Mekanisme Pertukaran gas Oksigen dan Karbondioksida

Fisiologi

Mekanisme Pertukaran Gas Oksigen dan Karbondioksida

       Udara ligkungan dapat dihirup masuk kedalam tubuh  makhluk hidup melalui dua cara yakni, pernapasan secara langsung dan pernapasan tidak langsung.

Pengambilan udara secara langsung dapat dilakukan oleh oleh permukaan tubuh lewat proses difusi.

Sementara udara yang dimasukkan ke dalam tubuh melalui saluran pernapasan dinamakan pernapasan tidak langsung.

Saat kita bernapas udara diambil dan dikeluarkan melalui paru-paru, walaupun begitu proses difusi pada pernapasan langsung tetap terjadi pada paru-paru. Bagian yang mengalami difusi dengan udara yaitu gelembung halus kecil atau alveolus.

Oleh karena itu, berdasarkan proses terjadinya pernapasan, manusia mempunyai dua tahap mekanisme pertukaran gas. Pertukaran gas O2 dan CO2 yang dimaksud yakni mekanisme eksternal dan internal.

          a.       Pernapasan eksternal

Ketika kita menghirup udara dari lingkungan luar, udara tersebut akan masuk ke dalam paru-paru, yudara yang masuk mengandung oksigen tersebut akan diikat darah lewat difusi. Pada saat yang sama, darah yang mengandung karbondioksida akan dilepas. Proses pertukaran O2 dan CO2 antara udara dan darah dalam paru-paru dinamakan pernapasan eksternal.

Pada pernapasan eksternal, darah akan masuk ke dalam kapiler paru-paru yang mengangkut sebagian besar karbondioksida sebagai ion bikarbonat (HCO3) dengan persamaan reaksi sebagai berikut: H + HCO3= H2CO3

Sisa karbondioksida berdifusi keluar dari dalam darah dan melakukan reaksi sebagai berikut: H2CO3= H2O + CO2

Enzim karbonat anhidrase yang terdapat dalamsel-sel darah merah dapat mempercepat reaksi. Ketika reaksi berlangsung, hemoglobin melepaskan ion-ion hidrogen yang telah diangkut: HHb menjadi Hb. Selanjutnya hemoglobin mengikat oksigen dan menjadi oksihemoglobin (Hb02) : Hb + O2 = HbO2

Selama pernapasan eksternal, didalam paru-paru akan terjadi pertukaran gas yaitu CO2 meninggalkan darah dan O2 masuk ke dalam darah melalui difusi. Proses difusi dapat terjadi pada paru-paru (alveolus) karena ada perbedaan tekanan parsial antara udara dan darah dalam alveolus. Tekana parsial membuat konsentrasi O2 dan Co2 pada darah dan udara berbeda.

Tekanan parsial O2 yang kita hirup akan lebih besar dibandingkan pada alveolus. Dengan kata lain, konsentrasi oksigen pada udara lebih tinggi dibandingkan konsentrasi oksigen pada darah. Oleh karena itu, O2 dari udara akan berdifusi menuju darah pada alveolus.

Sementara itu, tekanan parsial CO2 dalam darah lebih besar dibandingkan tekanan parsial pada udara. Sehingga konsentrasi Co2 dalam darah lebih tinggi dibandingkan konsentrasi CO2 dalam udara. Akibatnya, CO2 pada darah berdifusi menuju udara dan akan dibawa keluar tubuh lewat hidung.

       b.      Pernapasa Internal

Pada pernapasan internal darah masuk kedalam jaringan tubuh, 02 meninggalkan hemoglobin dan berdifusi masuk kedalam cairan jaringan tubuh. Hb02= Hb + O2

Difusi oksigen keluar dari darah dan masuk ke dalam cairan jaringan dapat terjadi karena tekanan O2 didalam jaringan lebih rendah dibandingkan tekanan oksigen dalam darah. Hal ini disebabkan karena sel-sel secara terus menerus menggunakan O2 dalam respirasi selular. Oleh karena itu, O2 dalam darah mengalir menuju cairan jaringan.

Sementara itu, tekanan karbondioksida pada darah lebih rendah dibandingkan tekanan karbondioksida dalam jaringan. Akibatnya CO2 diangkut darah, sebagian kecilnya berikatan dengan hemoglobin membentuk karboksihemoglobin (HbCO2):  CO2 + Hb = HbCO2

Namun sebagian besar karbondioksida tersebut masuk kedalam plasma darah dan bergabung dengan air menjadi asam bikarbonat ( H2CO3). Oleh enzim anhidrase, asam karbonat akan segera terurai menjadi dua ion yakni, hidrogen dan ion bikarbonat.

H2CO3= H + HCO3

CO2 yang diangkat darah ini tidak semuanya dibebaskan keluar tubuh  oleh paru-paru, akan tetapi hanya 10% nya saja. Sisanya yang berupa ion-ion bikarbonat yang tetap berada dalam darah. Ion-ion bikarbonat didalam berfungsi sebagai buffer atau larutan penyangga. Lebih tepatnya, ion tersebut berperan penting dalam menjaga stabilitas Ph ( derajat keasaman ) darah.

Ventilasi

• Ventilasi merupakan proses pertukaran udara antara atmosfer dengan alveoli.
• Proses ini terdiri dari inspirasi (masuknya udara ke paru-paru) dan ekspirasi (keluarnya udara dari paru-paru).
• Ventilasi terjadi karena adanya perubahan tekanan intra pulmonal, pada saat inspirasi tekanan intra pulmonal lebih rendah dari tekanan atmosfer sehingga udara dari atmosfer akan terhisap ke dalam paru-paru.
• Sebaliknya pada saat ekspirasi tekanan intrapulmonal menjadi lebih tinggi dari atmosfer sehingga udara akan tertiup keluar dari paru-paru.
• Perubahan tekanan intrapulmonal tersebut disebabkan karena perubahan volume thorax akibat kerja dari otot-otot pernafasan dan diafragma.
• Pada saat inspirasi terjadi kontraksi dari otot-otot insiprasi (muskulus interkostalis eksternus dan diafragma)sehingga terjadi elevasi dari tulang-tulang kostae dan menyebabkan peningkatan volume cavum thorax (rongga dada),
• Secara bersamaan paru-paru juga akan ikut mengembang sehingga tekanan intra pulmonal menurun dan udara terhirup ke dalam paru-paru.

Setelah inspirasi normal biasanya kita masih bisa menghirup udara dalam-dalam (menarik nafas dalam), hal ini dimungkinkan karena kerja dari otot-otot tambahan isnpirasi yaitu muskulus sternokleidomastoideus dan muskulus skalenus.

Ekspirasi merupakan proses yang pasif dimana setelah terjadi pengembangan cavum thorax akibat kerja otot-otot inspirasi maka setelah otot-otot tersebut relaksasi maka terjadilah ekspirasi. Tetapi setelah ekspirasi normal, kitapun masih bisa menghembuskan nafas dalam-dalam karena adanya kerja dari otot-otot ekspirasi yaitu muskulus interkostalis internus dan muskulus abdominis.


Kerja dari otot-otot pernafasan disebabkan karena

1. Adanya perintah dari pusat pernafasan (medula oblongata) pada otak.
2. Medula oblongata terdiri dari sekelompok neuron inspirasi dan ekspirasi.
3. Eksitasi neuron-neuron inspirasi akan dilanjutkan dengan eksitasi pada neuron-neuron ekspirasi serta inhibisi terhadap neuron-neuron inspirasi sehingga terjadilah peristiwa inspirasi yang diikuti dengan peristiwa ekspirasi.
4. Area inspirasi dan area ekspirasi ini terdapat pada daerah berirama medula (medulla rithmicity) yang menyebabkan irama pernafasan berjalan teratur dengan perbandingan 2 : 3 (inspirasi : ekspirasi).

Ventilasi dipengaruhi oleh :

1. Kadar oksigen pada atmosfer
2. Kebersihan jalan nafas
3. Daya recoil & complience (kembang kempis) dari paru-paru
4. Pusat pernafasan

Fleksibilitas paru sangat penting dalam proses ventilasi. Fleksibilitas paru dijaga oleh surfaktan. Surfaktan merupakan campuran lipoprotein yang dikeluarkan sel sekretori alveoli pada bagian epitel alveolus dan berfungsi menurunkan tegangan permukaan alveolus yang disebabkan karena daya tarik menarik molekul air & mencegah kolaps alveoli dengan cara membentuk lapisan monomolekuler antara lapisan cairan dan udara.

Energi yang diperlukan untuk ventilasi adalah 2 – 3% energi total yang dibentuk oleh tubuh. Kebutuhan energi ini akan meningkat saat olah raga berat, bisa mencapai 25 kali lipat.