BIOLOGI SMA

Udara dari luar akan masuk lewat rongga hidung (cavum nasalis). Rongga hidung berlapis selaput lendir. Selaput lendir berfungsi menangkap benda asing yang masuk lewat saluran pernapasan. Selain itu, terdapat juga rambut pendek dan tebal yang berfungsi menyaring partikel kotoran yang masuk bersama udara. Juga terdapat konka yang mempunyai banyak kapiler darah yang berfungsi menghangatkan udara yang masuk. Jadi, rongga hidung berfungsi untuk: menyaring udara, melembapkan udara, dan memanaskan udara.

Udara dari rongga hidung masuk ke faring. Faring berbentuk seperti tabung corong, terletak di belakang rongga hidung dan mulut, dan tersusun dari otot rangka. Faring berfungsi sebagai jalannya udara dan makanan. Faring merupakan percabangan 2 saluran, yaitu saluran pernapasan ( nasofaring) pada bagian depan dan saluran pencernaan ( orofaring) pada bagian belakang.

Laring terletak antara faring dan trakea. Laring tersusun atas sembilan buah tulang rawan. Bagian dalam dindingnya digerakkan oleh otot untuk menutup serta membuka glotis. Glotis adalah lubang mirip celah yang menghubungkan trakea dengan faring. Laring memiliki katup yang disebut epiglotis. Pada saat menelan makanan, epiglotis tertutup sehingga makanan tidak masuk ke tenggorokan tetapi menuju kerongkongan. Makan sambil berbicara dapat mengakibatkan makanan masuk ke saluran pernapasan karena saluran pernapasan pada saat tersebut sedang terbuka. Walaupun demikian, saraf kita akan mengatur agar peristiwa menelan, bernapas, dan berbicara tidak terjadi bersamaan sehingga mengakibatkan gangguan kesehatan.

Di dalam laring, selain terdapat epiglotis juga ditemukan adanya pita suara. Masuknya udara melalui faring akan menyebabkan pita suara bergetar dan terdengar sebagai suara.

Tenggorokan berupa pipa yang panjangnya ± 10 cm, terletak sebagian di leher dan sebagian di rongga dada. Dinding tenggorokan tipis dan kaku, dikelilingi oleh cincin tulang rawan, dan pada bagian dalam rongga bersilia. Silia-silia ini berfungsi menyaring benda-benda asing yang masuk ke saluran pernapasan.

Tenggorokan ( trakea) bercabang menjadi dua bagian, yaitu bronkus kanan dan bronkus kiri. Struktur lapisan mukosa bronkus sama dengan trakea, hanya tulang rawan bronkus bentuknya tidak teratur dan pada bagian bronkus yang lebih besar cincin tulang rawannya melingkari lumen dengan sempurna. Bronkus bercabang-cabang lagi menjadi bronkiolus. Dinding bronkiolus tipis dan tidak bertulang rawan.

Paru-paru terletak di dalam rongga dada bagian atas. Di bagian samping paru-paru dibatasi oleh otot dan rusuk, sedangkan di bagian bawah dibatasi oleh diafragma yang berotot kuat. Diafragma adalah sekat rongga badan yang membatasi rongga dada dan rongga perut. Paru-paru ada dua bagian yaitu paru-paru kanan ( pulmo dekster) yang terdiri atas 3 lobus dan paru-paru kiri ( pulmo sinister) yang terdiri atas 2 lobus. Paru-paru dibungkus oleh dua selaput yang tipis, disebut pleura. Selaput bagian dalam yang langsung menyelaputi paru-paru disebut pleura dalam ( pleura visceralis) dan selaput yang menyelaputi rongga dada yang bersebelahan dengan tulang rusuk disebut pleura luar ( pleura parietalis).

Di dalam paru-paru terdapat bronkus dan bronkiolus. Bronkiolus bercabang-cabang menjadi pembuluh halus yang berakhir pada gelembung paru-paru yang disebut alveolus. Dinding alveolus sangat tipis dan elastis, serta terdiri dari satu lapis sel yang diliputi oleh pembuluh-pembuluh kapiler darah. Pada alveolus terjadi pertukaran oksigen dan karbon dioksida.

Pernapasan adalah suatu proses yang terjadi secara otomatis walau dalam keadaan tertidur sekalipun, karena 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. 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.

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

Fase ini berupa berkontraksinya otot antartulang rusuk sehingga rongga dada mengembang.

Pengembangan rongga dada menyebabkan volume paru-paru juga mengembang akibatnya tekanan dalam rongga dada menjadi lebih kecil daripada tekanan di luar sehingga udara luar yang kaya oksigen masuk.

Fase ini merupakan fase relaksasi atau kembalinya otot antartulang rusuk ke posisi semula yang dikuti oleh turunnya tulang rusuk sehingga rongga dada menjadi kecil. Rongga dada yang mengecil menyebabkan volume paru-paru juga mengecil sehingga tekanan di dalam rongga dada menjadi lebih besar daripada tekanan luar. Hal tersebut menyebabkan udara dalam rongga dada yang kaya karbon dioksida keluar.

Pernapasan perut merupakan pernapasan yang mekanismenya melibatkan aktivitas otot-otot diafragma yang membatasi rongga perut dan rongga dada. Mekanisme pernapasan perut dapat dibedakan menjadi dua fase, yakni:

Fase inspirasi merupakan kontraksi otot diafragma sehingga mengembang, akibatnya paru-paru ikut mengembang. Hal tersebut menyebabkan rongga dada membesar dan tekanan udara di dalam paru-paru lebih kecil daripada tekanan udara luar sehingga udara luar dapat masuk ke dalam.

Fase ekspirasi merupakan fase relaksasi otot diafragma (kembali ke posisi semula) sehingga rongga dada mengecil dan tekanan udara di dalam paruparu lebih besar daripada tekanan udara luar, akibatnya udara keluar dari paru-paru.

Kapasitas paru-paru adalah kemampuan paru-paru menampung udara pernapasan. Kapasitas paru-paru dapat diuraikan sebagai berikut:

a. Udara tidal, yaitu udara yang keluar masuk paru-paru pada saat pernapasan biasa. Jumlah volume udaranya sebesar 500 ml.

b. Udara komplementer, yaitu udara yang masih dapat dihirup setelah inspirasi biasa. Besar volume udaranya sekitar 1,5 liter.

c. Udara suplementer, yaitu udara yang masih dapat dikeluarkan setelah melakukan ekspirasi biasa. Besar volume udaranya sekitar 1,5 liter.

d. Kapasitas vital paru-paru, yaitu kemampuan paru-paru untuk melakukan respirasi sekuat-kuatnya atau merupakan jumlah udara tidal, udara komplementer, dan udara suplementer. Jadi besarnya volume kapasitas vital paru-paru kurang lebih 4 liter.

e. Udara residu, yaitu udara yang masih terdapat di dalam paru-paru setelah melakukan respirasi sekuat-kuatnya. Jumlahnya kurang lebih 500 ml.

f. Kapasitas total paru-paru, yaitu seluruh udara yang dapat ditampung oleh paru-paru.

Dalam keadaan normal, volume udara paru-paru manusia mencapai 4.500 cc. Udara ini dikenal sebagai kapasitas total udara pernapasan manusia.

Walaupun demikian, kapasitas vital udara yang digunakan dalam proses bernapas mencapai 3.500 cc, yang 1.000 cc merupakan sisa udara yang tidak dapat digunakan tetapi senantiasa mengisi bagian paru-paru sebagai residu atau udara sisa. Kapasitas vital setiap orang berbeda-beda. Kapasitas vital dapat kalian rasakan saat kalian menghirup napas sedalam mungkin dan kemudian menghembuskanya sekuat mungkin. Cara mengukurnya dapat dilakukan dengan alat spirometer. Spirometer merupakan alat pengukur kapasitas paru-paru seseorang. Perhatikan gambar 6.6. Spirometer yang konvensional terbuat seperti tangki yang memiliki selang. Seseorang yang ingin mengetahui kapasitas paru-parunya dapat menghembuskan napas pada selang. Pada alat yang lebih modern, spirometer telah dihubungkan dengan komputer.

Dalam keadaan normal, kegiatan inspirasi dan ekspirasi dalam bernapas hanya menggunakan sekitar 500 cc volume udara pernapasan (kapasitas tidal ± 500 cc). Kapasitas tidal adalah jumlah udara yang keluar masuk paru-paru pada pernapasan normal. Dalam keadaan luar biasa, inspirasi maupun ekspirasi menggunakan sekitar 1.500 cc udara pernapasan (expiratory reserve volume = inspiratory reserve volume = 1.500 cc). Dengan demikian, udara yang digunakan dalam proses pernapasan memiliki volume antara 500 cc hingga sekitar 3.500 cc. Dari 500 cc udara inspirasi/ ekspirasi biasa, hanya sekitar 350 cc udara yang

Besarnya volume udara pernapasan tersebut dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain ukuran alat pernapasan, kemampuan dan kebiasaan bernapas, serta kondisi kesehatan.

Jumlah oksigen yang diambil melalui udara pernapasan tergantung pada kebutuhan dan hal tersebut biasanya dipengaruhi oleh jenis pekerjaan, ukuran tubuh, serta jumlah maupun jenis bahan makanan yang dimakan. Pekerjapekerja berat termasuk atlit lebih banyak membutuhkan oksigen dibanding pekerja ringan. Hal ini karena pekerja berat lebih banyak memerlukan energi sehingga untuk menghasilkan energi yang banyak, tubuh membutuhkan oksigen yang banyak pula untuk membakar bahan sumber energi. Demikian juga seseorang yang memiliki ukuran tubuh lebih besar, dengan sendirinya membutuhkan oksigen lebih banyak. Seseorang yang memiliki kebiasaan memakan lebih banyak daging akan membutuhkan lebih banyak oksigen daripada seseorang yang memakan sayur-sayuran.

Dalam keadaan biasa, manusia membutuhkan sekitar 300 cc oksigen sehari (24 jam) atau sekitar 0,5 cc tiap menit. Kebutuhan tersebut berbanding lurus dengan volume udara inspirasi dan ekspirasi biasa, kecuali dalam keadaan tertentu saat konsentrasi oksigen udara inspirasi berkurang atau karena hal lain, misalnya konsentrasi hemoglobin darah berkurang. Di dalam proses pertukaran O2 dan CO2, oksigen yang dibutuhkan berdifusi masuk ke darah dalam kapiler darah yang menyelubungi alveolus. Selanjutnya, sebagian besar oksigen diikat oleh zat warna darah atau pigmen darah (hemoglobin) untuk diangkut ke sel-sel jaringan tubuh. Secara sederhana, pengikatan oksigen oleh hemoglobin dapat diperlihatkan menurut persamaan reaksi bolak-balik berikut ini:

Reaksi di atas dipengaruhi oleh kadar O2, kadar CO2, tekanan O2 (P O2), perbedaan kadar O2 dalam jaringan, dan kadar O2 di udara. Proses difusi oksigen ke dalam arteri demikian juga difusi CO2 dari arteri dipengaruhi oleh tekanan O2 dalam udara inspirasi.

Tekanan seluruh udara lingkungan sekitar 1 atmosfer atau 760 mm Hg, sedangkan tekanan O2 di lingkungan sekitar 160 mm Hg. Tekanan oksigen di lingkungan lebih tinggi daripada tekanan oksigen dalam alveolus paru-paru dan arteri yang hanya 104 mm Hg. Oleh karena itu, oksigen dapat masuk ke paru-paru secara difusi.

Dari paru-paru, O2 akan mengalir lewat vena pulmonalis yang tekanan O2 -nya 104 mm Hg; menuju ke jantung. Dari jantung, O2 mengalir lewat arteri sistemik yang tekanan O2 -nya 104 mm Hg menuju ke jaringan tubuh yang tekanan O2 -nya 0 – 40 mm Hg. Di jaringan, O2 ini akan dipergunakan. Dari jaringan, CO2 akan mengalir melalui vena sistemik ke jantung. Tekanan CO2 di jaringan di atas 45 mm Hg, lebih tinggi dibandingkan vena sistemik yang hanya 45 mmHg. Dari jantung, CO2 mengalir lewat arteri pulmonalis yang tekanan O2 -nya sama, yaitu 45 mm Hg. Dari arteri pulmonalis, CO2 masuk ke paru-paru lalu dilepaskan ke udara bebas. Untuk lebih jelasnya perhatikan skema berikut.

Berapa minimal darah yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan oksigen pada jaringan? Setiap 100 mm3 darah dengan tekanan oksigen 100 mm Hg dapat mengangkut 19 cc oksigen. Bila tekanan oksigen hanya 40 mm Hg maka hanya ada sekitar 12 cc oksigen yang bertahan dalam darah vena.

Dengan demikian kemampuan hemoglobin untuk mengikat oksigen adalah 7 cc per 100 mm3 darah. Pengangkutan sekitar 200 mm3 CO2 ke luar tubuh umumnya berlangsung menurut reaksi kimia berikut:

Tiap liter darah hanya dapat melarutkan 4,3 cc CO2 sehingga memengaruhi pH darah menjadi 4,5 karena terbentuknya asam karbonat yang menyebabkan darah bersifat asam. Keasaman tersebut dinetralkan oleh ion-ion natrium dan kalium dalam darah.

Pengangkutan CO2 oleh darah dapat dilaksanakan melalui 3 cara, yakni sebagai berikut:

a. Karbon dioksida larut dalam plasma, dan membentuk asam karbonat dengan enzim anhidrase (7% dari seluruh CO2).

b. Karbon dioksida terikat pada hemoglobin dalam bentuk karbomino hemoglobin (23% dari seluruh CO2).

c. Karbon dioksida terikat dalam gugus ion bikarbonat (HCO3) melalui proses berantai pertukaran klorida (70% dari seluruh CO2). Reaksinya adalah sebagai berikut:

Gangguan terhadap pengangkutan CO2 dapat mengakibatkan munculnya gejala asidosis karena turunnya kadar basa dalam darah. Hal tersebut dapat disebabkan karena keadaan pneumoni. Sebaliknya apabila terjadi akumulasi garam basa dalam darah maka muncul gejala alkalosis.

Energi yang digunakan dalam kegiatan respirasi bersumber dari ATP (Adenosin Tri Fosfat) yang ada pada masing-masing sel. ATP berasal dari bahan-bahan karbohidrat yang diubah menjadi fosfat melalui tiga tahapan. Mula-mula, pada tahap I proses glikolisis oleh enzim glukokinase membentuk piruvat pada siklus glukosa. Kemudian tahap II, yakni siklus Krebs (TCA = Tri Carboxylic Acid Cycle). Kemudian tahap III, yakni tahap sistem transpor elektron. Glikolisis terjadi di sitoplasma, sedangkan siklus Krebs dan sistem transpor elektron terjadi di mitokondria.