Mekanisme Pernapasan Manusia

Mekanisme Pernapasan Manusia - Dalam proses bernapas, terhirupnya udara bukan karena aktivitas paru-paru sebab paru-paru tidak memiliki otot untuk berkontraksi, melainkan karena kontraksi sekat diafragma dan otot-otot dada. Terdapat dua mekanisme pernapasan pada manusia, yaitu inspirasi atau inhalasi dan ekspirasi atau ekshalasi. Efisiensi pertukaran udara di paru-paru didukung dengan adanya diafragma, yaitu suatu sekat berotot berbentuk kubah yang membatasi rongga dada dengan rongga perut. Selanjutnya, marilah kita lihat bagaimanakah proses inspirasi dan ekspirasi pada alat pernapasan terjadi!
1. Inspirasi dan Ekspirasi
Inspirasi atau inhalasi dikenal sehari-hari sebagai proses menarik napas atau memasukkan udara ke dalam paru-paru, sedangkan ekspirasi atau ekshalasi sama dengan mengembuskan udara dari paru-paru ke luar. Perhatikanlah mekanisme pernapasan berikut ini!  Inspirasi. Otot-otot antartulang rusuk ber- kontraksi menggerakkan rongga dada parusehingga naik dan mengembang. Diafragma berkontraksi dan mendatar.  Kedua mekanisme tersebut akan naik dan menaikkan volume kapasitas pleura dan menurunkan tekanannya. Udara luar masuk ke dalam paru-paru. Otot antartulang rusuk berelaksasi dan rongga dada turun dan mengempis. Diafragma berelaksasi dan melengkung (diafragma dalam keadaan normal melengkung). Volume dalam rongga pleura menurun, sehingga tekanannya meningkat. 4) Udara ke luar dari paru-paru.
2. Volume Udara Pernapasan
 Paru-paru dapat menampung sekitar 5.000 ml udara yang disebut kapasitas total paru-paru. Apabila kita bernapas biasa, volume udara yang dapat keluar masuk lebih kurang 500 ml. Udara ini biasa disebut udara tidal. Jika kita menarik napas dalam-dalam maka volume udara yang masih dapat masuk sekitar 1.500 ml. Udara ini disebut udara komplementer. Sebaliknya, udara suplementer  adalah jika kita mengembuskan napas sekuat-kuatnya masih dapat mengeluarkan volume udara sebanyak 1.500 ml. Ternyata, setelah kita mengeluarkan udara suplementer volume udara yang masih tersisa di dalam paru-paru kira-kira 1.500 ml. Sisa udara ini disebut udara residu. Kemampuan paru-paru mengeluarkan udara sekuat-kuatnya dan mengambil udara sebanyak-banyaknya disebut dengan kapasitas vital paru-paru. Volume udara ini lebih kurang 3.500 ml.
Perlu anda ingat bahwa tidak semua udara yang masuk ke paru-paru dipergunakan dalam proses pertukaran gas. Terdapat sekitar 150 ml udara yang menempati bagian-bagian saluran pernapasan di luar alveolus. Oleh karena itu,  jika setiap menit kita bernapas 12 kali maka udara segar yang mencapai alveolus bukan 500 ml x 12 = 6.000 ml, melainkan (500 – 150) ml x 12 = 4.200 ml. Jumlah ini dinamakan ventilasi alveolar. Kecepatan bernapas dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain suhu, oksigen, dan karbon dioksida.

  • Suhu. Pada saat suhu tubuh tinggi, misalnya demam, kecepatan bernapas meningkat.
  • Oksigen jika kadar oksigen turun misalnya saat kelelahan setelah lari maka kecepatan bernapas meningkat.
  • Karbon dioksida Jika kadar karbon dioksida dalam darah meningkat maka kecepatan bernapas akan meningkat.
3. Transportasi Gas
Oksigen dan karbon dioksida tidak begitu saja dapat ditransportasikan oleh darah dan berdifusi ke jaringan. Ada mekanisme khusus penyusutannya, yaitu larut secara fisik dan larut secara kimiawi dalam darah.
  • Transportasi Oksigen. Hanya sebagian kecil oksigen (1,5%) yang larut secara fisik dalam darah, selebihnya (98,5%) larut dalam hemoglobin. O2 yang secara fisik larut dalam plasma darah jumlahnya sangat sedikit karena O2 kurang larut dalam cairan tubuh. Jumlah yang terlarut berbanding tekanan oksigen darah, semakin tinggi tekanan oksigen semakin mudah larut O2. Pada tekanan arteri normal sebesar 100 mmHg, hanya 3 ml O2 yang dapat larut dalam 1 liter darah. Dengan demikian, hanya 15 ml O2/menit yang dapat dilarutkan dalam aliran darah paru normal yang besarnya 5 ml/menit. Bahkan pada keadaan istirahat, sel mengonsumsi sampai 250 ml O2/menit, dan jumlah dapat meningkat sampai dua puluh lima kali lipat selama olahraga berat. Untuk menyalurkan O2 yang diperlukan oleh jaringan bahkan dalam keadaan istirahat, curah jantung harus mencapai 83,3 liter/ menit apabila O2 hanya dapat diangkut dalam bentuk terlarut. Dengan hemoglobin, suatu molekul protein yang mengandung besi, memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan longgar-reversibel dengan O2. Apabila tidak berikatan dengan O2, Hb disebut sebagai hemoglobin tereduksi, apabila berikatan dengan O2, Hb disebut sebagai oksihemoglobin (HbO2).
  • Transportasi Karbon Dioksida. Karbon monoksida (CO) dan O2 bersaing untuk menempati tempat pengikatan yang sama di Hb, tetapi afinitas Hb terhadap CO2 adalah 240 kali lebih kuat dibandingkan dengan kekuatan ikatan antara Hb dan O2. Ikatan CO dan Hb dikenal sebagai karboksihemoglobin (HbCO). Karena Hb lebih cenderung berikatan dengan CO, keberadaan CO walaupun sedikit dapat mengikat Hb dalam jumlah yang relatif besar, sehingga tidak tersedia Hb untuk mengangkut O2. CO merupakan gas beracun yang dihasilkan selama pembakaran tidak sempurna produk-produk karbon, seperti bahan bakar, mobil, batubara, kayu, dan tembakau. Karbon monoksida sangat berbahaya karena bekerja secara tersamar (tersembunyi). Apabila dalam suatu lingkungan tertutup diproduksi CO, sehingga konsentrasinya terus meningkat (sebagai contoh, di dalam mobil yang sedang diparkir dengan mesin hidup dan jendela tertutup), CO tersebut dapat mencapai kadar mematikan tanpa disadari oleh korbannya. Karbon monoksida tidak dapat dideteksi karena tidak berbau, tidak berwarna dan tidak berasa. Sewaktu darah arteri mengalir melalui kapiler jaringan, CO2 berdifusi mengikuti penurunan gradien tekanan parsialnya dari sel jaringan ke dalam darah. Karbon dioksida diangkut dalam darah dengan tiga cara, yaitu terlarut secara fisik, terikat ke Hb, dan sebagai bikarbonat. Seperti O2 yang larut, jumlah CO2 yang secara fisik larut dalam darah bergantung pada tekanan darah. Karena dalam darah CO2 lebih larut daripada O2, proporsi CO2 total dalam darah yang secara fisik larut lebih besar dibandingkan dengan O2. Walaupun demikian, hanya 10% dari kandungan CO2 total darah diangkut dengan cara ini pada kadar tekanan CO2 vena sistemik normal. Tiga puluh persen CO2 lainnya berikatan dengan Hb untuk membentuk karbamino hemoglobin (HbCO2). Karbon dioksida berikatan dengan bagian globin dari Hb, berbeda dengan O2 yang berikatan dengan bagian hem. Hb tereduksi memiliki afinitas yang lebih besar untuk CO2 daripada HbO2. Dengan demikian, pembebasan O2 dari Hb di kapiler jaringan mempermudah Hb menyerap CO2. Cara terpenting untuk mengangkut CO2 adalah sebagai bikarbonat (HCO3–), yaitu 60% CO2 diubah menjadi HCO3– oleh reaksi kimia berikut, yang berlangsung di dalam sel darah merah: Pada langkah pertama, CO2 berikatan dengan H2O untuk membentuk asam karbonat (H2CO3). Reaksi ini dapat berlangsung dengan sangat lambat di plasma, tetapi berlangsung cepat di dalam sel darah merah karena adanya enzim eritrosit karbonat anhidrase yang mengkatalisasi (mempercepat) reaksi. Sebagian dari molekulmolekul asam karbonat secara spontan terurai menjadi ion hidrogen (H+) dan ion bikarbonat (HCO3–). Dengan demikian, satu atom karbon dan dua atom oksigen dari molekul CO2 semula terdapat dalam darah sebagai bagian integral dari HCO3. Hal ini menguntungkan, karena HCO3– lebih mudah larut dalam darah dibandingkan dengan CO2.[ab]