fisiologi_sistem_respirasi.pdf
Post on 30-Jan-2016
213 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Fisiologi Sistem Respirasi
Drh. Fika Yuliza Purba, M.Sc.
Pokok Bahasan
• Ventilasi paru-paru dan pengaturannya
• Aliran darah pulmonal
• Pertukaran gas
• Transport oksigen dan metabolit
• Fungsi non-respiratoris paru-paru
• Respirasi pada aves dan mamalia air
Pendahuluan
• Hewan menghasilkan energinya dari molekul2besar yang diperoleh dari makanan. Glukosamerupakan sumber energi utama, disampinglemak dan protein
• Energi dihasilkan oleh proses biokimiawi yangdikenal sebagai respirasi seluler yang terjadi didalam mitokondria dalam sel
Respirasi
• Proses dimana organisme mengambil energibebas dalm lingkungannya denganmengoksidasi substrat organik
• Respirasi eksternal adalah pertukaran gasantara jaringan metabolik dan udara atmosfir
• Respirasi internal adalah pertukaran gas didalam sel makhluk hidup
Respirasi
• Untuk terjadinya pertukaran gas pada suatuorganisme, perlu persyaratan:
– Organisme memiliki membran pernapasan
– Organisme memiliki cara untuk menyalurkan gaske dan dari membran pernapasan
– Organisme memiliki cara untuk mengangkut gasantara membran dan sel tubuh
Respirasi
• Konsumsi oksigen dan produksi karbondioksida bervariasi tergantung pada lajumetabolisme masing-masing spesies hewan
• Spesies yang lebih kecil membutuhkan oksigenper kg berat badan lebih besar dari spesiesyang lebih besar
• Kuda dan anjing merupakan spesies yangpaling “aerobik”
Respirasi
• Respirasi juga berfungsi dalam:
– Termoregulasi
– Metabolisme senyawa endogen dan eksogen
– Proteksi organisme terhadap polutan, gas toksik dan agen-agen infeksius
• Respirasi meliputi:
– Ventilasi
– Distribusi gas dalam paru-paru
– Difusi gas pada membran alveokapiler
– Transport oksigen dalam darah dari paru-paru kejaringan kapiler dan karbondioksida (arahsebaliknya)
– Difusi gas antara darah dan jaringan
Respirasi
Respirasi
Ventilasi Paru-Paru
• Ventilasi adalah pergerakan gas menuju dan keluar ke dan dari paru-paru
• Kebutuhan oksigen metabolisme adalah sejumlah gas yang masuk ke dalam paru-paru (alveoli) per menit.
• Total volume udara yang dihirup per menit disebut minute ventilation (VE)
Ventilasi Paru-Paru
• VE ditentukan dari:
• Udara masuk ke dalam alveoli setelah melalui hidung, rongga hidung, faring, laring, trakea, bronki dan bronkiolus (conducting airways)
• Tidak terjadi pertukaran gas pada conducting airways
• Oleh karena itu disebut anatomic dead-space
Ventilasi Paru-Paru
Ventilasi Paru-Paru
• Equipment dead-space = endotracheal tube
• Alveolar dead-space = volume udara yang bersirkulasi buruk ke dalam alveoli
Gas exchange does’nt occur Gas exchange occurs (diffusion)
Ventilasi Paru-Paru
• Ventilasi alveolar dikendalikan olehmekanisme regulasi konsumsi oksigen daneliminasi karbondioksida sesuai kebutuhanmetabolisme
• Ventilasi alveolar dapat meningkat apabilahewan sedang berlatih
• Dead-space ventilation dapat terjadi di dalamalveoli, akibat buruknya sirkulasi darah
Ventilasi Paru-Paru
• Ventilasi dead-space dibutuhkan saat:
– Panting pada anjing
– Heat stress pada sapi dan babi
– Cold stress
Ventilasi Paru-Paru
• Ventilasi membutuhkan energi muskular
• Pada hewan yang sedang istirahat, inspirasimerupakan proses aktif, dan ekspirasi proses pasif(kecuali pada kuda)
• Diafragma merupakan otot primer padaproses respirasi
• Pada saat berkontraksi, diafragma terdorongke caudal sehingga rongga thorax melebar
Ventilasi Paru-Paru
• Inspirasi melibatkan m. Intercostalis eksternal
• Ekspirasi melibatkan m. Abdominal dan m.intercostalis internal
• Pada saat latihan, aktivitas otot-otot respirasimeningkat untuk meningkatkan VE
Ventilasi Paru-Paru
• Paru-paru bersifat sangat elastis (100 kali daribalon)
• Elastisitas = kemampuan suatu struktur untukkembali pada ukuran semua setelahmengalami distensi
• Elastisitas paru-paru = tekanan subatmosfer,jika terpapar tekanan atmosfir, paru-paru akanmengempis
• Stabilitas alveolar oleh 4 jenis protein
Surfactant : dipalmitoylphosphatidylcholine,surfactant apoproteins, and calcium ions
Cell alveolar type II
Ventilasi Paru-Paru
• Kontraksi otot polos menentukan diametertrakea, bronki dan bronkiolus
• Diinervasi oleh sarap parasimpatetik melaluin. Vagus
• Pelepasan asetilkolin, brikatan denganreseptor muskarinik pada otot polos,menyebabkan kontraksi dan bronkokonstriksi
• Kontraksi juga dapat ditimbulkan olehhistamin dan leukotrine
• Relaksasi otot polos, kemudian dilatasi terjadiakibat aktivasi reseptor adrenergik-β2 olehkatekolamin dari medula adrenal
• Norepinefrin yang dilepaskan dari sistemsarap simpatetik juga dapat menyebabkandilatasi
Ventilasi Paru-Paru
Ventilasi Paru-Paru
• Pertukaran gas yang optimal tergantung padakesesuaian ventilasi dan aliran darah
• Pada babi dan sapi, lobulus paru-paru terpisahdengan jelas
• Pada anjing dan kucing, tidak terpisah
• Pada domba dan kuda, terpisah secara parsial
• Abnormalitas pertukaran gas akibat obstruksisaluran udara lebih berbahaya pada babi dansapi
Aliran Darah Pulmonal
• Paru-paru menerima aliran darah dari sirkulasipulmonal dan sirkulasi bronkial
• Sirkulasi pulmonal menerima total output dariventrikel kanan jantung, berperan dalamproses pertukaran udara
• Sirkulasi bronkial mensuplai aliran darah kesaluran pernapasan dan struktur lain padaparu-paru
• Arteri pulmonalis yang menyertai bronkibersifat elastis, sedangkan pada bronkiolusbersifat muskular
• Sapi dan babi memiliki lapisan otot tebal disekitar arteri pulmonalis, sedangkan kuda,anjing dan domba lebih tipis
• Arteri pulmonalis > arteriol > kapiler
• Vena pulmonalis membawa aliran darah darikapiler ke atrium kiri jantung
Aliran Darah Pulmonal
Aliran Darah Pulmonal
• Pembuluh darah pulmonal dibagi atas:
– Pembuluh alveolar
– Pembuluh ekstra-alveolar, yaitu arteri pulmonalis,vena, arteriol dan venula (bronchovascularbundle)
• Diameter pembuluh darah memiliki fungsidalam menentukan perbedaan tekanan antarabagian dalam dan luar pembuluh, ataudisebut tekanan transmural
Aliran Darah Pulmonal
• Selama latihan, sirkulasi pulmonal harusmengakomodir peningkatan aliran darah
• Output kardia dapat meningkat 6-8 kaliselama latihan
• Peningkatan aliran darah > peningkatantekanan intravaskular > Pembuluh darahpulmonal berdilatasi
Aliran Darah Pulmonal
• Pelepasan nitri oxide dari endotheliummenyebabkan relaksasi otot polos dan dilatasipembuluh darah
• Pada kebanyakan spesies, tekanan arterialpulmonal selama latihan adalah 35 mm Hg,tapi pada kuda lebih dari 90 mm Hg
Pertukaran Gas
• Udara dihangatkan pada suhu tubuh saat inspirasi
• Konsentrasi gas yang masuk berkurang akibat adanya molekul air sehingga:
PO2 = (PB-PH2O) x FO2
PO2 = 149 mm Hg
Pertukaran Gas
• PO2 lebih rendah di dalam alveolus dari padaudara inspirasi karena terjadi pertukaranoksigen dan karbondioksida terus menerus
• Komposisi gas alveolar ditentukan oleh lajumasuknya udara bebas dan pertukaran antaraoksigen dan karbondioksida
• Selama latihan, ventilasi alveolar harusmeningkat, jika tidak tekanan karbondioksidaalveolar akan meningkat
Pertukaran Gas
• Gangguan seperti kerusakan CNS, gangguansaraf perifer, kegagalan pemompaan darah,serta obstruksi dapat menyebabkanhipoventilasi alveolar sehingga tekanankarbondioksida alveolar meningkat danoksigen menurun
• Hiperventilasi dapat terjadi apabila terjadihipoksia dan peningkatan suhu tubuh
Pertukaran Gas
• Pertukaran O2 dan CO2 terjadi antara alveolus dan kapiler pulmonal secara difusi
• Difusi adalah pergerakan pasif dari gas melalui gradien konsentrasi
• Laju pergerakan gas antara alveolus dan darah ditentukan oleh:– Sifat fisik gas
– Area yang tersedia untuk difusi
– Ketebalan air-blood barrier
– Gradien tekanan
Pertukaran Gas
• Pertukaran gas antara jaringan dan darah jugaterjadi melalui difusi
• Jaringan dengan kebutuhan oksigen yangtinggi memiliki kapiler yang lebih banyaksehingga permukaan difusi menjadi lebih lebar
Pertukaran Gas
• Perhitungan rasio V/Q yaitu ventilasi danperfusi. Idealnya setiap alveoli menerimaudara dan darah dalam jumlah yang optimaluntuk pertukaran gas
• Darah dari paru-paru yang akandidistribusikan berasal dari kapiler-kapilerdengan rasio V/Q yang berbeda
• Komposisi darah arterial ditentukan oleh rasioV/Q
Pertukaran Gas
• Untuk mengevaluasi pertukaran gas pulmonal,darah yang melewati paru-paru (cth. Daraharteri sistemik) dapat diuji
• Darah vena = sirkulasi darah dan metabolismejaringan
• Kecukupan ventilasi alveolar diuji denganpemeriksaan PACO2 yang meningkat melebihi40 mm Hg pada saat hipoventilasi danmenurun pada saat hiperventilasi
Transport gas
Transport oksigen dan metabolit
• Oksigen
– Sejumlah kecil Oksigen dibawa dalam plasma
– Sebagian besar oksigen berikatan dengan Hb
– Oksigen berdifusi dari alveoli ke dalam darah
Transport oksigen
• Hemoglobin mamalia terdiri dari 4 heme
• Setiap molekul hemoglobin dapat berikatandengan 4 molekul oksigen secara reversibel
• Perikatan oksigen-Hb terjadi melalui 4tahapan
• Afinitas oksigen dari sebuah heme dipengaruhioleh eksigenasi heme lain
Transport oksigen
• Darah yang terekspos pada tekanan oksigen(min. 40 mm Hg) akan melepaskan oksigen kedalam jaringan
• Oxygen content = jumlah oksigen yangberikatan dengan Hb
• Setelah oksigen keluar dari darah memasukijaringan, oxygen content berkurang, tapioxygen capacity tetap
Transport oksigen
• Ikatan oksihemoglobin dipengaruhi oleh:
– Suhu darah
– pH
– PCO2
– Konsentrasi fosfat organik intraselular (2,3-diphosphoglycerate)
– CO
Control factors decrease increase
Temperature left shift right shift
2.3-BPG left shift right shift
p(CO2) left shift right shift
pH (Bohr effect) right shift (acidosis) left shift (alkalosis)
•Left shift: high O2 affinity
•Right shift: low O2 affinity
Sianosis
• Perubahan warna hemoglobin dari merahcerah menjadi kebiruan
• Terlihat pada membran mukosa sebagai akibatkondisi hipoksia
– Defisiensi uptake oksigen dari paru-paru
– Penurunan aliran darah ke jaringan perifer(gangguan kardiovaskular)
Methemoglobin
• Fe2+ menjadi Fe3+ -> hemoglobin abnormal
• Kondisi dimana nitrit dan toksin lain berikatandengan zat besi sehingga hemoglobinberwana kecokelatan
• Methemoglobin tidak dapat berikatan denganoksigen -> penurunan oxygen capacity
• Nitrit dapat diperoleh dari pakan
• Ruminan mengubah nitrat -> nitrit di dalamrumen
Transport karbondioksida
• Karbondioksida dibawa dalam plasma darah dankombinasi kimia
• PCO2 jaringan lebih tinggi dari PCO2 darah,sehingga CO2 berdifusi ke dalam darah
• 5% CO2 larut dalam darah
• Sebagian besar CO2 berdifusi ke dalam eritrosit
– Berikatan dengan air dan membentuk ion karbonat
– Carbamino coumpounds (ikatan CO2 dan NH-protein )
Transport gas saat latihan
• Laju transport gas dalam darah dipengaruhioleh laju metabolisme
• Meningkatnya kebutuhan gas = peningkatancardiac output = peningkatan uptake oksigendari paru-paru
• Mioglobin berfungsi transfer oksigen antarasel-sel otot, juga dapat menyimpan oksigendalam jumlah kecil
Fungsi non-respiratoris paru-paru
1. Mekanisme pertahanan paru-paru
– Agen infeksi, allergen, endotoksin, polutan(ammonia, asap kendaraan, oksidasi nitrogendan ozone)
– Mekanisme pertahanan spesifik dan non spesifik
– Penyebab utama: stres
• Stres transportasi dapat mengakibatkan pneumoniadan peluritis
Fungsi pertahanan
• Partikel dan komponen aerosol akan dieliminirsaat mengenai permukaan epitheltrakeobronkial
• Mekanisme pertahanan: jaringan limfatik;tonsil dan jaringan limfoid-bronkus
• Pola pernapasan mempengaruhi deposisipartikel dalam saluran pernapasan
• Deposisi gas toksik tergantung padakonsentrasi dan kelarutannya
Fungsi pertahanan
• Gas toksik dapat menstimulir berbagaimekanisme pertahanan seperti bronkospasm,hipersekresi mukus, batuk dan bersin
• Partikel yang terdeposit pada permukaanepithel akan dibawa ke mucocilliary escalatordi dalam faring, dan tertelan
• Sistem mucocilliary terdiri dari lapisan mukussol dan gel
Fungsi pertahanan
Fungsi pertahanan
• Makrofag merupakan penyusun sebagianbesar sel dalam cairan alveolar
• Berasal dari monosit dan berdiferensiasiselama berada dalam darah
• Complement, opsonin dan lisozyme bersamamakrofag berfungsi menghancurkan partikel
• Fungsi makrofag dipengaruhi olehglukokortikoid dan corticosteroid
Fungsi pertahanan
• Cytokines dan chemokines = protein yangdilepaskan oleh monosit, sel-sel epithel danendothelial yang terluka dan sel-sel lain.
• Fungsi utama menarik sel-sel yang berperandalam peradangan pada sisi terjadinya infeksi
• Cth: kerusakan epithel paru-paru atau adanyabakteri menyebabkan pelepasan cytokinestumor necrosis factor dan interleukin darimakrofag
Pertukaran cairan pulmonal
• Filtrasi cairan terjadi antara kapiler danjaringan interstitial pada septum alveolar
• Pergerakan cairan keluar dari kapiler terjadiantara sel-sel endothelial
• Epithel alveolar kurang permeabel daripadakapiler endothelium, sehingga cairan tidakakan mencapai alveoli sebelum terdapatkerusakan epithel
Pertukaran cairan pulmonal
• Pergerakan cairan antara kapiler daninterstitium dipengaruhi oleh perubahanpermeabilitas vaskular dan tekanan hidrostatikdan onkotik
• Peningkatan tekanan hidrostatik kapiler terjadisaat hewan latihan atau gagal jantung ->peningkatan filtrasi cairan dari kapiler keinterstitium
Pertukaran cairan pulmonal
• Ruang pleural mengandung sejumlah kecilcairan yang berfungsi lubrikasi antarapermukaan pleural
• Cairan dikoleksi oleh pembuluh limfa melaluistomata pada pleura parietal
• Akumulasi cairan terjadi apabila tekanankapiler meningkat atau permeabilitas vaskularmeningkat akibat peradangan (pleuritis)
Fungsi metabolik
• Karena menerima total output kardia, kapilerpulmonal dengan permukaan endothelial-nyaberfungsi membersihkan darah dari senyawa-senyawa yang dihasilkan oleh bagian tubuhlain
• Serotonin, norepinephrine, bradykinine,angiotensin
• Toksin dari tanaman Crotalaria
Sistem Respirasi pada Aves
Sistem Respirasi pada Aves
• Fungsi:
– Menyuplai oksigen ke dalam jaringan dan mengeluarkan karbondioksida
– Termoregulasi
Sistem Respirasi Aves
• Seekor burung yang sedang terbangmembutuhkan energi lebih banyak daripadamamalia
• Ketinggian mengakibatkan komposisi oksigendalam udara menjadi lebih sedikit
Sistem Respirasi Aves
• Sistem respirasi Aves terdiri dari:
– Paru-paru yang terbagi atas 2 bagian yang samayang dihubungkan oleh trakea
– 9 kantung udara yang berperan penting, namuntidak berfungsi pertukaran gas
Sistem Respirasi pada Aves
• Kantung udara memungkinkan aliran udara yangselalu “segar” (kaya oksigen) ke dalam paru-paru
• Pada Aves, lebih banyak oksigen tersedia untukberdifusi ke dalam darah
• Kantung udara:– Interclavicular (1)
– Cervical(2)
– Anterior thoracic (2)
– Posterior thoracic (2)
– Abdominal (2)
Anatomi Respirasi Aves
Kantung udara
• Undirectional (Aves) Biderictional (mamalia)
Sistem Respirasi Aves
• Aves dapat bernafas melalui mulut dan hidung
• Udara masuk dan menuju faring, kemudianmelewati trakea
• Trakea membagi dua ke dalam bronki primerpada syrinx
• Bronki primer masuk ke dalam paru-paru dandisebut mesobronki
• Mesobronki bercabang menjadi dorsobronkidan parabronki
Sistem Respirasi Aves
• Parabronki mengandung ratusan kapiler udara yang disuplai oleh kapiler darah
• Kapiler udara merupakan tempat pertukaran udara antara paru-paru dan darah
• Udara bergerak menuju ventrobronki
Sistem Respirasi Aves
Mekanisme inspirasi dan ekspirasi
Inspirasi
Ekspirasi
Kontrol Ventilasi
• Ventilasi dan laju respirasi dikendalikan olehkebutuhan oksigen akibat aktivitas metabolikdan input sensorik
• Kontrol respirasi terletak dalam otak, padapons dan medulla oblongata
top related