Biologi itu Menyenangkan: SISTEM PERNAPASAN

Istilah bernapas, seringkali diartikan dengan respirasi, walaupun secara harfiah sebenarnya kedua istilah tersebut berbeda. Pernapasan (breathing) artinya menghirup dan menghembuskan napas. Oleh karena itu, bernapas diartikan sebagai proses memasukkan udara dari lingkungan luar ke dalam tubuh dan mengeluarkan udara sisa dari dalam tubuh ke lingkungan. Sementara, respirasi (respiration) berarti suatu proses pembakaran (oksidasi) senyawa organik (bahan makanan) di dalam sel sehingga diperoleh energi.

Energi yang dihasilkan dari respirasi sangat menunjang sekali untuk melakukan beberapa aktifi tas. Misalnya saja, mengatur suhu tubuh, pergerakan, pertumbuhan dan reproduksi. Oleh karena itu, kegiatan pernapasan dan respirasi sebenarnya saling berhubungan. Sistem pernapasan manusia merupakan sistem pernapasan yang kompleks dan ditunjang oleh alat-alat yang kompleks pula. Nah, sebelum kita mengetahui mekanisme pernapasan, terlebih dahulu kita pelajari organ-organ yang berperan penting dalam proses pernapasan.

Alat Pernapasan Manusia

Pernapasan manusia dilakukan melalui alat respirasi yang terdiri dari hidung, laring (pangkal tenggorokan), trakea (batang tenggorokan), bronkus (cabang tenggorokan), dan pulmo (paru-paru).

Hidung

Hidung merupakan bagian paling atas dari alat pernapasan dan merupakan alat paling awal yang dilalui udara. Udara segar masuk ke paru-paru melalui hidung, sebaliknya udara kotor keluar dari paru-paru juga melewati hidung. Di dalam rongga hidung terdapat rambut-rambut dan selaput lendir. Rambut hidung berguna menyaring udara kotor yang masuk melalui hidung. Sementara selaput lendir, menghasilkan lendir (mukus) yang berfungsi menangkap udara kotor yang lolos oleh saringan rambut hidung. Selain itu, selaput lendir berfungsi menghangatkan suhu udara yang masuk ke paru-paru dan mengatur kelembaban udara.

Laring (pangkal tenggorokan)

Setelah melewati hidung, udara masuk menuju faring. Faring adalah hulu tenggorokkan atau disebut juga tekak. Saat udara melewati faring, antara rongga hidung dengan tenggorokan ada bagian yang selalu terkoordinasi dengan baik. Bagian penting tersebut adalah semisal katup penutup rongga hidung yang disebut anak tekak. Anak tekak berperan menutup faring saat kita sedang menelan makanan. Apabila makanan kita telan dan katup belum menutup, maka makanan masuk ke tenggorokan, akibatnya kita pun tersedak. Dari faring, udara pernapasan akan menuju pangkal tenggorokan atau disebut juga laring. Laring tersusun atas kepingan tulang rawan yang membentuk jakun. Jakun tersebut tersusun oleh tulang lidah, katup tulang rawan, perisai tulang rawan, piala tulang rawan, dan gelang tulang rawan.

Pangkal tenggorokan dapat ditutup oleh katup pangkal tenggorokan (epiglotis). Jika udara menuju tenggorokan, anak tekak melipat ke bawah, dan ketemu dengan katup pangkal tenggorokan sehingga membuka jalan udara ke tenggorokan. Saat menelan makanan, katup tersebut menutupi pangkal tenggorokan dan saat bernapas katup tersebut akan membuka. Pada pangkal tenggorokan terdapat pita suara yang bergetar bila ada udara melaluinya. Misalnya saja saat kita berbicara.

Trakea (batang tenggorokan)

Di dalam tubuh, batang tenggorokan terletak pada daerah leher, tepatnya di bagian depan kerongkongan (esofagus). Batang tenggorokan berbentuk pipa yang terdiri atas gelang-gelang tulang rawan dengan panjang sekitar 10 cm. Dinding dalamnya terlapisi oleh selaput lender dengan sel-selnya yang memiliki rambut getar. Rambut-rambut getar tersebut berfungsi menolak debu atau benda-benda asing. Jika tiba-tiba kita batuk atau bersin, dipastikan ada lendir atau debu pada saluran batang tenggorokan sehingga mengganggu pernapasan terganggu.

Bronkus (cabang batang tenggorokan)

Setelah melalui trakea, udara akan terus masuk menuju cabang batang tenggorokan atau dinamakan bronkus. Batang tenggorokan bercabang menjadi dua bronkus, yakni bronkus sebelah kiri dan sebelah kanan. Pada kedua bronkus terdapat saluran yang menuju paruparu. Apabila bronkus mengalami infeksi, maka timbullah suatu penyakit yang disebut bronkitis.

Di dalam paru-paru, bronkus bercabang lagi menjadi bronkiolus. Bronkus sebelah kanan bercabang menjadi tiga bronkeolus, sedangkan bronkus sebelah kiri bercabang menjadi dua bronkiolus. Bronkiolus masih bercabang-cabang lagi membentuk pembuluh-pembuluh yang halus. Cabang-cabang yang terhalus masuk ke dalam gelembung paru-paru atau alveolus. Adanya dinding alveolus membuat oksigen berdifusi ke dalam darah, sebaliknya karbon dioksida (CO2) dan air dilepaskan.

Pulmo (paru-paru)

Organ yang berperan penting dalam proses pernapasan adalah paru-paru. Paru-paru merupakan organ tubuh yang terletak pada rongga dada, tepatnya di atas sekat diafragma. Diafragma adalah sekat rongga badan yang membatasi rongga dada dan rongga perut.

Paru-paru terdiri atas dua bagian, paru-paru kanan dan paru-paru kiri. Paru-paru kanan memiliki tiga gelambir yang berukuran lebih besar daripada paru-paru sebelah kiri yang memiliki dua gelambir. Paru-paru dibungkus oleh dua lapis selaput paru-paru yang disebut

pleura. Semakin ke dalam, di dalam paru-paru akan ditemui gelembung halus kecil yang disebut alveolus. Jumlah alveolus pada paru-paru kurang lebih 300 juta buah. Adanya alveolus ini menjadikan permukaan paru-paru lebih luas. Diperkirakan, luas permukaan paru-paru sekitar 160 m². Dengan kata lain, paru-paru memiliki luas permukaan sekitar 100 kali lebih luas daripada luas permukaan tubuh. Dinding alveolus mengandung kapiler darah. Oksigen yang terdapat pada alveolus berdifusi menembus dinding alveolus, lalu menembus dinding kapiler darah yang mengelilingi alveolus. Setelah itu, masuk ke dalam pembuluh darah dan diikat oleh hemoglobin yang terdapat di dalam sel darah merah sehingga terbentuk oksihemoglobin (HbO₂). Akhirnya, oksigen diedarkan oleh darah ke seluruh tubuh. Setelah sampai ke dalam sel-sel tubuh, oksigen dilepaskan sehingga oksihemoglobin kembali menjadi hemoglobin. Oksigen ini digunakan untuk oksidasi.

Karbon dioksida yang dihasilkan dari respirasi sel diangkut oleh plasma darah melalui pembuluh darah menuju ke paru-paru. Sesampai di alveolus, CO₂ menembus dinding pembuluh darah dan dinding alveolus. Dari alveolus, karbondioksida akan disalurkan menuju hidung untuk dikeluarkan. Jadi proses pertukaran gas sebenarnya berlangsung di alveolus.

Mekanisme Pernapasan

Bernapas merupakan aktivitas pokok setiap makhluk hidup. Udara yang kita hisap saat bernapas, dapat masuk ke dalam paru-paru karena adanya mekanisme pernapasan. Tanpa adanya otot, udara yang ada di luar tubuh tidak bisa masuk ke dalam paru-paru. Demikian pula saat udara dihembuskan, otot juga berperan di dalamnya. Oleh karena itu, berdasarkan otot yang berperan dalam proses pernapasan, kegiatan bernapas manusia dibedakan menjadi dua jenis, yakni pernapasan dada dan pernapasan perut. Sementara itu, kedua proses pernapasan ini terjadi dalam dua fase, meliputi inspirasi (inhalase) dan ekspirasi (ekshalase). Inspirasi adalah proses masuknya udara dari luar tubuh menuju paru-paru melewati saluran pernapasan. Sedangkan ekspirasi adalah proses keluarnya udara dari dalam tubuh menuju lingkungan melalui organ saluran pernapasan.

Pernapasan Dada

Apabila kita menghirup dan menghempaskan udara menggunakan pernapasan dada, otot yang digunakan yaitu otot antartulang rusuk. Otot ini terbagi dalam dua bentuk, yakni otot antartulang rusuk luar dan otot antartulang rusuk dalam. Saat terjadi inspirasi, otot antartulang rusuk luar berkontraksi, sehingga tulang rusuk menjadi terangkat. Akibatnya, volume rongga dada membesar. Membesarnya volume rongga dada menjadikan tekanan udara dalam rongga dada menjadi kecil/berkurang, padahal tekanan udara bebas tetap. Dengan demikian, udara bebas akan mengalir menuju paru-paru melewati saluran pernapasan.

Sementara saat terjadi ekspirasi, otot antartulang rusuk dalam berkontraksi (mengkerut/mengendur), sehingga tulang rusuk dan tulang dada ke posisi semula. Akibatnya, rongga dada mengecil. Oleh karena rongga dada mengecil, tekanan dalam rongga dada menjadi meningkat, sedangkan tekanan udara di luar tetap. Dengan demikian, udara yang berada dalam rongga paru-paru menjadi terdorong keluar.

Pernapasan Perut

Berbeda dengan pernapasan dada, pernapasan perut menggunakan otot diafragma dan otot dinding rongga perut. Sementara mekanisme pernapasannya tetap melalui dua fase, yaitu inspirasi dan ekspirasi. Fase inspirasi pada pernapasan perut terjadi apabila otot diafragma berkontraksi (mengkerut), sehingga posisi diafragma mendatar. Akibat yang ditimbulkan, volume rongga dada menjadi lebih besar, sehingga tekanan udara di dalam rongga dada mengecil. Namun, volume udara luar tetap. Penurunan tekanan udara ini menjadikan paru-paru mengembang. Akibatnya, udara di luar tubuh masuk ke dalam paru-paru. Sementara itu, fase ekspirasi terjadi apabila otot diafragma berelaksasi (mengendur) dan otot dinding rongga perut berkontraksi.

Akibat yang ditimbulkan, rongga perut terdesak ke arah diafragma, sehingga keadaan diafragma cekung ke rongga dada. Akibatnya, volume rongga dada mengecil dan tekanan udaranya meningkat. Sehingga, udara dalam rongga paru-paru keluar tubuh.

Volume dan Kapasitas Paru-Paru

Volume udara yang dihirup setiap orang biasanya berbeda-beda. Perbedaan ini terjadi karena dipengaruhi oleh beberapa faktor, misalnya ukuran paru-paru, kekuatan bernapas, dan cara bernapas. Sementara kecepatan (frekuensi) seseorang dalam bernapas juga berbeda-beda. Perbedaan frekuensi paru-paru setiap orang ini disebabkan faktor usia, jenis kelamin, suhu tubuh, posisi tubuh, dan kegiatan yang dilakukan tubuh. Seorang laki-laki muda dengan suhu tubuh tinggi dan banyak aktivitas, akan lebih tinggi frekuensi pernapasannya dibandingkan kondisi sebaliknya.

Saat kita bersantai atau dalam keadaan normal, udara yang kita hirup dan hembuskan dari paru-paru memiliki volume yang tidak besar, sekitar 500 cm³ atau 500 cc. Volume udara yang demikian dinamakan volume udara tidal.

Namun demikian, dalam volume udara tidal tersebut, masih kemungkinan untuk menambah volume udara ekstra dari luar sebesar 1.500 cm³ atau 1.500 cc. Volume udara ekstra dinamakan volume udara cadangan inspirasi atau udara komplementer. Demikian pula sebaliknya, volume udara sekitar 1.500 cm³ atau 1.500 cc dapat kita keluarkan setelah melakukan pernapasan normal. Volume udara yang demikian dinamakan volume udara cadangan ekspirasi atau udara suplementer.

Jadi, saat kita bernapas sekuat-kuatnya, baik secara inspirasi maupun ekspirasi, di dalam paru-paru akan terdapat jumlah volume udara sekitar 3.500 sampai 4.000 cm³. Kita namakan kondisi demikian sebagai kapasitas vital paru-paru. Oleh karena itu, kapasitas vital paru-paru dapat dirumuskan sebagai berikut:

Kapasitas Vital = volume tidal + udara komplementer + udara suplementer

Namun demikian, sesudah kita melakukan pernapasan secara maksimal, di dalam paru-paru masih tersimpan volume udara sekitar 1.500 cm³. Volume udara ini dinamakan udara residu (sisa).

Frekuensi Pernapasan

Cepat lambatnya manusia melakukan pernapasan dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya sebagai berikut:

Umur

Bertambahnya umur seseorang mangakibatkan frekuensi pernapasan menjadi semakin lambat. Pada usia lanjut, energy yang dibutuhkan lebih sedikit dibandingkan pada usia pertumbuhan, sehingga oksigen yang dibutuhkan relative lebih sedikit.

Jenis kelamin

Pada umumnya laki-laki lebih banyak membutuhkan energi. Oleh sebab itu, laki-laki memerlukan oksigen yang lebih banyak daripada wanita.

Suhu Tubuh

Manusia memiliki suhu tubuh yang konstan (berkisar antara 36-37⁰C) karena manusia mampu mengatur produksi panas tubuhnya dengan meningkatkan laju metabolism. Jika suhu tubuh turun, tubuh akan meningkatkan metabolismenya, sehingga kebutuhan akan oksigen meningkat.

Posisi Tubuh

Posisi tubuh akan mempengaruhi banyaknya otot yang bekerja. Misalnya pada saat berdiri, otot akan berkontraksi, sehingga oksigen yang dibutuhkan lebih banyak dan laju pernapasan pun akan meningkat dibandingkan pada saat orang duduk.

Mekanisme Pertukaran Oksigen dan Karbon Dioksida

Pertukaran gas antara oksigen dan karbon dioksida terjadi melalui proses difusi. Proses tersebut terjadi di alveolus dan di sel jaringan tubuh. Proses difusi berlangsung sederhana, yaitu hanya dengan gerakan molekul-molekul secara bebas melalui membran sel dari konsentrasi tinggi atau tekanan tinggi ke konsentrasi rendah atau tekanan rendah.

Proses pertukaran oksigen dan karbon dioksida dimulai dari oksigen masuk ke dalam tubuh melalui inspirasi dari rongga hidung sampai alveolus. Di alveolus oksigen mengalami difusi ke kapiler arteri pori-pori.masuknya oksigen dari luar menyebabkan tekanan parsial oksigen (PO₂) di alveolus lebih tinggi dibandingkan dengan PO₂ di kapiler arteri paru-paru. Karena proses difusi selalu terjadi dari daerah yang bertekanan parsial tinggi ke daerah yang bertekanan parsial rendah, oksigen akan bergerak dari alveolus menuju kapiler arteri paru-paru.

Oksigen di kapiler arteri diikat oleh eritrosit yang mengandung hemoglobin sampai menjadi jenuh. Makin tinggi tekanan parsial oksigen di alveolus, semakin banyak oksigen yang terikat oleh oleh hemoglobin dalam darah. Hemoglobin terdiri dari empat sub unit, ssetiap sub unit terdiri dari bagian yang disebut heme. Di setiap pusat heme terdapat unsur besi yang dapat berikatan dengan oksigen, sehingga setiap molekul hemoglobin dapat membawa empat molekul oksigen membentuk oksihemoglobin. Reaksi antara hemoglobin dan oksigen berlangsung secara reversible yang dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu suhu, pH, konsentrasi oksigen dan karbon dioksida, serta tekanan parsial.

Hemoglobin akan mengangkut oksigen ke jaringan tubuh yang kemudian akan berdifusi masuk ke sel-sel tubuh untuk digunakan dalam proses respirasi. Proses difusi ini terjadi karena tekanan parsial oksigen pada kapiler tidak sama dengan tekanan parsial oksigen di sel-sel tubuh.

Di dalam sel-sel tubuh atau jaringan tubuh, oksigen digunakan untuk proses respirasi di dalam mitokondria sel. Semakin banyak oksigen yang digunakan oleh sel-sel tubuh, semakin banyak karbon dioksida yang terbentuk dari proses respirasi. Hal tersebut menyebabkan tekanan parsial karbon dioksida (PCO₂) dalam sel-sel tubuh tinggi dibanding PCO₂dalam kapiler vena sel-sel tubuh yang kemudian akan dibawa eritrosit menuju ke paru-paru. Di paru-paru terjadi difusi CO₂ dari kapiler vena menuju alveolus. Proes tersebut terjadi karena tekanan parsial CO₂ pada kapiler vena lebih tinggi daripada tekanan parsial CO₂ dalam alveolus. Karbon dioksida akhirnya akan dikeluarkan dari tubuh melalui ekspirasi.

Karbon dioksida dalam eritrosit akan bereaksi dengan air dengan membentuk asam karbonat. Akibatnya terbentuknya asam karbonat, pH darah menjadi asam, yaitu sekitar 4,5. Darah yang bersifat asam dapat melepaskan banyak oksigen ke dalam tubuh atau jaringan tubuh yang memerlukannya.

Kelainan dan Penyakit pada Sistem Pernapasan Manusia

Untuk mengetahui lebih jelas berbagai kelainan dan penyakit pada sistem pernapasan manusia, coba kalian simak dan ikuti uraian berikut.

Asma

Asma merupakan gangguan pernapasan yang disebabkan oleh hiper sensitivitas bronkiolus (atau disebut juga asma bronkiale). Pen derita asma akan mengalami kesukaran saat bernapas. Kondisi ini

terjadi karena ada nya kontraksi kaku dari bronkiolus.

Asidosis

Asidosis adalah penyakit pernapasan yang disebabkan oleh adanya peningkatan kadar asam bikarbonat dan asam karbonat dalam darah.

Asfiksi (Asfiksia)

Akibat terganggunya fungsi berbagai organ seperti paru-paru, pembuluh darah ataupun jaringan tubuh, asfi ksi dapat diderita oleh seseorang. Penyebabnya antara lain alveolus korban tenggelam yang terisi air, kemudian juga adanya pengikatan karbonmonoksida oleh hemoglobin dalam darah sehingga pengangkutan oksigen berkurang.

Emfisema Paru-paru

Emfisema paru-paru merupakan suatu penyakit yang diderita seseorang akibat jumlah udara yang berlebihan di dalam paru-paru, sehingga membuat daerah pertukaran gas berkurang. Berbagai penyebab emfi sema misalnya infeksi kronis oleh rokok atau bahan-bahan lain yang mengiritasi bronkus, kemudian infeksi akibat kelebihan mucus karena peradangan dan edema epitel bronkiolus. Selain itu, penyakit

ini disebabkan karena adanya gangguan saluran respirasi sehingga sulit untuk berekspirasi, sehingga mengakibatkan udara terperangkap di dalam alveolus dan menyebabkan alveolus renggang.

Faringitis

Faringitis merupakan peradangan pada faring. Akibat yang ditimbulkan gangguan ini adalah rasa nyeri saat menelan makanan atau kerongkongan terasa kering. Penyebabnya yakni infeksi oleh bakteri atau virus, kemudian bisa pula karena terlalu banyak merokok.

Pneumonia

Pneumonia adalah peradangan paru-paru yang mengakibatkan alveolus berisi cairan dan eritrosit secara berlebihan. Sebagai contoh pnemonia adalah pneumonia bakteri. Infeksi ini disebarkan oleh bakteri Diplococus pneumaticus, dari satu alveolus ke alveolus yang lain, sehingga dapat meluas ke seluruh lobus, bahkan ke seluruh paru-paru.

Tuberkulosis (TBC)

Tuberkulosis (TBC) merupakan penyakit yang disebabkan oleh bakteri Mycobacterium tuberculosis. Semua organ tubuh dapat diserang oleh bakteri ini, namun biasanya yang terserang adalah organ paruparu dan tulang.

Bronkitis, Pleuritis, Laringitis, dan Tonsilitis

Bronkitis adalah penyakit yang disebabkan oleh adanya peradangan pada bronkus. Pleuritis adalah peradangan pada selaput rongga dada (pleura) sehingga mengalami penambahan cairan intrapleura. Akibatnya timbul rasa nyeri saat bernapas. Laringitis adalah peradangan pada laring. Sementara, tonsilitis adalah radang karena infeksi oleh bakteri tertentu pada tonsil. Gejala tonsilitis antara lain tenggorokan sakit, sulit menelan, suhu tubuh naik, demam, dan otot-otot terasa sakit.

Kanker Paru-Paru

Kanker paru-paru adalah penyakit yang disebabkan oleh tumor ganas yang terbentuk di dalam epitel bronkiolus. Kanker paru-paru dapat mempengaruhi pertukaran gas yang terjadi dalam paru-paru. Salah satu penyebabnya adalah kebiasaan buruk penderita yang sering merokok atau perokok aktif. Perokok pasif juga dapat terkena jenis kanker ini. Penyebab lainnya adalah seperti seringnya seseorang menghirup debu asbes, kromium, produk petrotelum, dan radiasi ionisasi. Selain gangguan dan penyakit tersebut, sistem pernapasan juga dapat terganggu oleh beberapa penyakit seperti influenza, mimisan, emboli, dan lain sebagainya.