Sistem Pernapasan

Erga Syafitri, M.Si., Apt.

FA2141 : Anatomi dan Fisiologi Manusia

Topik Bahasan

• Anatomi Fungsional Saluran Pernapasan

• Mekanisme Pernapasan (Ventilasi Pulmonar)

• Pertukaran Gas

• Transport Gas Melalui Darah

• Pengendalian Respirasi

• Masalah Pernapasan

Fungsi Sistem Pernapasan

• Fungsi Nonrespiratorik • Menyediakan jalan untuk mengeluarkan air dan

panas

• Meningkatkan aliran balik vena

• Memelihara keseimbangan asam basa normal

• Memungkinkan kita berbicara, menyanyi dan vokalisasi lain

• Mengeluarkan, memodifikasi, mengaktifkan, atau menginaktifkan berbagai bahan yang mlewati sirkulasi paru-paru

Fungsi utama sistem pernapasan mengambil oksigen (O2) dari atmosfer ke dalam sel-sel tubuh dan untuk mentranspor karbon dioksida (CO2) yang dihasilkan sel-sel tubuh kembali ke atmosfer.

Proses Respirasi • 4 proses respirasi :

• Ventilasi pulmonar (pernapasan) jalan masuk dan kelaur udara dari saluran pernapasan dan paru-paru

• Respirasi eksternal difusi O2 dan CO2 antara udara dalam paru-paru dan kapiler pulmonar (alveolus)

• Respirasi internal difusi O2 dan CO2 antara sel darah dan sel-sel jaringan

• Respirasi seluler penggunaan O2 oleh sel sel tubuh untuk produksi energi, dan pelepasan produk oksidasi (CO2 dan air) oleh sel sel tubuh

Anatomi Fungsional Saluran Pernapasan

• Organ sistem respirasi secara fungsional dibagi menjadi 2, yaitu :

1. struktur-struktur zona penghubung (hidung sampai bronkhiol) untuk menyaring, menghangatkan, dan melembabkan udara masuk

2. struktur-struktur zona respirasi (bronkhiol respirasi sampai alveoli) tempat berlangsungnya pertukaran gas.

Rongga Hidung dan Nasal • Hidung tersusun dari tulang rawan hialin

dan jaringan fibroareolar.

• Kulit bagian dalam hidung mengandung rambut-rambut halus (vibrissae)

• Bagian dalam rongga nasal dilapisi oleh membran mukosa bersilia (eptelium respiratorik.

• Fungsi hidung : • Menyaring partikel, oleh rambut-rambut halus

dan lapisan mukosa bersilia.

• Melembabkan dan menghangatkan udara yang masuk.

• Mematikan kuman, terdapat dalam selaput lendir mukosa.

• Sebagai indra penciuman, oleh sel-sel olfaktori

Faring • Tabung muskular berukuran

12,5 cm yang merentang dari bagian dasar tulang tengkorak sampai esofagus

• Fungsi : menyediakan saluran bagi udara yang keluar masuk dan menyediakan ruang dengung (resonansi) untuk suara percakapan

• Ada 3 bagian faring, yaitu : • Nasofaring (di belakang hidung) • Orofaring (di belakang mulut) • Laringofaring (di belakang laring)

Laring • Tabung pendek yang

dikelilingi tulang rawan (kartilago) dan terletak di antara faring dan trakea.

• Fungsi : menghasilkan suara, sebagai tempat keluar masuk udara, dan bertindak sebagai penghalang (epiglotis).

• Epiglotis merupakan kartilago yang terletak di ujung bagian pangkal laring.

Trakea (Pipa Udara) • Tabung dengan panjang 10-12 cm

dan diameter 2,5 cm dan terletak di atas permukaan anterior esofagus

• Terdapat 16-20 cincin kartilago berbentuk C sebagai penyusun trakea dan dihubungkan oleh jaringan ikat dan otot memungkinkan ekspansi

• Di bagian dalam saluran dilapisi oleh epitelium respiratorik bersilia dan memiliki banyak sel goblet.

• Fungsi : saluran penghubung pernapasan bagian atas dan paru-paru

Percabangan Bronkus • Bronkus primer (utama) terbagi

menjadi bronkus primer kanan dan kiri.

• Setiap bronkus primer bercabang 9-12 kali untuk membentuk bronki sekunder dan tersier dengan diameter lebih kecil

• Bronki disebut ekstrapulmonar sampai memasuki paru-paru, setelah itu disebut intrapulmonar

Urutan percabangan bronkial : Bronki – bronkiolus – bronkiolus terminal – bronkiolus respiratorik – duktus alveolar - alveoli

Paru-paru • Terletak dalam rongga toraks • Paru-paru kanan memiliki 3 lobus, paru-

paru kiri memiliki 2 lobus • Fungsi : tempat pertukaran O2 dan CO2

(alveolus) • Mediastinum : ruang di dalam rongga

dada antara kedua paru-paru • Pleura membran penutup yang

membungkus setiap paru-paru • Pleura parietal : melapisi rongga toraks • Pleura viseral : melapisi paru dan

bersambungan dengan pleura parietal • Rongga pleura : ruang antara pleura parietal

dan viseral berisi cairan pelumas

Alveolus

• Berada di ujung percabangan bronkus yang disebut alveolar sacs atau alveolar ducts

• Setiap alveolus dikelilingi oleh pembuluh kapiler tempat terjadinya difusi gas

• Terdapat sekitar 300 juta alveolus di paru-paru

Mekanisme Pernapasan (Ventilasi Pulmonar)

• Pernapasan adalah proses inspirasi (inhalasi) udara ke dalam paru-paru dan ekspirasi (ekshalasi) udara dari paru-paru ke lingkungan luar tubuh

• Tekanan intrapulmonar (Intra-alveolar) adalah tekanan di dalam alveoli

• Tekanan intrapleural adalah tekanan di dalam rongga pleura

• tekanan intrapleural selalu negatif terhadap tekanan intrapulmonar dan tekanan atmosfir.

• Sebelum inspirasi dimulai, tekanan atmosfer (760 mmHg) sama dengan tekanan intrapulmonar.

Inspirasi

• Otot-otot inspirasi memperbesar rongga toraks dan meningkatkan volume nya

• Inspirasi membutuhkan kontraksi otot dan energi

• Diafragma relaksasi : berbentuk kubah, kontraksi : memipih, memperbesar rongga toraks ke arah inferior

• Otot interkostal eksternal mengangkat iga ke atas dan ke depan saat berkontraksi memperbesar rongga toraks ke arah anterior dan superior

• Volume meningkat tekanan intrapulmonar turun udara masuk ke paru-paru sampai tekanan intrapulmonar dan tekanan atmosfir sama.

Inspirasi

Ekspirasi

• Otot-otot ekspirasi menurunkan volume rongga toraks

• Pernapasan tenang Ekspirasi dipengaruhi oleh relaksasi otot dan disebut proses pasif --> terjadi begitu otot-otot inspirasi berelaksasi dan paru-paru kembali ke semula. Bila tekanan intrapulmonar melebihi tekanan atmosfir, udara keluar dari paru-paru.

• Pernapasan dalam otot iterkostal internal menarik kerangka iga ke bawah dan otot abdomen berkontraksi mendorong isi abdomen menekan diafragma

Ekspirasi

Faktor Fisik yang Mempengaruhi Ventilasi Pulmonar

• Friksi pada jalan udara menyebabkan resistensi, yang mengurangi lewatnya udara dan membuat gerakan pernafasan menjadi lebih sulit. Hambatan terbesar terhadap aliran udara terjadi pada bronkhus berukuran sedang.

• Tegangan permukaan cairan alveolar bekerja mengurangi ukuran alveoli dan membuat alveoli kolaps (mengempis). Kecenderungan ini dicegah dengan adanya surfaktan.

• Lung compliance (kemudahan paru-paru untuk mengembang) tergantung dari elastisitas jaringan paru-paru dan fleksibilitas rongga toraks. Bila salah satunya rusak, ekspirasi menjadi suatu proses aktif, yang memerlukan energi.

Volume dan Kapasitas Paru-paru • Volume tidal (VT) volume udara yang masuk dan keluar paru-

paru selama ventilasi normal biasa. Laki-laki : 500 mL, perempuan : 380 mL

• Volume cadangan inspirasi (VCI) volume udara ekstra yang masuk ke paru-paru dengan inspirasi maksimum di atas inspirasi tidal.

Laki-laki : 3100 mL, perempuan : 1900 mL • Volume cadangan ekspirasi (VCE) volume ekstra udara yang

dapat dengan kuat dikeluarkan pada akhir ekspirasi tidal normal. Laki-laki : 1200 mL, perempuan : 800 mL

• Volume residual (VR) volume udara sisa dalam paru-paru setelah melakukan ekspirasi kuat.

Laki-laki : 1200 mL, perempuan : 1000 mL

Volume dan Kapasitas Paru-paru • Kapasitas residual fungsional (KRF) jumlah udara sisa dalam sistem

respiratorik setelah ekspirasi normal. Nilai rata-rata : 2200 mL

KRF = VR + VCE

• Kapasitas Inspirasi (KI) penambahan volume tidal dan volume cadangan inspirasi. Nilai rata-rata : 3500 mL

KI = VT + VCI

• Kapasitas Vital (KV) jumlah udara maksimal yang dapat dikelaurkan dengan kuat setelah inspirasi maksimum. Nilai rata-rata : 4500 mL

KT = VT + VCI + VCE

• Kapasitas Total Paru (KTP) jumlah udara yang dapat ditampung dalam paru-paru. Nilai rata-rata 5700 mL

KTP = KV + VR

Spirografik

Kuasai betul2 pengertian2 di atas, OK!

Ventilasi Pulmonar (Volume Pernapasan)

• Volume udara yang dihirup dan dihembuskan dalam satu menit

• Setara dengan volume tidal dikalikan kecepatan pernapasan

• Nilai rata-rata : 12 kali per menit

Ventilasi Pulmonar (mL/menit) = VT (mL/napas) x laju respirasi (napas/menit)

• Forced vital capacity (FVC): jumlah udara yang dikeluarkan bila seseorang menarik nafas dalam dan kemudian menghembuskannya kuat-kuat dan secepat-cepatnya;

• Forced expiratory volume (FEV)/Volume ekspirasi kuat (VEK) : jumlah udara yang dihembuskan selama interval waktu tertentu pada uji FVC. • FEV/VEK yang dihitung biasanya

dalam 1 detik FEV1/VEK1

Pengujian FVC dan FEV menentukan laju kapasitas vital, yang dapat membedakan penyakit obstruktif dan restriktif.

Nilai normal FEV1/VEK1 = 80% KV

Angka Ventilasi Alveolar • Volume udara baru yang masuk alveolar per menit

AVR(ml/men) = (VT-dead space anatomik)(ml/nafas) x laju respirasi(nafas/men)

• Dead space anatomik : udara yang mengisi jalan udara penghantar (hidung, faring, trakea, bronki, dan bronkiolus) dan tidak berpartisipasi dalam pertukaran gas (Rata-rata : 150 mL)

• Jika VT rata-rata 500 mL, maka hanya tersisa 350 mL udara baru pernapas.

• Volume dead space anatomik bertambah bila alveoli menjadi tidak berfungsi dalam pertukaran gas, dan jumlahnya menjadi dead space total

Pertukaran Gas

Pertukaran Gas

Sel tipe I (squamus epitelium) terlibat dalam proses pertukaran udara, tipis dan dilapisi kapiler

Makrofag (alveolar macrophage) melawan zat asing dan mikroba

Sel tipe II (surafctant secreting cell) mensekresikan surfaktan

• Pertukaran gas animasi

Faktor yang mempengaruhi difusi gas

Ketebalan membran respirasi

• Edema dalam ruang interstisial atau infiltrasi fibrosa akibat penyakit pulmonar mengurangi difusi

Area permukaan membran respirasi

• Emfisema permukaan untuk pertukaran gas berkurang gangguan pertukaran

Solubilitas gas dalam membran respirasi

• Solubilitas CO2 20 kali lebih besar dari O2 CO2 berdifusi melalui membran 20 kali lebih cepat dari O2

Transport Gas Melalui Darah

• 97% oksigen dalam darah berikatan dengan hemoglobin, 3% sisanya larut dalam plasma

• 1 molekul hemoglobin mengikat 4 molekul oksigen dan bersifat reversibel oksihemoglobin

• Kejenuhan oksigen darah rasio antara volume oksigen aktual yang terikat pada hemoglobin dan kapasitas oksigen

Kejenuhan oksigen = 𝑘𝑎𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛

𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛 x 100

• Kejenuhan oksigen dibatasi oleh jumlah hemoglobin atau PO2

Transport Oksigen

Kurva disosiasi oksigen-

hemoglobin

Kurva berbentuk S (sigmoid)

karena kapasitas pengisian oksigen

pada hemoglobin (afinitas

pengikatan oksigen) bertambah jika

jumlah oksigen yang terikat

bertambah PO2 bertambah

sampai batas maksimum yang bisa

diikat hemoglobin telah jenuh

oleh oksigen

Hemoglobin dikatakan 97% jenuh

pada PO2 100 mmHg alveoli

Faktor yang

mempengaruhi

kurva dissosiasi

oksigen

hemoglobin

Transport Gas Melalui Darah

• 7-8% karbon dioksida larut dalam plasma

• 25% berikatan pada gugus amin bagian globin dari hemoglobin membentuk karbaminohemoglobin (reversibel tidak kuat)

• Sebagian besar karbon dioksida dibawa dalam bentuk bikarbonat dalam plasma

Transport Karbon Dioksida

• Dalam jaringan CO2 tinggi reaksi bergeser ke kanan,

• Dalam paru CO2 rendah reaksi ke kiri

• Ion hidrogen bermuatan positif berikatan dengan hemoglobin dalam sel darah merah untuk meminimai perubahan pH

Hipoksia terjadi bila jumlah oksigen yang diangkut ke

dalam tubuh tidak mencukupi. Bila hal ini

terjadi, kulit dan mukosa menjadi biru.

Akumulasi CO2 akan menyebabkan asidosis,

sedangkan berkurangnya CO2 dari darah

menyebabkan alkalosis.

Kontrol Respirasi

• 2 mekanisme saraf yang terpisah :

• Sistem volunter berasal dari korteks serebral, mengendalikan pernapasan saat melakukan aktivitas seperti berbicara dan makan

• Sistem involunter terletak di bagian medula dan batang otak, mengatur respirasi sesuai kebutuhan metabolik tubuh

Pusat respiratorik medular neuron inspirasi dan ekspirasi

Kendali Syaraf

Neuron inspirasi

terletak dalam medula dorsal

(Dorsal Respiratory Group/DRG)

Berujung pada otot inspirasi

Neuron ekspirasi

Terletak dalam medula ventral

(Ventral Respiratory Group/VRG)

Berujung pada otot interkostal

internal dan abdominal

• Pusat Respirasi Batang Otak (pons) • Pusat Penumotaksis

membatasi durasi inspirasi, meningkatkan frekuensi respirasi pernapasan dangkal dan cepat

• Pusat apneustik mengirim impuls stimulasi ke area inspirasi mengaktifkan dan memperpanjang inhalasi

Jalur kendali ritme respirasi

Syaraf frenikus

Syaraf Interkostalis

• Refleks respiratorik :

•Reseptor peregang dalam otot polos paru-paru

•Mengirim impuls penghambat sepanjang serabut vagus aferen menuju neuron inspirasi medular

•Mencegah overinflasi paru-paru saat olahraga berat

Refleks inflasi (Refleks Hering-Breuer, refleks

vagal)

•Berkas otot dalam otot respirasi

•Memantau panjang serabut otot

•Pemendekan serabut medula spinalis memperbesar kontraksi

Refleks spinal

•Reseptor pernapasan bagian atas

•Asap, uap, debu

•Mengakibatkan batuk dan bersin Iritasi

•Sistem syaraf pusat dari persendian dan tendon

•Membantu mengatur respirasi saat berolahraga

Input proprioseptor

Kontrol Respirasi

• Kemoreseptor mendeteksi perubahan kadar oksigen, karbon dioksida, dan ion hidrogen dalam darah arteri dan cairan serebrospinalis

Kendali Kimiawi

Kemoreseptor sentral

•Neuron yang terletak di permukaan ventral lateral medula

•Peningkatan kadar CO2 dalam darah arteri peningkatan frekuensi dan kedalaman respirasi

Kemoreseptor perifer

•Terletak di badan aorta dan karotid pada sistem arteri

•Merespon perubahan konsentrasi oksigen dalam darah

•Badan aorta merespon pada oksigen yang terikat pada hemoglobin, karotid merespon pada oksigen terlarut dalam plasma

Zat kimia dan persyarafan yang mempengaruhi

pusat respirasi

Masalah Pernapasan

Hipokapnia

•Penurunan kadar CO2 dalam darah, akibat hiperventilasi dan penghembusan CO2

•Menyebabkan alkalosis (jumlah bikarbonat berlebih dalam darah)

Penyakit pulmonar obstruktif menahun (PPOM)

•Penyakit akibat paparan polusi atau rokok terus menerus

•Bronkitis kronik, emfisema, PPOK

Asfisia (sufokasi

•Kondisi hipoksia dan hiperkapnia akibat ketidakcukupan ventilasi pulmonar

Masalah Pernapasan

Asma

• Meningkatnya reaksi trakhea dan bronkus disertai dengan penyempitan luas saluran nafas bagian bawah

• Stimulus fisik, kimia, farmakologi mediator inflamasi

Hipoksia (anoksia)

• Defisiensi oksigen dalam jaringan dan organ

• Penyebab : insufisiensi oksigen dalam atmosfer, anemia, gangguan sirkulasi darah, penyakit paru, keberadaan zat toksik

• CO zat toksik yang mengikat hemglobin lebih besar 320 kali dibandingkan oksigen

Hiperkapnia

• Peningkatan kadar CO2 dalam cairan tubuh

• Menyebabkan asidosis

Masalah Pernapasan

Kanker paru (Karsinoma pulmonar)

• Penyebab utama merokok

Tuberkulosis

• Penyakit yang disebabkan oleh bakteri yang dapat menjangkit semua jaringan tubuh

• Paling umum terlokalisasi di paru-paru

Penumonia

• Proses inflamasi infeksius akut alveoli penuh terii cairan

• Disebabkan oleh bateri, jamur, protozoa, virus atau zat kimia

TERIMA KASIH