Sistem Pernapasan pada Manusia

Setiap sel di tubuh memerlukan O2 untuk respirasi dan membuang CO2 sebagai sisa metabolisme. Namun, tidak semua sel memiliki akses untuk mempertukarkan gas-gas tersebut ke lingkungan. Pada dasarnya pernapasan merupakan serangkaian pengambilan oksigen melalui alat pernapasan dan pengeluaran sisa oksidasi yang berupa karbon dioksida dan uap air. Paru-paru merupakan organ terbesar pada sistem pernapasan. Paru-paru memiliki peranan yang sangat penting dalam proses pernapasan karena merupakan tempat pertukaran gas oksigen (O2) dan karbon dioksida (CO2).

Pernapasan meliputi proses inspirasi dan ekspirasi. Inspirasi adalah pemasukan udara luar ke dalam tubuh melalui alat-alat pernapasan. Ekspirasi merupakan pengeluaran udara pernapasan dari alat pernapasan. Pada beberapa makhluk hidup tingkat tinggi seperti hewan vertebrata dan manusia, masuknya oksigen ke dalam tubuh terjadi melalui perantaraan alat-alat pernapasan. Proses respirasi berlangsung dalam tiga tahap, antara lain berikut ini.

1. Respirasi Eksternal. Respirasi eksternal adalah proses pertukaran oksigen dan karbon dioksida antara udara di atmosfer dan udara di dalam paru-paru. Hal ini berlaku pada hewan yang hidup di darat. Bagi hewan-hewan yang hidupnya di air, respirasi eksternal merupakan proses pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida antara udara di dalam medium air dan udara dalam insang.
2. Pengangkutan Gas Oksigen dan Karbon Dioksida. Pengangkutan atau transportasi gas terdiri atas dua proses, yaitu transportasi oksigen dari kapiler paru-paru atau kapiler insang diedarkan ke seluruh sel-sel organisme dan transportasi karbon dioksida dari sel-sel organisme ke kapiler paru-paru atau insang.
3. Respirasi Internal. Oksigen yang diperoleh dari lingkungan digunakan pada proses pembakaran untuk menghasilkan energi, sedangkan sebagai hasil sampingannya adalah karbon dioksida yang harus dikeluarkan dari tubuh. Proses respirasi internal sering kali disebut sebagai respirasi seluler, karena proses respirasi ini terjadi di dalam sel, yaitu di dalam sitoplasma dan mitokondria.

1. Organ Pernapasan

Udara, terutama oksigen masuk ke dalam tubuh melalui alat-alat pernapasan yang terdiri atas rongga hidung, trakea, bronkus, dan alat paru-paru.

1. Rongga hidung. Di dalam rongga hidung dilapisi selaput lendir (mukosa) dan banyak ditumbuhi rambut-rambut halus sehingga udara yang masuk ke hidung sebelum masuk trakea disaring terlebih dahulu dan mengeluarkan partikel-partikel yang tersaring. rongga hidung memiliki fungsi, yaitu: menyaring udara yang masuk hidung; menghangatkan udara sehingga udara dari luar akan sama suhunya dengan tubuh; dan melembapkan udara.
2. Trakea (batang tenggorokan). Trakea dibentuk oleh tulang tulang rawan yang berbentuk cincin yang terdiri atas 15 - 20 cincin. Bagian dalam trakea terdapat sel-sel epitel bersilia yang mempunyai fungsi untuk mengeluarkan benda asing yang masuk ke alat pernapasan bersama udara.
3. Bronkus (cabang batang tenggorokan). Bronkus adalah saluran yang menghubungkan trakea dengan paru-paru. Bronkus di dalam paru-paru bercabang-cabang yang semakin kecil disebut bronkiolus.
4. Paru-paru (pulmo). Paru-paru diselubungi suatu kantong berselaput, yaitu pleura parietalis dan pleura viseralis. Paru-paru terdiri atas paru-paru kiri dan paru-paru kanan. Paru-paru kiri terdiri atas dua lobus, sedangkan paru-paru kanan terdiri atas tiga lobus. Bronkiolus bercabang-cabang lagi menjadi lebih kecil dan berakhir pada kantong-kantong udara yang disebut alveolus. Alveolus merupakan tempat pertukaran oksigen dengan karbon dioksida. Jumlah alveolus 300 juta buah, dengan luas jika dibentangkan sekitar 70 m2. Dengan keadaan luas paru-paru seperti itu, maka respirasi menjadi lebih efisien dan perolehan oksigen akan menjamin hidup manusia.

2. Mekanisme Pernapasan Manusia

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. 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.

a. Inspirasi

1. Otot-otot antartulang rusuk berkontraksi menggerakkan rongga dada sehingga naik dan mengembang.
2. Diafragma berkontraksi dan mendatar.
3. Kedua mekanisme tersebut akan menaikkan volume kapasitas pleura dan menurunkan tekanannya.
4. Udara luar masuk ke dalam paru-paru.

 b. Ekspirasi

1. Otot antartulang rusuk berelaksasi dan rongga dada turun dan mengempis.
2. Diafragma berelaksasi dan melengkung (diafragma dalam keadaan normal melengkung).
3. Volume dalam rongga pleura menurun, sehingga tekanannya meningkat. 4) Udara ke luar dari paru-paru.

Dalam pernapasan terjadi proses inspirasi dan ekspirasi. Berdasarkan proses ini, pernapasan pada manusia dibedakan menjadi dua macam, yaitu pernapasan dada dan pernapasan perut.

1. Pernapasan dada Pada pernapasan dada melibatkan otot antartulang rusuk (interkortalis). Saat inspirasi (udara dihirup), otot interkostalis berkontraksi → tulang rusuk terangkat → rongga dada membesar → tekanan udara dalam dada (toraks) menurun → paru-paru mengembang → tekanan udara dalam paru-paru lebih rendah daripada tekanan luar sehingga udara masuk ke paru-paru. Saat ekspirasi (udara diembuskan), otot interkostalis berelaksasi → tulang rusuk turun → rongga dada mengecil → tekanan udara dalam torak meningkat → paru-paru mengempis → tekanan udara dalam paru-paru lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan udara luar sehingga udara keluar dari paru-paru.
2. Pernapasan perut. Dalam pernapasan perut, otot yang terlibat adalah otot diafragma. Saat inspirasi, otot diafragma berkontraksi → diafragma menjadi datar → rongga dada membesar → paruparu mengembang → tekanan udara dalam paru-paru lebih rendah daripada tekanan udara luar sehingga udara masuk ke paru-paru. Saat ekspirasi, otot diafragma berelaksasi → diafragma melengkung ke arah rongga dada → rongga dada mengecil → paru-paru mengempis → tekanan dalam paru-paru lebih tinggi dari tekanan udara luar sehingga udara keluar dari paru-paru.

3. Volume Udara Pernapasan

Setiap orang memiliki volume udara yang berbeda-beda. Hal ini dipengaruhi oleh ukuran paru-paru, cara bernapas, dan kekuatan orang dalam bernapas. Untuk orang dewasa, volume paru-paru rata-rata 5 - 6 liter.

• 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.

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.

Frekuensi paru-paru merupakan kecepatan bernapas. Frekuensi pernapasan pada setiap orang berbeda-beda. Frekuensi pernapasan ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

1. Jenis kelamin. Secara umum, laki-laki lebih banyak membutuhkan oksigen dibandingkan perempuan, karena laki-laki memiliki aktivitas lebih tinggi dibandingkan perempuan sehingga energinya pun lebih banyak dibutuhkan.
2. Saat seseorang dalam masa pertumbuhan lebih banyak memerlukan energi dan oksigen dibandingkan pada usia lanjut.
3. Suhu tubuh. Metabolise tubuh akan meningkat saat suhu tubuh menurun. Metabolisme tubuh ini berfungsi untuk menghasilkan panas sehingga membutuhkan oksigen lebih banyak.
4. Posisi tubuh. Saat orang tidur dan sedang berdiri berbeda dalam kebutuhan oksigen. Orang yang berdiri lebih banyak membutuhkan oksigen dibandingkan dengan posisi tidur.
5. Aktivitas. Orang yang memiliki aktivitas tinggi, frekuensi pernapasan lebih cepat dan oksigen dibutuhkan lebih banyak. Hal ini disebabkan, karena metabolisme meningkat untuk menghasilkan energi.

4. Mekanisme Pertukaran Oksigen dan Karbondioksida

Pertukaran gas antara oksigen dan karbon dioksida terjadi di alveolus dan di sel jaringan tubuh melalui proses difusi. Oksigen akan berdifusi masuk ke darah dalam kapiler darah yang menyelubungi alveolus. Kemudian, oksigen akan diikat oleh hemoglobin. Hemoglobin adalah zat warna merah pada sel darah merah.

Difusi bergantung pada perbedaan dalam kualitas yang disebut tekanan parsial. Pada waktu tekanan udara luar suatu atmosfer (760 mmHg), besarnya tekanan oksigen paru-paru 150 mmHg, di arteri 100 mmHg, di vena 40 mmHg, dan di jaringan 40 mmHg, sehingga oksigen dapat berdifusi ke sel-sel jaringan tubuh. Proses difusi berlangsung sederhana, yaitu hanya dengan gerakan molekul-molekul secara bebas melalui membran sel dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.

Kemudian oksigen diangkut oleh plasma darah dan hemoglobin (Hb). Oksigen yang diangkut hemoglobin dalam bentuk oksihemoglobin dan oksimioglobin. Makin tinggi tekanan parsial oksigen di alveolus, maka semakin banyak oksigen yang terikat oleh hemoglobin. Sementara hanya 2-3% oksigen yang larut ke dalam plasma darah. Karbon dioksida berdifusi ke aliran darah karena perbedaan tekanan darah.

Hemoglobin akan mengangkut oksigen ke jaringan tubuh yang kemudian akan berdifusi masuk ke sel-sel tubuh untuk digunakan dalam proses respirasi. Proses difusi ini terjadi karena tekanan parsial oksigen pada kapiler tidak sama dengan tekanan parsial oksigen di sel-sel tubuh. Di dalam sel-sel tubuh, oksigen digunakan untuk proses respirasi di dalam mitokondria. Hasil dari respirasi menghasilkan karbon dioksida dan dibawa ke dalam kapiler vena melalui difusi.

Tekanan karbon dioksida dalam jaringan 60 mmHg, dalam vena 47 mmHg, dalam arteri 41 mmHg, dan di dalam alveolus 35 mmHg. Dalam keadaan biasa, tubuh kita menghasilkan 200 ml karbon dioksida per hari. Karbon dioksida diangkut oleh tiga cara, yaitu:

1. Karbon dioksida larut dalam plasma, dan membentuk asam karbonat dengan enzim anhidrase (7% dari seluruh karbon dioksida).
2. Karbon dioksida terikat pada hemoglobin dalam bentuk karbomino hemoglobin (23% dari seluruh karbon dioksida).
3. Karbon dioksida terikat dalam gugus ion bikarbonat melalui proses berantai pertukaran klorida (70% dari seluruh karbon dioksida).

5. Gangguan pada Sistem Pernapasan

Bernapas merupakan proses kontak langsung antara tubuh bagian dalam dan udara luar. Berikut akan dijelaskan beberapa kelainan yang dapat mengganggu saluran pernapasan.

1. Kanker paru-paru. Kebanyakan kanker paru-paru disebabkan oleh polusi udara yang sifatnya langsung, seperti limbah industri dan asap rokok, misalnya bagi para perokok. Polutan yang dapat menyebabkan kanker, di antaranya CO, NO2, H2SO4, HCO, asbestos, dan banyak lagi yang lainnya.
2. Pneumonia. Penyakit ini disebabkan oleh infeksi bakteri, jamur, dan virus. Kuman-kuman tersebut menyerang dinding alveolus.
3. Laringitis, yaitu penyakit radang pada laring yang disebabkan iritasi atau infeksi. Iritasi pada laring biasanya diakibatkan asap rokok. Jika radang mencapai pita suara, penderitanya akan kehilangan suara.
4. Asma. Penyakit ini bersifat kronis dan menurun, sebagai akibat menyempitnya bronki dan bronkiolus sehingga jumlah udara yang masuk di bawah batas minimal. Asma akan kambuh oleh alergi terhadap beberapa jenis makanan atau partikel di udara seperti serbuk sari bunga dan debu.
5. Bronkitis. Merupakan radang tenggorokan (bronki) yang disebabkan infeksi bakteri yang menyerang selaput epitel bronki.
6. Pleuritis. Merupakan radang pada pleura di sekeliling paru-paru. Jika radangnya sangat parah, udara paruparu akan keluar menuju rongga antara pleura.
7. Emfisema. Penyakit ini ditandai dengan gejala hilangnya elastisitas paru-paru karena terendam cairan atau terkikisnya sekat antara alveoli yang menimbulkan luas permukaan membran berkurang. Akibatnya, udara yang dihirup sedikit sekali. Gejala yang ditimbulkan berupa sulit bernapas dan sangat sakit. Emfisema akan terjadi pada setiap orang sejalan dengan bertambahnya usia, dan akan terjadi lebih dini pada para perokok dan orang-orang yang bermukim di lingkungan yang mengalami polusi cukup berat.
8. Mimisan. Perdarahan pada hidung sebagai akibat pecahnya kapiler darah sampai ke permukaan jaringan epitel rongga hidung.
9. TBC. Penyakit ini disebabkan oleh infeksi bakteri Mycobacterium tuberculosa. Bakteri ini menular melalui udara inspirasi, kemudian merusak jaringan paruparu. Keadaan dengan risiko penyakit TBC antara lain nutrisi yang buruk, usia yang sudah tua, hidup di tempat yang berdempetan, dan sosio-ekonomi yang rendah. Gejala-gejalanya berupa berat badan menurun secara drastis, lesu, batukbatuk berdahak kadang berdarah, sesak napas, sakit dada, dan sering berkeringat di malam hari.
10. Emboli. Emboli adalah gumpalan darah yang menyumbat kapiler di paru-paru. Penyumbatan dapat menyebabkan aliran darah yang membawa oksigen dan karbon dioksida terhambat. Emboli paru-paru dapat terjadi jika seseorang terkena serangan jantung, keracunan, overdosis obat, atau tersengat listrik. Bagi penderita dapat berakibat fatal.