RESPIRASI

5/24/2011

RESPIRASI OLEH : Dr. KERIAHEN BANGUN DAFK

DEPARTEMEN FISIKA FK USU

Pernafasan.





Mesin”manusia ini sebenarnya tersusun dari trilyunan “mesin mesin”” yang sangat kecil— kecil—> selsel-sel hidup pada tubuh..Setiap mesin miniatur ini harus memiliki sistem tubuh penyediaan bahan bakar yaitu oxigen dan metode untuk membuang produk sisa. sisa. Ada 2 sistem yang ambil bagian dalam proses ini ini;; 1. Sistem kardiovaskular yang bertindak sebagai transport darah.. darah .. 2. Sistem pulmonaris yang bertindak sebagai penyalur O2 dan pembuang produk sisa utamanya,CO2 utamanya,CO2 dari jaringan. jaringan.




Karena sistem kardiovaskular dan sistem paru bekerja sama dan berinteraksi dengan erat,maka salah satu sistem sering mempengaruhi yang lain.

1

5/24/2011

2

5/24/2011

Jalan nafas. Dimulai dari hidung yang mempunyai bulubulubulu dan lendir untuk menyaring dan melembabkan udara yang masuk, masuk, melewati pintu masuk Tuba Eusthachius yang menghubungkan rongga telinga hidung dan mulut (tanpa masuk kedalamnya), kedalamnya),baru baru masuk ketrachea melalui epiglotis dan kemudian bercabang 2 menjadi bronchus kanan dan kiri di bifurcatio. bifurcatio. Bronchus bercabang sekitar 15 x menjadi bronchiolus yang berujung jadi beribuberibu-ribu Alveolus. Alveolus.Dan alveoluslah unit terakhir dari jalan nafas ini dimana pertukaran gas terjadi. terjadi.

3

5/24/2011

Gambar 1.1. Diagram skematik yang memperlihatkan jalan-jalan utama udara menuju paru

4

5/24/2011

5

5/24/2011




1.

2.





Alveoli tempat dimana darah mempertukarkan muatannya yaitu O2 dan CO CO2 2 berlebih dibawa darah dan udara. udara.Disini perjumpaan 2 proses yaitu proses : Perfusi yaitu transportasi darah sampai ke jaringan kapiler paru dan proses ventilasi yaitu transportasi udara ke permukaan alveolus. alveolus. Pertukaran gas O2 dan CO CO2 2 kedalam dan keluar darah dikendalikan oleh hukum fisika, fisika, difusi difusi.. Difusi adalah percampuran yang disebabkan sifat molekul molekul2 2 yang terus bergerak bergerak.. Bila konsentrasi molekul molekul2 2 pada sebuah ruangan tidak sama, sama, maka molekul2 molekul2 yang bergerak ini akan terus bergerak bergerak.. Karena molekul pada bagian yang berkonsentrasi lebih tinggi akan lebih banyak pindah ke bagian yang berkonsentrasi lebih rendah dari pada yang dari rendah ke konsentrasi tinggi maka akhirnya akan tercapai konsentrasi yang homogen pada seluruh ruangan gas atau cairan tersebut. tersebut.

6

5/24/2011

Mekanisme bernafas






Bernafas sesuai dengan hukum Boyle. Boyle. Menarik nafas karena muskulus interkostalis eksternus berkontraksi,hingga iga terangkat serentak dengan menurunnya diafragma sehingga volume intrathorakal membesar yang menurut hukum Boyle akan menyebabkan tekanan intrathorakal menurun mengakibatkan udara masuk dari luar kedalam paru ,sebaliknya Mengembuskan nafas karena muskulus interkostalis relaks,iga menurun,disertai diafragma menaik-menaik-volume intrathorakalis mengecilmengecil- tekanan naik-naik-- udara keluar. keluar.

7

5/24/2011

8

5/24/2011

9

5/24/2011

Interaksi antara darah dan paru paru..
O2 dimasukkan dan CO2 dibuang dibuang..
Tekanan darah di paru lebih rendah, rendah, kira - kira 15% dari tekanan darah sirkulasi darah besar. besar. 1/5 dari volume darah di tubuh (kirakira-kira 1liter) ada di paru - paru paru..
Dalam sekali waktu yaitu kirakira-kira 1 detik yang berkontak dengan udara di alveoli hanya 70 ml, artinya 70 ml darah bila disebar diseluruh permukaan dinding alveoli yang luasnya kirakira-kira 80 m² m² maka tebalnya kirakira-kira sama dengan tebal sebutir darah merah. merah.
80 m2 sama dengan luas permukaan alveoli bila semuanya dilebarkan. dilebarkan.

10

5/24/2011

11

5/24/2011





Difusi : Diparu

---> ---> difusi terjadi dalam gas dan cairan.. cairan Dijaringan ---> ---> difusi terjadi dalam cairan (antara O2 dan CO2) Molekul bergerak terus menerus,dengan jarak antara 1 tumbukan dengan yang berikutnya dapat dihitung : Ket :




λ D N

= Jarak antara rata2 tiap tumbukan. tumbukan. = Jarak yg ditempuh sebuah molekul sesudah N kali = Jumlah kali tumbukan. tumbukan.

D =λ√N

Hukum Laplace . Gelembung sabun dapat bertahan untuk tidak pecah karena ada 2 gaya yang seimbang yang kerjanya berbeda : 1. Gaya yang ingin mempertahankan yaitu tegangan permukaan berupa gaya permukaan yang dilakukan oleh sisi parohan 2Ŷ 2π 2π R gelembung bawah terhadap sisi yang atas ; 2Ŷ 2π 2π R 2. Gaya yang ingin memecahkan yaitu selisih tekanan didalam dan diluar gelembung yaitu; yaitu; P π R² Karena gelembung belum pecah haruslah kedua persamaan diatas sama,, maka--sama maka---  2Ŷ 2π 2π R =

P π R²



P = 4Ŷ / R

12

5/24/2011










Inilah hukum Laplace juga berlaku pada alveoli, artinya makin kecil jarijari- jari alveolinya makin susah ia dibuka .Untunglah ada cairan sejenis surfaktan yang melapisi permukaan dinding alveoli yang mengurangi tegangan permukaan yang memungkinkan alveoli terbuka kembali sesudah akhir expirasi.Pada neonatus yang lahir prematur belum ada DPLnya (DiPalmit Lecitin ) yang bersifat mengurangi tegangan permukaan. permukaan. Inilah yang sering menyebabkan kematian pada neonatus prematur yang disebut dgn RDS(Respiratory Distress Syndrom Syndrom)). Contoh seharisehari-hari adalah detergent dan zat yang memudahkan susu instant untuk larut lebih mudah,yang semua bersifat mengurangi tegangan permukaan. permukaan.

13

5/24/2011







Bila pada bayi baru lahir tidak terus menangis maka kita takut ia tidak bisa mengembangkan paru--parunya dan kemungkinan ia tak sanggup paru karena tanpa DPL perlu tenaga besar untuk membuka alveoli yang sebelumnya tertutup karena belum dipakai. dipakai. Untung sekarang sudah ada ditemukan zat yang sejenis DPL yang sifatnya adalah menurunkan tegangan permukaan, permukaan, misalnya yang bernama Survanta dan nampaknya berhasil untuk bayi membuka alveoli paruparuparunya sehingga pernafasan paru bisa dimulai.. dimulai







Untuk melihat bukti adanya tegangan permukaan ini lihat gambar dibawah. dibawah. Juga bisa kita perhatikan bagaimana orang berselancar (Surfing) (Surfing)dimana dimana mereka memanfaatkan tegangan permukaan laut itu hingga ia tetap bisa ia diberada atas permukaan laut yang bergelombang.. bergelombang

14

5/24/2011

15

5/24/2011

Hukum Dalton




Tekanan gas campuran adalah sama dengan jumlah tekanan masing2 masing 2 gas bila ia sendiri mengisi seluruh ruangan itu itu.. Tekanan masing 2 gas ini disebut tekanan parsial gas tersebut.. tersebut Udara kita ini terdiri bermacam gas tapi paling banyak adalah nitrogen(80 nitrogen(80% %) dan oxigen tambah CO2 CO2 tambah gas lainnya kirakira-kira 20 20% %, jadi bila tekanan udara dalam suatu ruangan 1 atm berarti tekanan parsial nitrogennya 0,8 atm dan tekanan parsial oxigennya 0,2 atm. atm.Tekanan parsial ini penting kita ketahui misalnya apa efeknya bila kita naik ke ketinggian atau turun atau menyelam kedasar laut. laut.

Hukum Boyle. Tekanan berbanding terbalik dengan volume. P = Tekanan V = Volume P*V=C C = Constant.

16

5/24/2011

Hukum Boyle berlaku pada respirasi Inspirasi vol paru menaik tek.intrapleural kurang Expirasi volume paru kurang- tek.intrapleural naik Perbedaan tekanan inilah yang akan menimbulkan aliran udara. Penting juga kita ketahui bahwa paru yang dibawa ke dalam penyelaman akan mendapat tekanan lebih tinggi karena dibawah permukaan laut tekanan akan meninggi sesuai kedalamannya. Tiap pertambahan 10 m dibawah permukaan laut tekanan akan bertambah ± 1 atm. atm Misalnya bila kita menyelam dikedalaman 10 m,maka tekanan disana adalah 2 atm yaitu : 1atm(tek.udara di permukaan laut) ditambah 1atm (1atm = 76 cm Hg = 76 x 13,6cm air = ± 10 m air.). Paru akan segera menyesuaikan diri dan untuk mengimbangi tekanan dari luar yang tinggi ia akan menaikkan juga tekanan diparu dengan jalan mengecilkan volumenya. Jadi disini ia akan memperkecil volumenya agar tekanan dalamnya sesuai dengan sekitarnya,jadi volumenya menjadi ½ dari volume sebelumnya. Misalnya volume parunya didarat 6 liter menjadi 3 liter dikedalaman 10 m.

Hukum Henry


Jumlah gas yang terlarut dalam cairan sebanding dengan tekanan gas yang berada diatas cairan itu itu..




Contoh sehari sehari--hari ialah pada minuman bergas misalnya bir,coca cola,champagne yang begitu dibuka tutupnya terus keluar buih gasnya. gasnya.




Dalam respirasi kita melihat bahaya yang ditimbulkan gas Nitrogen yang dalam penyelaman akan mempunyai tekanan parsial yang terlalu tinggi yang bisa menimbulkan Nitrogen narcose dan bila terlalu cepat naik kepermukaan akan menimbulkan Bend dan Decompression sickness. sickness.




Diketinggian karena tekanan udara berkurang maka tekanan parsial O2 juga berkurang menyebabkan O2 yang terlarut dalam plasma juga berkurang yang kalau berlamaberlama-lama akan memacu tubuh untuk membentuk Hb lebih banyak agar semua O2 yang ada dapat diikat dan diangkut keseluruh tubuh-tubuh--  penduduk yang tinggal dipegunungan misalnya di peg. peg.Himalaya mempunyai darah dengan kadar Hb yang lebih tinggi. tinggi.

17

5/24/2011

Aplikasi hukum Dalton dan hukum Henry adalah concentrasi Nitrogen dalam darah penyelam yang turun ke kedalaman misalnya 40 m dibawah permukaan laut. laut. Bila didarat tekanan udara 1 atm,sedang consentrasi Nitrogennya sekitar 80% maka tekanan partialnya didarat adalah 0,8 atm. Tapi kalau ia berada 40 m dibawah air maka Nitrogennya menjadi 80% dari 5 atm =4 atm. Ini sangatlah besar dan menurut hk Henry maka ia akan terlarut didarah sebanding dengan tekanannya dan bila sampai kejaringan otak akan menimbulkan Nitrogen Narcose dan juga masuk kejaringan dan kalau penyelam ini naik cepat kepermukaan Nitrogen di jaringan akan berlomba keluar hingga berbentuk emboli gas yang menyebabkan keluhan sakit diotot dan sendi yang kita sebut Bend.













Sebaliknya bila kita pergi ke ketinggian dimana tekanan atmosfer akan berkurang maka menurut hk Dalton,bila tekanan partiel Oxygen didarat 1 atm dan consentrasinya sekitar 20% maka diketinggian dimana tekanan udara < 1 atm,maka Oxygennya kurang dari O,2 atm. Maka kita akan merasa sesak seperti kekurangan Oxygen. Tubuhpun bereaksi memperbanyak eritrosit karena disangkanya kurangnya Oxygen disebabkan kurang (Hb) Hb) sebagai pengangkut. pengangkut. Terjadilah Hb yang tinggi yg disebut Polisitemia Vera.

18

5/24/2011

19

5/24/2011

HOT (Hyperbaric Oxygen Theraphy)



Merupakan ruangan yang dapat diatur tekanannya Dan bila diberi Oxygen bertekanan tinggi dapat dipakai untuk mengatasi beberapa keadaan yang berbahaya misalnya:: misalnya 1. Keracunan CO dan CO2.

HbCO lebih kuat ikatannya dari HbO2. jadi untuk mengusir CO haruslah diberi Oxygen bertekanan tinggi.. Keracunan CO dan CO2 bisa terjadipada kasus tinggi bunuh diri atau kecelakaan karena kebocoran gas atau knalpot mobil .

2.

3.

4.

Pada gas ganggrene dimana penyebabnya adalah bakteri anaerob artinya tak tahan oxygen sehingga bakterinya mati dan ganggrene progressifnya berhenti.. berhenti Pada decompression sickness, dimana penyelam ini salah waktu naik kepermukaan. kepermukaan.(disini biasanya yang diperlukan adalah bisanya diatur tekanan ruangan yang diperlukan karena mungkin orangnya tidak sadar lagi lagi,, sehingga dia tidak dapat dituntun untuk bernapas secara benar benar.. Untuk pengobatan beberapa jenis kanker yang diketahui selsel-selnya lebih sensitif terhadap terapinya bila diberi oxygen bertekanan tinggi tinggi..

20

5/24/2011




Alat alat yang dipakai untuk mengukur volume,tekanan dan kecepatan aliran dari udara pernafasan dalam kegitan pernafasan.. pernafasan 1. Spirometer. Spirometer. Alat ini seperti gambar dibawah dan banyak kegiatan pernafasan dapat diukur.. diukur

21

5/24/2011

22

5/24/2011

Volume alun nafas= nafas= tidal volume (0,5L) Kapasitas vital=Vital Capacity Vol.cadangan expirasi=Expiratory expirasi=Expiratory reserve Volume Vol Cadangan Inspirasi= Inspirasi=Inspiratory reserve volume Respiratory minute Volume=jumlah Volume=jumlah udara yang digunakan dalam 1 menit Kecepatan maksimum ekpirasi sesudah inspirasi maksimum,, dapat diukur dengan peak flow maksimum meter. Untuk orang normal dapat mengexpirasikan 70% dari kapasitas vital dalam 0,5 detik detik,, 85% dalam 1 detik detik..










Kecepatan aliran puncak yang normal adalah 350 –500 liter/menit liter/menit.. Kecepatan udara expirasi ini sangat mengagumkan karena bila orang batuk atau bersin tanpa menutup mulut,kecepatan udara di trachea bisa sama dengan kecepatan suara diudara.. diudara Ini memang perlu untuk mengeluarkan benda asing karena kecepatan sangat tinggi maka Hk.Bernoullii dimana berlakulah disana Hk.Bernoull tekanannya bisa sangat rendah sehingga ada bagian yang kollaps. kollaps.

23

5/24/2011










Tidak semua udara yang kita hirup menambah Oxygen ke darah,karena ada dead space. space. Anatomic dead space yaitu volume dari trachea dan bronchus karena diruang itu tidak terpajan oleh udara.Volumenya udara.Volumenya sekitar 150 cc cc.. Fisiologic dead space yaitu volume alveoli yang kapilernya tidak terisi darah,sehingga di alveoli ini tidak terjadi penyerapan Oxygen.

Sewaktu kecepatan cairan /gas meningkat di bagian sempit tabung, tabung, sebagian dari energi potensial (tekanan) tekanan) diubah menjadi energi kinetik sehingga dibagian ini tekanan menurun, menurun, P2 lebih kecil daripada P1 dan P3

24

5/24/2011

Hukum Bernoulli: ½ ρ v2 + p + ρ g h = C (konstan) konstan)


Atau

ρgh1 + p1 + ½ ρv12 = ρgh2 + p2 +







1/2

ρv22

Apabila tabung mengecil secara bertahap maka udara yang mengalir akan makin cepat sampai kecepatan kritis sehingga aliran yang tadinya laminer berubah jadi aliran turbulensi. turbulensi. Inilah prinsip bunyi bunyi nafas yang patologis

25

5/24/2011

Alat pengukur kecepatan aliran udara pada pernafasan 2. Pneumotachometer Alat mengukur kecepatan aliran udara expirasi dan inspirasi. inspirasi. Q =cepat =cepat aliran P P =perbedaan tekanan Q = ----R= =Resistensi Resistensi tetap dari alat R

26

5/24/2011

27

5/24/2011

28

5/24/2011

29

5/24/2011

Resistensi jalan nafas Kita dapat menghirup nafas dan menghembuskan nafas krn; krn;





Saat inspirasi inspirasi---  gaya gaya-- gaya di jalan nafas cenderung membuka jalan nafas. nafas. Saat expirasi -- --gaya gaya--gaya di jalan nafas cenderung menutup jalan nafas. nafas. Untuk bernafas kita mengalami di alatalat-alat pernafasan.. pernafasan Ini bisa disamakan dengan hukum pada listrik : V v = voltage V = I * R-----R------  R = ---I = kuat arus I R = resistensi

30

5/24/2011

Maka disini persamaannya menjadi ΛP Rg = --------ΛV / Λ t






Rg =

resistensi jalan nafas

ΛP=

perbedaan tekanan

Λv/Λt

=kecepatan volume aliran udara.. udara

Resistensi jalan nafas dinyatakan dalam, dalam, Pa / liter / detik atau cmH2 O/liter/detik O/liter/detik.. Pada orang dewasa; dewasa; Rg = 3,3cm H2 O/l/dtk O/l/dtk atau sama dengan 330 Pa/liter/detik.afas Pa/liter/detik.afas

31