) sampaidengan
kematian. Pada penerbangan bila terjadi hipoksia harussegera
menggunakan masker oksigen atau segera turun pada ketinggian
yangaman yaitu dibawah 10,000 kaki.