Proses Inspirasi dan ekspirasi

BAB II

ISI

A.    Proses inspirasi dan ekspirasi

Pernapasan adalah suatu proses yang terjadi secara otomatis walau dalam keadaan tertidur sekalipun karma sistem pernapasan dipengaruhi oleh susunan saraf otonom. Menurut tempat terjadinya pertukaran gas maka pernapasan dapat dibedakan atas 2 jenis, yaitu pernapasan luar dan pernapasan dalam.

Pernapasan luar adalah pertukaran udara yang terjadi antara udara dalam alveolus dengan darah dalam kapiler, sedangkan pernapasan dalam adalah pernapasan yang terjadi antara darah dalam kapiler dengan sel-sel tubuh.

Masuk keluarnya udara dalam paru-paru dipengaruhi oleh perbedaan tekanan udara dalam rongga dada dengan tekanan udara di luar tubuh. Jika tekanan di luar rongga dada lebih besar maka udara akan masuk. Sebaliknya, apabila tekanan dalam rongga dada lebih besar maka udara akan keluar.

Sehubungan dengan organ yang terlibat dalam pemasukkan udara (inspirasi)  dan pengeluaran udara (ekspirasi)  maka mekanisme pernapasan dibedakan atas dua macam, yaitu pernapasan dada dan pernapasan perut. Pernapasan dada dan perut terjadi secara bersamaan.

a.       Pernapasan Dada

Pernapasan dada adalah pernapasan yang melibatkan otot antartulang rusuk. Mekanismenya dapat dibedakan sebagai berikut.

1.      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.

2.      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.

Mekanisme inspirasi dan ekspirasi pada manusia

b.      Pernapasan Perut

Pernapasan perut merupakan pernapasan yang mekanismenya melibatkan aktifitas otot-otot diafragma yang membatasi rongga perut dan rongga dada.

Mekanisme pernapasan perut dapat dibedakan menjadi dua tahap yakni sebagai berikut.

1.      Fase Inspirasi. 

Pada fase ini otot diafragma berkontraksi sehingga diafragma mendatar, akibatnya rongga dada membesar dan tekanan menjadi kecil sehingga udara luar masuk.

2.      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.

B.     Definisi pernapasan

Respirasi memiliki beberapa definisi yaitu:

·         Proses pengambilan O2 dan pengeluaran CO2 oleh makhluk hidup.

·         Proses pembongkaran senyawa complex menjadi senyawa sederhana.

·         Proses pembongkaran senyawa organik menjadi senyawa anorganik yang terjadi di dalam sel dalam rangka mendapatkan energy atau tenaga

Rumus Respirasi : C6H12O6 + H2O ---> 6CO2 + 6H2O + Energi

Berdasarkan definisi diatas maka dapat disimpulkan bahwa respirasi merupakan proses pengambilan oksigen dan pengeluaran karbondioksida dalam rangka memperoleh energi.

Proses respirasi melewati dua tahap yaitu respirasi eksternal dan respirasi internal. Respirasi eksternal merupakan proses respirasi yang berlangsung melalui alat-alat pernapasan. Sedangkan respirasi internal merupakan proses respirasi yang berlangsung di dalam sel ( di dalam sitoplasma dan mitokondria).

1.      Respirasi Eksternal

Respirasi eksternal adalah proses mengambil oksigen ke dalam dan mengeluarkan karbon dioksida dari tubuh. Respirasi eksternal sangat penting bagi kehidupan karena pasokan oksigen untuk mengekstrak energi dari makanan melalui respirasi internal maupun seluler. Selain itu, ia bisa menghilangkan karbon dioksida, yang merupakan produk limbah respirasi. Selain itu, respirasi eksternal menghilangkan kelebihan air dari tubuh melalui pernafasan.

      Respirasi eksternal adalah proses fisik yang terdiri dari inhalasi, pernafasan, dan relaksasi. Inhalasi adalah proses aktif sementara pernafasan pasif.

2.      Respirasi Internal

Respirasi internal adalah proses memecah makanan dengan adanya oksigen di tingkat sel untuk menghasilkan energi. Respirasi internal merupakan proses aktif, karena membutuhkan energi. Menggunakan oksigen untuk menghasilkan energi dan menghasilkan karbon dioksida dan air sebagai produk limbah.

      Respirasi internal adalah proses metabolisme yang terjadi dalam sel, di mana glukosa dari makanan bereaksi dengan oksigen dari pernapasan untuk menghasilkan energi biokimia dalam bentuk Adenosin trifosfat, disingkat ATP.

Perbedaan antara Respirasi Internal dan Eksternal

·         Respirasi eksternal adalah proses mekanis, tetapi respirasi internal adalah proses kimia.

·         Respirasi eksternal terutama terjadi pertukaran sebagian besar gas masuk dan keluar dari tubuh, sementara respirasi internal proses pemecahan nutrisi dengan oksigen untuk menghasilkan energi.

·         Respirasi eksternal terjadi antara tubuh dan lingkungan eksternal sedangkan respirasi internal yang terjadi di tingkat sel.

·         Respirasi eksternal melibatkan proses aktif dan pasif, tetapi respirasi internal hanya proses aktif.

·         Respirasi eksternal baik sadar dan tidak sadar, sedangkan respirasi internal selalu proses tidak disengaja.

·         Respirasi internal menghasilkan energi dan produk-produk limbah, tapi tidak ada kecuali pertukaran gas dan suara yang diproduksi dalam respirasi eksternal.

Jalur respirasi manusia secara runtut adalah sebagai berikut:

                 Hidung ---> faring ---> laring ---> trakea ---> bronkus ---> pulmo---> 

                 alveolus ---> sel-sel tubuh.

C.     Mekanik pernapasan

Proses pernapasan pada manusia dapat terjadi secara sadar maupun secara tidak sadar. Tujuan proses pernapasan adalah untuk memperoleh energi.  Alat-alat pernapasan berfungsi memasukkan udara yang mengandung oksigen dan mengeluarkan udara yang mengadung karbon dioksida dan uap air. Pengangkutan gas-gas pernapasan dari organ pernapasan ke jaringan tubuh mahkluk hidup disebut pernapasan atau respirasi.

Salah satu proses pernapasan adalah inspirasi dan ekspirasi udara antara paru-paru dan atmosfer. Inspirasi dan ekspirasi terjadi karena adanya kontraksi dan relaksasi otot-otot pernafasan selama inspirasi tenang, difragma dan interkonta ekterna berkontraksi dan volume thorax meningkat selama ekspirasi tenang.

Inspirasi terjadi jika otot-otot antartulang rusuk melakukan kontraksi sehingga tulang dada terangkat ke atas. Saat inspirasi, otot diafragma berkontraksi sehingga letaknya mendatar, kemudian diafragma akan mendesak rongga perut, sehingga rongga dada membesar, dengan demikian maka paru-paru akan membesar, tekanan udara rendah dan udara masuk.

Ekspirasi terjadi ketika otot antartulang rusuk berelaksasi, yaitu keadaan di mana tulang rusuk dan tulang dada turun kembali pada kedudukan semula sehingga rongga dada mengecil. Ekspirasi juga terjadi ketika otot diafragma berelaksasi kembali, rongga dada mengecil dan paru-paru mengecil. Oleh karena volume paru-paru berkurang maka tekanan udara dalam paru-paru bertambah, akibatnya udara keluar.

Mekanisme pernapasan diatur dan dikendalikan oleh dua faktor utama.

(a) kimiawi, dan

(b) pengendalian oleh saraf.

Beberapa faktor tertentu merangsang pusat pernapasan yang terletak di dalam medula oblongata. Dan kalau dirangsang maka pusat itu mengeluarkan impuls yang disalurkan oleh saraf spinalis ke otot pernapasan- yaitu otot diafragma dan otot interkostalis. Pengendalian oleh saraf. Pusat pernapasan ialah suatu pusat otomatik di dalam medula oblongata yang mengeluarkan impuls eferen ke otot pernapasan. Melalui beberapa radix saraf servikalis impuls ini diantarkan ke diafragma oleh saraf frenikus dan di bagian yang lebih rendah pada sumsum belakang, impulsnya berjalan dari daerah torax melalui saraf interkostalis untuk merangsang otot interkostalis. Impuls ini menimbulkan kontraksi ritmik pada otot diafragma dan interkostal yang kecepatan kira-kira lima belas kali setiap menit. Impuls aferen yang dirangsang oleh pemekaran gelembung udara, diantarkan oleh saraf vagus ke pusat pernapasan di dalam medula.

Pengendalian secara kimiawi  ini ialah faktor utama dalam pengendalian dan pengaturan frekuensi, kecepatan dan dalamnya gerakan pernapasan. Pusat pernapasan di dalam sumsum sangat peka pada reaksi : kadar alkali darah harus dipertahankan. Karbondioksida adalah produk asam dari metabolisme, dan bahan kimia yang asam ini merangsang pusat pernapasan untuk mengirim keluar impuls saraf yang bekerja atas otot pernapasan.

Kedua, pengendalian, melalui saraf dan secara kimiawi adalah penting. Tanpa salah satunya orang tak dapat bernafas terus. Dalam hal paralisa otot pernapasan (interkostal, dan diafragma), digunakan ventilasi paru-paru atau suatu alat pernapasan buatan lainnya untuk melanjutkan pernapasan, sebab dada harus bergerak supaya udara dapat dikeluarmasukkan paru-paru.  Inspirasi atau menarik nafas adalah proses aktif yang diselenggarakan oleh kerja otot. Kontraksi diafragma meluaskan rongga dada dari atas sampai bawah, yaitu vertikal. Penaikan iga-iga dan sternum yang ditimbulkan oleh kontraksi otot interkostalis, meluaskan rongga dada ke dua sisi dan dari belakang ke depan. Paru-paru yang bersifat elastik mengembang untuk mengisi ruang yang membesar itu dan udara ditarik masuk ke dalam saluran udara. Otot interkostal eksterna diberi peran sebagai otot tambahan, hanya bila inspirasi menjadi gerak sadar.  Pada ekspirasi, udara dipaksa keluar oleh pengendoran otot dan karena paru-paru kempes kembali, disebabkan sifat elastik paru-paru itu. Gerakan ini adalah proses pasif.

Ketika pernapasan sangat kuat, gerakan dada bertambah. Otot leher dan bahu membantu menarik iga-iga dan sternum ke atas. Otot sebelah belakang dan abdomen juga dibawa bergerak dan alae nasi (cuping atau sayap hidung) dapat kembang kempis.

Kekuatan inspirasi dan ekspirasi dibantu oleh kontraksi otot pernapasan asesoris. Otot-otot yang membantu dalam proses inspirasi ada 2 yaitu yang utama (Diafragma & intercostalis eksterna) dan tambahan (sternocleidomastoideus, scalenus). Sedangkan otot-otot yang membantu proses ekspirasi adalah intercostalis interna & otot abdominalis (rectus transversus & obliqus).

Adapun fungsi dari otot-otot ini adalah sebagai berikut:

-          Interkostalis eksterrnus (antar iga luar) yang mengangkat masing-masing iga.

-          Sternokleidomastoid yang mengangkat sternum (tulang dada).

-          Skalenus yang mengangkat 2 iga teratas.

-          Interkostalis internus (antar iga dalam) yang menurunkan iga-iga.

-          Otot perut yang menarik iga ke bawah sekaligus membuat isi perut mendorongdiafragma ke atas.

-          Otot dalam diafragma yang dapat menurunkan diafragma.

D.    Transport gas pernapasan

1.      Ventilasi, difusi, transportasi, perfusi

·         Ventilasi

Ventilasi merupakan proses untuk menggerakan gas ke dalam dan keluar paru-paru. Ventilasi membutuhkan koordinasi otot paru dan thoraks yang elastis dan pernapasan yang utuh. Otot pernapasan inspirasi utama adalah diafragma. Diafragma dipersarafi oleh saraf frenik yang keluar dari medulla spinalis pada vertebra servical keempat.

Perpindahan O2 di atmosfer ke alveoli,dari alveoli CO2 kembali ke atmosfer. Faktor yang mempengaruhi proses oksigenasi dalam sel adalah :

a.       Tekanan O2 atmosfer

b.      Jalan nafas

c.       Daya kembang toraks dan paru

d.      Pusat nafas (Medula oblongata) yaitu kemampuan untuk meransang  CO2  dalam darah

·         Difusi

Difusi merupakan gerakan molekul dari suatu daerah dengan konsentrasi yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah. Difusi gas pernapasan terjadi di membrane kapiler alveolar dan  kecepatan difusi dapat dipengaruhi oleh ketebalan membrane. Peningkatan ketebalan membran merintangi proses kecepatan difusi . Karena hal tersebut membuat gas memerlukan waktu lebih lama untuk melewati membrane tersebut. Klien yang mengalami edema pulmonar, atau efusi pulmonar Membrane memiliki ketebalan membran alveolar kapiler yang meningkat akan mengakibatkan proses difusi yang lambat, pertukaran gas pernapasan yang lambat dan menganggu proses pengiriman oksigen ke jaringan. Daerah permukaan membran dapat mengalami perubahan sebagai akibat suatu penyakit  kronik, penyakit akut, atau proses pembedahan. Apabila alveoli yang berfungsi lebih sedikit maka darah permukaan menjadi berkurang O2 alveoli berpindah ke kapiler paru, CO2 kapiler paru berpindah ke alveoli. Faktor yang mempengaruhi difusi :

a.       Luas permukaan paru

b.      Tebal membrane respirasi

c.       Jumlah eryth/kadar Hb

d.      Perbedaan tekanan dan konsentrasi gas

e.       Waktu difusi

f.       Afinitas gas

·         Transportasi

Gas pernapasan mengalami pertukaran di alveoli dan kapiler jaringan tubuh. Oksigen ditransfer dari paru- paru alveoli dan kapiler jaringan tubuh. Oksigen ditransfer dari paru- paru ke darah dan karbon dioksida ditransfer dari darah ke alveoli untuk dikeluarkan sebagai produk sampah. Pada tingkat jarinagn, oksigen ditransfer dari darah ke jaringan, dan karbon dioksida ditransfer dari jaringan ke darah untuk kembali ke alveoli dan dikeluarkan.Transfer ini bergantung pada proses difusi.

a.       Transpor O2

Sistem transportasi oksigen terdiri dari system paru dan sitem kardiovaskular. Proses pengantaran ini tergantung pada jumlah oksigen yang masuk ke paru-paru (ventilasi), aliran darah ke paru-paru dan jaringan (perfusi), kecepatan divusi dan kapasitas membawa oksigen. Kapasitas darah untuk membawa oksigen dipengaruhi oleh jumlah oksigen yang larut dalam plasma, jumlah hemoglobin dan kecenderungan hemoglobin untuk berikatan dengan oksigen (Ahrens, 1990), jumlah oksigen yang larut dalam plasma relatif kecil, yakni hanya sekitar 3%. Sebagian besar oksigen ditransportasi oleh hemoglobin. Hemoglobin berfungsi sebagai pembawa oksigen dan karbon dioksida. Molekul hemoglobin dicampur dengan oksigen untuk membentuk oksi hemoglobin. Pembentukan oksi hemoglobindengan mudah berbalik (revesibel), sehingga memungkinkan hemoglobin dan oksigen berpisah, membuat oksigen menjadi bebas.Sehingga oksigen ini bias masuk ke dalam jaringan.

b.      Transpor CO2

Karbon dioksida berdifusi ke dalam sel-sel darah merah dan dengan cepat di hidrasi menjadi asam karbonat(H2 CO3 ) akibat adanya anhidrasi karbonat. Asam karbonat kemudian berpisah menjadi ion hydrogen(H+ )dan ion bikarbonat (HCO3- ) berdifusi dalam plasma. Selain itu beberapa karbon dioksida yang ada dalam sel darah merah bereaksi dengan kelompok asam amino membentuk senyawa karbamino. Reaksi ini dapat bereaksi dengan cepat tanpa adanya enzim. Hemoglobin yang berkurang (deoksihemoglobin) dapat bersenyawa dengan karbon dioksida dengan lebih midah daripada oksi hemoglobin. Dengan demikian darah vena mentrasportasi sebagian besar karbon doiksida.

·         Perfusi

Perfusi pulmonal adalah aliran darah aktual melalui sirkulasi pulmonal O2 diangkut dlm darah; (oksi Hb)/ Oksihaemoglobin (98,5%) dalam eritrosit bergabung dengan Hb dalam plasma sebagai O2 yang larut dalam plasma (1,5%)

CO2 dalam darah ditrasport sebagai bikarbonat

Dalam eritosit sebagaai natrium bikarbonat

Dalam plasma sebagai kalium bikarbonat

Dalam larutan bergabung dengan Hb dan protein plasma

5 – 7 % = C02 larut dalam plasma

15 – 20 % = Carbamoni Hb (carbamate) = HbNHCO3

Hb + CO2 HbC0

– 80% = bikarbonat = HCO3

CO2 + H2O H2CO3 - H+ + CO3

2.      Pengukuran volume paru

Volume paru adalah volume udara yang mengisi petak-petak ruangan udara di dalam paru. Kapasitas paru adalah penjumlahan dua volume atau lebih.

Fungsi paru, yg mencerminkan mekanisme ventilasi disebut volume paru dan kapasitas paru. Volume paru dibagi menjadi :

1.      volume tidal (TV) volume udara yang dihirup dan dihembuskan setiap kali bernafas.

2.      Volume cadangan inspirasi (IRV) , volume udara maksimal yg dapat dihirup setelah inhalasi normal

3.      Volume Cadangan Ekspirasi (ERV), volume udara maksimal yang dapat dihembuskan dengan kuat  setelah exhalasi normal

4.      Volume residual (RV) volume udara yg tersisa dalam paru-paru setelah ekhalasi maksimal

Kapasitas Paru dibagi menjadi:

a.       Kapasitas vital (VC), volume udara maksimal dari poin inspirasi maksimal

b.      Kapasitas inspirasi (IC) Volume udara maksimal yg dihirup setelah ekspirasi normal

c.       Kapasitas residual fungsiunal (FRC), volume udara yang tersisa dalam paru-paru setelah ekspirasi normal

d.      Kapasitas total paru (TLC) volume udara dalam paru setelah inspirasi maksimal

E.     Pengaturan pernapasan

1.      Jenis-jenis lokasi pusat pernapasan

a.       Pengendalian oleh saraf

Pusat ritminitas di medula oblongata langsung mengatur otot otot pernafasan. Aktivitas medula dipengaruhi pusat apneuistik dan pnemotaksis. Kesadaran bernafas dikontrol oleh korteks serebri.

b.      Pusat respirasi

1.      Medullary Rhythmicity Area:

-          Area Inspirasi & Ekspirasi

-          Mengatur Ritme Dasar Respirasi

2.      Pneumotaxic Area:

-          Di Bagian Atas Pons

-          Membantu Koordinasi Transisi Antara Inspirasi & Ekspirasi

-          Mengirim Impuls Inhibisi Ke Area Inspirasi Paru- paru terlalu mengembang

3.      Apneustic Area:

-          Membantu Koordinasi Transisi Antara Inspirasi & Ekspirasi

-          Mengirim Impuls Ekshibisi Ke Area Inspirasi

2.      Mekanik pernapasan

Masuk dan keluarnya udara dari atmosfir ke dalam paru-paru dimungkinkan olen peristiwa mekanik pernafasan sebagai berikut :

a.       Inspirasi (inhalasi) : masuknya O2 dari atmosfir & CO2 ke dlm jalan nafas. Otot difragma kontraksi dan kubah difragma turun > Ruang Otot intercostalis externa menarik dinding dada agak keluar > udara masuk > tekanan dalam alveolus menurun > dalam dada paru-paru membesar.

b.      Ekspirasi (exhalasi): keluarnya CO2 dari paru ke atmosfir melalui jalan nafas. Otot difragma naik,diafragma dan otot intercotalis interna relaksasi. Tekanan dan ruang didalam dada mengecil  dinding dada masuk ke dalam udara keluar dari paru-paru dalam alveolus meningkat. Proses ekspirasi berlangsung pasif.

Otot-otot yang membantu dalam mekanisme pernapasan :

-          Inspirasi meliputi:

Utama: Diafragma & intercostalis eksterna

Tambahan: sternocleidomastoideus, scalenus

-          Ekspirasi: intercostalis interna & otot abdominalis (rectus transversus & obliqus).