Sistem Pernapasan Manusia (Alat, Mekanisme Pernapasan, Pertukaran CO2 O2, Volume & Kapasitas Paru-Paru)

Pernapasan pada manusia meliputi inspirasi dan ekspirasi. Inspirasi merupakan pengambilan udara (menghirup udara) dari lingkungan, dan ekspirasi adalah pengeluaran udara (menghembuskan udara) sisa hasil perombakan dalam tubuh.
Udara, terutama oksigen masuk ke dalam tubuh melalui alat-alat pernapasan yang terdiri atas rongga hidung, trakea, bronkus, dan alat paru-paru.

a. Rongga hidung
      Hidung merupakan alat pernapasan paling atas dan paling awal tempat masuknya udara. Selain sebagai alat pernapasan, hidung juga berperan sebagai indera penciuman. Rongga hidung dibatasi septumnasi sehingga hidung memiliki dua lubang. 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.
Jadi, hidung (rongga hidung) memiliki fungsi, yaitu:
a. menyaring udara yang masuk hidung;
b. menghangatkan udara sehingga udara dari luar akan sama suhunya dengan tubuh; dan
c. melembapkan udara.
      Setelah udara masuk hidung dan meninggalkan rongga hidung, udara masuk melalui faring dan laring. Faring adalah saluran lanjutan hidung yang terletak di bagian belakang rongga hidung. Laring atau pangkal tenggorokan (trakea) terjalin atas tulang rawan. Pada laring terdapat pita suara yang
bergetar jika udara masuk. Glotis merupakan lubang yang menghubungkan faring dan trakea. Sedangkan, epiglotis adalah suatu katup yang memisahkan saluran pernapasan dan saluran makanan. Epiglotis akan selalu mencegah makanan masuk ke saluran pernapasan.
b. Trakea (batang tenggorokan)
    Trakea merupakan tabung berbentuk pipa, seperti huruf C yang 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.
c. Bronkus (cabang batang tenggorokan)
      Bronkus adalah lanjutan dari trakea yang bercabangcabang dua. Struktur bronkus sama dengan trakea. Bronkus adalah saluran yang menghubungkan trakea dengan paruparu.

Bronkus kanan menghubungkan trakea dengan paruparu kanan dan bronkus kiri menghubungkan trakea dengan paru-paru kiri. Bronkus di dalam paru-paru bercabang-cabang yang semakin kecil disebut bronkiolus.
d. Paru-paru (pulmo)
       Paru-paru terletak di dalam rongga dada (thoraks). Rongga dada dan rongga perut dipisahkan oleh suatu selaput yang disebut diafragma. 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 tersusun atas selapis sel sehingga dindingnya tipis.
Pada alveolus ini terjadi pertukaran gas oksigen dan karbondioksida. Alveolus banyak mengandung kapiler-kapiler darah. Pertukaran gas terjadi secara difusi. Pada paru-paru orang dewasa kira-kira terdapat 300 pita alveolus sehingga permukaannya luas dan memudahkan terjadinya pertukaran gas.

2. Mekanisme Pertukaran Oksigen dan Karbondioksida 
       Proses pertukaran oksigen (O2) dan karbondioksida (CO2) terjadi dalam alveolus dan jaringan secara difusi. Udara masuk paru-paru saat kamu berinspirasi. Karena tekanan parsial O2 (PO3) dalam atmosfer lebih tinggi, maka udara masuk ke alveoli. Karena PO2 di alveoli lebih tinggi daripada kapiler-kapiler darah alveoli, maka O2 masuk secara difusi ke kapiler darah. O2 yang berada di kapiler darah diikat oleh hemoglobin darah (oksihemoglobin) dan diedarkan ke seluruh tubuh menuju jaringan-jaringan. Setelah sampai di jaringan, O2 akan berdifusi masuk ke sel-sel tubuh. Di dalam sel O2 digunakan untuk proses oksidasi sel. Gas sisa yang dihasilkan dari proses oksidasi sel adalah CO2. Jika O2 digunakan makin banyak, maka CO2 yang dihasilkan makin banyak pula. Hal ini, menyebabkan tekanan parsial CO2 (PCO2) dalam sel lebih tinggi dari kapiler darah. Sehingga, CO2 berdifusi ke kapiler vena darah dan dibawa menuju ke paru-paru. Tingkat kelarutan CO2 di dalam darah kira-kira 20 kali kelarutan O2. CO2 berdifusi dalam eritrosit secara cepat sehingga mengalami hidrasi menjadi HCO3, yang disebabkan adanya enzim karbonat anhidrase dalam plasma darah. Adanya penurunan kejenuhan Hb terhadap CO2 menyebabkan Hb mengikat lebih banyak H+ dari oksihemoglobin. Sebagian CO2 dalam eritrosit bereaksi dengan gugus amino membentuk senyawa karbamino (senyawa Hb dengan CO2).

       Adanya ikatan Hb dengan CO2 menyebabkan darah lebih asam namun keasaman ini dinetralkan oleh ion-ion Na+ dan K+. Sampai di paru-paru, CO2 berdifusi ke alveolus dari kapiler vena. Hal ini dapat terjadi, karena tekanan CO2 dalam alveolus lebih rendah dibandingkan tekanan CO2 dalam kapiler vena. Selanjutnya, melalui saluran pernapasan CO2 diembuskan keluar tubuh.
Skema reaksi Hb dan O2 : Hb + O2 → Hb (O2)4 ← oksihemoglobin
Reaksi Hb dan CO2 : CO2 + H2O → H2 CO3 ← asam karbonat

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

a. 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 paruparu.
b. 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.

4. Volume dan Kapasitas Paru-Paru
      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.
Volume paru-paru terdiri atas volume tidal, volume cadangan inspirasi, volume cadangan ekspirasi, dan volume sisa. Untuk lebih mengetahui, mari cermati uraian berikut ini.
a. Volume tidal (VT)
       Volume tidal merupakan volume udara yang dapat diinspirasikan maupun diekspirasikan. Setiap pernapasan normal volume tidal + 500 ml.
b. Volume cadangan inspirasi (VCI)
       Volume cadangan inspirasi merupakan volume tambahan udara yang dapat diekspirasikan setelah volume tidal normal. Jumlah volume cadangan inspirasi + 3000 ml.
c. Volume cadangan ekspirasi (VCE)
       Volume cadangan ekspirasi merupakan volume udara yang dapat diekspirasikan setelah ekspirasi tidak normal. Jumlah voume cadangan ekspirasi + 1100 ml.
d. Volume sisa (Volume Residu)
       Volume sisa merupakan volume yang masih tersisa di dalam paru-paru setelah melakukan ekspirasi dengan kuat. Volume udara sisa + 1200 ml.
Pada peristiwa pernapasan diperlukan penyatuan dua volume paru-paru atau lebih. Hal ini disebut kapasitas paruparu.
Kapasitas paru-paru meliputi:
1. Kapasitas inspirasi (KI)
       Kapasitas inspirasi merupakan jumlah volume udara yang dapat dihirup dari eksperimen normal sampai paru-paru dapat mengembang secara maksimum. Jumlah KI + 3500 ml. KI = VT + VCI
2. Kapasitas residu fungsional (KRF)
       Kapasitas residu fungsional merupakan jumlah volume udara yang tersisa di dalam paru-paru setelah melakukan ekspirasi normal. Jumlah KRF + 2300 ml.
3. Kapasitas vital (KV)
       Kapasitas vital merupakan jumlah volume udara maksimum yang dapat dikeluarkan dari paru-paru setelah inspirasi secara maksimum dan diekspirasikan secara maksimum. Jumlah KV + 4600 ml. KV = VCI + VCE + VT.
4. Kapasitas total paru-paru (KTP)
       Kapasitas total paru-paru merupakan volume udara maksimum pengembangan paru-paru dengan inspirasi sekuatkuatnya. Jumlah KTP + 5800 ml. KTP = KV + VR. Frekuensi paru-paru merupakan kecepatan bernapas.
Frekuensi pernapasan pada setiap orang berbeda-beda. Frekuensi pernapasan ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:
a) 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.
b) Saat seseorang dalam masa pertumbuhan lebih banyak memerlukan energi dan oksigen dibandingkan pada usia lanjut.
c) Suhu tubuh
       Metabolise tubuh akan meningkat saat suhu tubuh menurun. Metabolisme tubuh ini berfungsi untuk menghasilkan panas sehingga membutuhkan oksigen lebih banyak.
d) Posisi tubuh
       Saat orang tidur dan sedang berdiri berbeda dalam kebutuhan oksigen. Orang yang berdiri lebih banyak membutuhkan oksigen dibandingkan dengan posisi tidur.
e) Aktivitas
       Orang yang memiliki aktivitas tinggi, frekuensi pernapasan lebih cepat dan oksigen dibutuhkan lebih banyak. Hal ini disebabkan, karena metabolisme meningkat untuk menghasilkan energi.