Sistem Pernapasan
123
4. Kecepatan Bernapas
Sistem pernapasan tidak terlepas dari pengaturan oleh sistem saraf. Kita dapat menahan napas selama beberapa menit. Namun, kemudian kita akan
merasakan dorongan yang sangat kuat untuk menarik napas. Bagian otak yang berperan dalam mengatur pernapasan adalah bagian
medula oblongata Gambar 7.5. Ketika kandungan O
2
dalam darah sedikit, medula oblongata akan mengirimkan impuls kepada otot tulang rusuk atau
diafragma untuk berkontraksi.
Sensor CO
2
dan O
2
di aorta Sinyal saraf mengindikasi
tingkat CO
2
dan O
2
Kenaikan CO
2
penurunan pH di darah Pusat kontrol pernapasan
Otak Pons varoli
Medula oblongata
Sinyal saraf menyebabkan
kontraksi otot Diafragma
Otot rusuk
Sumber: Concise Encyclopedia ature, 1994
Gambar 7.5
Bagian otak yang berperan dalam mengatur pernapasan
adalah medula oblongata.
Ketika darah banyak mengandung CO
2
, pH darah akan mengalami perubahan. Perubahan pH ini dideteksi oleh medula oblongata. Sebagai
respons, medula oblongata mengirimkan impuls pada otot tulang rusuk untuk berkontraksi lebih cepat atau lebih pendek sehingga volume rongga dada
menjadi lebih besar dan napas menjadi lebih dalam. Dengan demikian, lebih banyak oksigen yang dapat diikat oleh darah dalam kapiler. Selain medula
oblongata, bagian lain dari sistem saraf yang ikut mengatur pernapasan adalah bagian pons varoli di otak.
Pada umumnya, laju pernapasan sesuai dengan laju penambahan karbon dioksida dalam darah atau laju pengurangan oksigen dalam darah dan jaringan.
Hal tersebut dipengaruhi oleh jenis aktivitas. Ketika melakukan aktivitas berat, kita akan terengah-engah. Hal tersebut terjadi karena peningkatan metabolisme
dalam jaringan, terutama otot sehingga terjadi peningkatan kadar karbon dioksida dalam darah.
5. Fase Pertukaran Udara di Jaringan Tubuh dan Paru-paru
Pada prinsipnya, pertukaran gas yang terjadi di jaringan tubuh dan paru- paru terjadi secara difusi mengikuti perbedaan tekanan. Udara yang sampai
alveoli memiliki tekanan O
2
yang lebih tinggi dan tekanan CO
2
yang lebih rendah dibandingkan dengan darah dalam pembuluh arteri yang melewati alveoli.
Jika tekanan udara 1 atmosfer 760 mmHg, dan volume O
2
adalah 21, tekanan parsial O
2
PO
2
di udara bebas adalah 0,21 x 760 mmHg, yaitu sekitar 160 mmHg. Sementara itu, tekanan parsial CO
2
PCO
2
diketahui adalah sekitar 0,23 mmHg. Akibatnya, O
2
dari udara berdifusi melewati epitel alveoli dan kapiler ke dalam darah di dalam kapiler Campbell, 1998: 845.
O
2
O
2
O
2
O
2
Sumber: Biology Concepts
Connections, 2006
Gambar 7.6
Struktur hemoglobin. Hemoglobin dapat mengikat
empat molekul oksigen.
Di unduh dari : Bukupaket.com
Praktis Belajar Biologi untuk Kelas XI
124
Dalam darah, oksigen diikat oleh hemoglobin.
Hemoglobin adalah protein yang terdiri atas hemin dan globin. Hemin memiliki unsur besi Fe yang menjadi
pusat dari molekul hemoglobin. Dalam unsur besi ini, terjadi pengikatan oksigen proses oksigenasi sehingga
terbentuk oksihemoglobin HbO
2
. Setiap molekul hemoglobin dapat mengikat 4 molekul O
2
Gambar 7.6.
Namun, kemampuan mengikat oksigen ini bergantung pada tekanan oksigen tekanan udara di lingkungan
luar. Pada saat yang bersamaan dengan difusi oksigen,
terjadi juga difusi CO
2
dengan arah yang berlawanan, yaitu dari darah ke udara dalam rongga alveoli. Ketika
darah meninggalkan kapiler di alveoli, darah tersebut telah memiliki tekanan O
2
yang lebih tinggi dan tekanan CO
2
yang lebih rendah. Jantung memompa darah dari paru-paru ke seluruh
tubuh. Pertukaran gas di dalam jaringan terjadi dengan prinsip yang sama dengan yang telah diuraikan
sebelumnya. Jaringan sel memiliki tekanan CO
2
yang lebih tinggi dan tekanan O
2
yang lebih rendah dibandingkan dengan darah. Penumpukan CO
2
terjadi sebagai akibat dari metabolisme sel.
Perbedaan tekanan menyebabkan oksigen dalam darah dilepaskan dari oksihemoglobin. Karbon
dioksida dalam sel akan berdifusi keluar darah. Akibat perbedaan tekanan parsial dan kelarutan, kurang dari
5 CO
2
akan tetap berada dalam sel. Di dalam darah, CO
2
dapat bereaksi dengan H
2
O dan membentuk asam karbonat H
2
CO
3
. Asam karbonat juga dapat berdisosiasi menjadi asam bikarbonat HCO
3 –
dengan melepaskan satu atom H
+
. Atom hidrogen tersebut kemudian ditangkap oleh hemoglobin.
Sebagian kecil CO
2
, yaitu sekitar 30, berikatan dengan salah satu protein dalam hemoglobin. Sementara itu, 65 CO
2
diangkut dalam bentuk ion HCO
3 –
melalui proses berantai yang disebut dengan proses pertukaran klorida. Dengan bantuan enzim karbonat anhidrase dalam eritrosit, CO
2
bereaksi dengan H
2
O membentuk asam karbonat H
2
CO
3
. Asam karbonat dapat berdisosiasi menjadi asam bikarbonat HCO
3 –
dengan melepaskan satu atom H
+
. Asam bikarbonat akan keluar dari eritrosit ke plasma darah. Kedudukan ion bikarbonat akan
digantikan oleh ion Cl
–
. Dinamika pengikatan dan pelepasan antara asam karbonat dan ion Cl
–
dengan ion H
+
menyebabkan perubahan pada sistem buffer pada darah dan turunnya pH darah. Reaksinya sebagai berikut.
H
2
O + CO
2
→
H
2
CO
3
→
HCO
3 –
+ H
+
Ketika darah sampai ke paru-paru, terjadi reaksi yang sama hanya saja dengan arah yang berlawanan.
HCO
3 –
+ H
+
→
H
2
CO
3
→
H
2
O + CO
2
Udara inspirasi
Rongga udara
Kapiler alveolar paru-paru
Darah kaya O
2
dan miskin CO
2
Jaringan kapiler Jantung
Cairan antarsel
O
2
CO
2
Darah kaya CO
2
dan miskin O
2
Sel-sel epitel
alveoli Udara
ekspirasi
Sel-sel jaringan tubuh
Sumber: Biology Concepts Connections, 2006
Gambar 7.7
Pada prinsipnya, pertukaran gas di jaringan tubuh dan paru-paru
terjadi secara difusi mengikuti perbedaan tekanan.
• Asam bikarbonat
• Asam karbonat
• Oksihemoglobin
Kata Kunci
Di unduh dari : Bukupaket.com
Sistem Pernapasan
125
Kerjakanlah di dalam buku latihan Anda. 1.
Sebutkan organ-organ yang terkait dalam proses pernapasan pada manusia.
2. Bagaimana proses pertukaran udara di jaringan
tubuh dan paru-paru? 3.
Faktor apa saja yang memengaruhi kecepatan pernapasan?
Soal Penguasaan
Materi
7.1
B Kelainan dan Gangguan pada
Sistem Pernapasan Manusia
Kelainan dan gangguan pada sistem pernapasan dapat disebabkan oleh dua hal, yaitu terjadi gangguan pada proses pengikatan oksigen dan kelainan
pada saluran pernapasan sehingga mengganggu aliran udara. Gangguan pada proses pengikatan oksigen yang sering terjadi adalah
asfiksi. Hal tersebut terjadi karena adanya kompetisi antara oksigen dan zat lain yang dapat berikatan dengan hemoglobin. Contohnya pada keracunan
gas karbon monoksida CO. Karbon monoksida lebih mudah berikatan dengan hemoglobin dibandingkan dengan oksigen. Hal ini menyebabkan
hemoglobin mengikat karbon monoksida, bukan oksigen. Jika sebagian besar darah berikatan dengan karbon monoksida, jaringan dalam tubuh akan
kekurangan oksigen.
Gangguan pengikatan oksigen juga terjadi jika paru-paru terisi oleh zat lain, seperti air pada kasus orang yang tenggelam. Pada peristiwa tenggelam,
alveolus terisi oleh air sehingga darah tidak mendapatkan pasokan oksigen yang memadai.
1. Gangguan pada Sistem Pernapasan