PERTUKARAN GAS

Pertukaran gas di paru-paru antara alveol dan kapiler jaringan berlangsung secara difusi pasif

sederhana. Difusi pasif sederhana menuruni gradien tekanan parsial. Kecepatan difusi dipengaruhi

oleh empat faktor (Fick’s Law of Diffusion). Dari keempat faktor tersebut, dapat ditarik rumus

berikut untuk menentukan kecepatan difusi: 9,18

DR= PD× SA × S

D ×√ MW C= S

√MW

DR = Diffusion Rate, Kecepatan Difusi

PD = Pressure Difference, Perbedaan

Tekanan/ Gradien Konsentrasi

SA = Surface Area, Luas Penampang

Lintang

S = Solubility, Daya Larut Gas

D = Distance, Jarak Difusi/ Tebal

Membran

MW = Molecule Weight, Berat

Molekul

C = Coefficient, Koefisien Difusi

Pada udara atmosfer, terdapat berbagai gas dengan presentase Nitrogen (N2) ±80%,

Oksigen (O2) ±20%, dimana presentase gas lain diabaikan. Total tekanan atmosfer adalah 760

mmHg, sebagai jumlah tekanan masing-masing gas. Bila dihitung, maka tekanan parsial gas

N2 di atmosfir adalah (80% x 760 mmHg) → ±600 mmHg, dan tekanan gas O2 (20% x 760

mmHg) → ±160 mmHg. Semakin besar tekanan parsial suatu gas dalam media tertentu

(termasuk di atmosfir dan dalam darah) menunjukkan semakin banyak gas tersebut terlarut

dalam media. Perbedaan tekanan gas tertentu (tekanan parsial) antara dua media berbeda

(misalkan, antara kapiler paru dengan alveolus, atau kapiler darah dengan jaringan) disebut

sebagai gradien tekanan parsial. Gas akan berdifusi menuruni gradien tekanan parsialnya.9

Dalam alveol, tekanan parsial O2 mencapai 100 mmHg, sementara tekanan parsial

dari gas CO2 hanya 40 mmHg. Dalam kapiler darah yang memasuki jaringan paru memiliki

tekanan parsial gas O2 40 mmHg dan membawa CO2 dengan tekanan 46 mmHg. Selisih

perbedaan tekanan parsial O2 adalah (100 – 40) → 60 mmHg, dimana tekanan dalam

pembuluh darah lebih rendah, dan gas O2 akan berdifusi masuk ke pembuluh darah. Gas CO2,

sebaliknya, akan berdifusi ke dalam alveol karena memiliki perbedaan tekanan (46 – 40) → 6

mmHg, dimana tekanan dalam alveol lebih rendah. Lain halnya dengan difusi pada jaringan,

yang memiliki tekanan O2 sebanyak ≤40 mmHg dan tekanan CO2 sebanyak ≥46 mmHg.

Difusi O2 terjadi ke arah jaringan, dimana perbedaan tekanan (100 – 40) → 60 mmHg dan

pada CO2 perbedaan tekanan (46 – 40) → 6 mmHg membuat gas berdifusi ke kapiler darah.9

Gambar 11. Difusi Gas O2 dan CO2 Pada Alveol dan Jaringan18

VOLUME PERNAFASAN

Volume paru-paru dibedakan menjadi delapan kelompok, yakni:9,18

1. Tidal Volume (TV)

Volume alun nafas, udara yang masuk dan keluar paru-paru pada pernafasan

tenang

2. Inspiratory Reserve Volume (IRV)

Volume udara maksimal yang dapat masuk paru-paru setelah inspirasi biasa

3. Expiratory Reserve Volume (ERV)

Volume udara maksimal yang dapat dikeluarkan dari paru-paru setelah ekspirasi

biasa

4. Residual Volume (RV)

Udara yang tersisa dalam paru-paru setelah ekspirasi maksimal, terdiri dari

a. Collapse Volume

Udara yang menjaga agar paru-paru tidak menciut

b. Minimal Volume

Udara dalam paru yang tidak dapat dikeluarkan dengan cara apapun

5. Inspiratory Capacity (IC)

Total volume udara yang dapat dimasukkan dalam inspirasi hingga maksimal

IC = TV + IRV

6. Functional Residual Capacity (FRC)

Jumlah udara dalam paru-paru setelah ekspirasi biasa

FRC = ERV + RV

7. Vital Capacity (VC)

Total volume udara yang dapat dikeluarkan paru-paru dalam ekspirasi maksimal

setelah melakukan inspirasi maksimal

VC = ERV + TV + IRV

8. Total Lung Capacity (TLC)

Total volume paru-paru secara keseluruhan, diukur setelah inspirasi sedalam-

dalamnya

TLC = VC + RV

Vital Capacity pada orang dewasa dapat dihitung setelah mengukur umur dan tinggi

badan dengan menggunakan rumus berikut:

Pria: [27,63 – {0,112 × umur (tahun)} × {tinggi badan (cm)}

Wanita: [21,78 – {0,101 × umur (tahun)} × {tinggi badan (cm)}

Gambar 12. Volume Paru-paru10

PUSAT PENGENDALIAN PERNAFASAN

Pola pernafasan yang berirama merupakan hasil dari aktivitas saraf ke otot-otot

pernafasan yang berlangsung secara siklik. Ini menunjukkan bahwa pusat pernafasan terletak

di susunan saraf pusat, bukan pada paru-paru ataupun otot pernafasan itu sendiri. Pusat

pernafasan yang berlangsung secara refleks terletak pada Medulla Oblongata, dan dirangsang

oleh kadar CO2 dalam darah. Akan tetapi, aktivitas pernafasan juga dapat dimodifikasi secara

sadar, contohnya pada saat berbicara, bernyanyi, bersiul, memainkan alat musik tiup, maupun

menahan nafas. Kontrol saraf nafas melibatkan tiga komponen berbeda, antara lain adalah:9

1. Komponen penghasil irama

Mengatur agar inspirasi dan ekspirasi bergantian

2. Komponen yang mengatur besarnya ventilasi

Mengatur kecepatan dan kedalaman nafas untuk memenuhi kebutuhan tubuh

3. Komponen modifikasi aktivitas pernafasan

Mengatur nafas untuk tujuan lain

Dapat bersifat volunter, misalkan dalam berbicara dan bernyanyi

Sifat involunter, misalkan maneuver pernafasan yang berkaitan dengan batuk atau

bersin

Pusat pernafasan di batang otak menghasilkan irama nafas yang teratur, dan terdiri

atas tiga pusat yang berbeda. Ketiganya bekerja secara bersamaan dalam menghasilkan irama

nafas yang ritmis dengan mengatur kontraksi dan relaksasi otot-otot respirasi. Penyaluran

jaras saraf mencakup N. Phrenicus dan N. Intercostalis. Impuls dari medulla oblongata

berakhir di badan-badan sel motorik tersebut, yang ketika diaktifkan akan menyebabkan

kontraksi otot-otot respirasi sesuai impuls yang diterima. Ketiga pusat pernafasan tersebut

adalah:9

1. Pusat Respirasi

Berada pada formatio reticularis medulla oblongata

a. Kelompok Dorsal (Dorsal Respiratory Group = DRG)

Mengandung neuron inspiratorik yang dilepaskan secara teratur

Mengakibatkan gerakan inspirasi

*Tidak adanya impuls neuron inspiratorik dorsal mengakibatkan ekspirasi

Mengaktifkan neuron-neuron pada kelompok ventral

b. Kelompok Ventral (Ventral Respiratory Group = VRG)

Mengandung neuron inspiratorik dan ekspiratorik

Kedua neuron inaktif saat respirasi tenang

Diaktifkan DRG saat kebutuhan nafas meningkat

Neuron inspiratorik akan mengakibatkan inspirasi dalam

Neuron ekspiratorik akan menyebabkan ekspirasi aktif

2. Pusat Apneustik

Terletak di pons bagian bawah

Berfungsi mempertahankan inspirasi

3. Pusat Pneumotaksik

Terletak di pons bagian atas

Berfungsi menghambat neuron inspiratorik

Ketiga pusat saraf tersebut menyebabkan penyesuaian yang terus menerus secara

halus, sehingga didapatkan inspirasi dan ekspirasi yang lancar dan mulus. Sistim check-and-

balance antar ketiga pusat ini menjaga agar inspirasi dapat dihentikan dan ekspirasi terjadi

secara normal. Apabila tidak, maka pola pernafasan akan berubah menjadi inspirasi panjang

yang mendadak berhenti, dilanjutkan ekspirasi singkat. Pernafasan yang demikian dikenal

sebagai apnusis, dan dapat terjadi pada kerusakan otak berat. Selain itu, ada juga refleks

Hering Breuer yang muncul untuk mencegah inspirasi yang berlebihan. Refleks ini muncul

karena reseptor regang pada paru terangsang akibat penambahan volume paru yang terlalu

besar. Dengan adanya refleks ini, inspirasi dapat dihentikan sebelum paru mengalami

pengembangan yang berlebihan. Sebelumnya dipercaya bahwa DRG berfungsi menghasilkan

irama dasar ventilasi, namun penelitian menunjukkan bahwa fungsi luhur tersebut dimiliki

oleh kompleks pra- Bӧtzinger. Anyaman pada area ini menunjukkan aktivitas pemacu yang

serupa dengan aktivitas pemacu pada nodus SA jantung. Ilmuwan percaya bahwa kompleks

ini menyebabkan DRG melepas neuron inspiratorik secara berirama. 9

Gambar 13. Pusat-pusat Kontrol Pernapasan di Batang Otak10