ANATOMI DAN FISIOLOGI SISTEM PERNAFASAN

I. SISTEM PERNAFASAN

Mencakup pembicaraan ringkasan anatomi fisiologi pernafasan serta hubungan antara keduanya.

Secara mudah pernafasan adalah pergerakan oksigen dari atmosfir menuju sel tubuh dan keluarnya karbon dioksida dari sel tubuh ke udara luar. Masuknya oksigen dan pengeluaran karbon dioksida merupakan bagian dari fungsi normal sel untuk menjalankan metabolismenya. Diperlukan struktur yang terintegrasi untuk dapat melakukan pertukaran gas tersebut dari sel ke sistem pernafasan dan sebaliknya. Dengan demikian perlu integrasi dari beberapa sistem, seperti sistem pernafasan, sistem kardiovaskuler dan sistem susunan saraf.

II. ANATOMI SISTEM PERNAFASAN

Pada dasarnya anatomi sistem pernafasan terdiri dari rangkaian saluran yang menghantarkan udara dari luar yang kaya akan oksigen menuju membran kapiler alveoli yang kaya kapiler darah merupakan bagian dari sistem kardiovaskuler. Bernafas adalah pergerakan udara keluar masuk saluran pernafasan disebut juga ventilasi. Fungsi dari sistem persarafan termasuk saraf pusat adalah mengatur berlangsungnya ritme ventilasi,dengan mengatur gerakan otot dada dan diafragma.

Susunan saluran udara pernafasan dimulai dari hidung, faring, laring, trachea, bronchus dan bronchiolus. Ketika udara masuk melalui hidung, udara tersebut akan disaring, dihangatkan, dan dilembabkan, yang merupakan fungsi dari mukosa saluran nafas bersilia dan bersel goblet yang memproduksi mucus. Partikel debu yang kasar disaring oleh rambut yang terdapat dalam rongga hidung, sedangkan partikel yang halus terjerat dalam lapisan mucus yang melapisi mukosa. Silia akan mendorong mucus menuju faring yang kemudian akan dibatukkan atau tertelan. Kelembaban dijaga oleh air yang berasal dari lapisan mucus sedang pemanasan diberikan oleh jaringan pembuluh darah dibawahnya, sehingga udara yang masuk hampir bebas debu, bersuhu mendekati suhu tubuh dengan kelembaban mendekati 100 % ketika mencapai faring.

Laring organ yang dibentuk tulang rawan dan otot, mengalirkan udara yang masuk dari faring menuju trachea. Selain mengalirkan udara laring mempunyai fungsi yang lebih penting sebagai organ fonasi atau organ suara dan sebagai organ pelindung. Pita suara berada di pangkal laring, dan membentuk ruang segitiga yang dinamakan glottis, glottis merupakan antara saluran nafas bagian atas dan saluran nafas bagian bawah. Fungsi pelindung laring adalah sebagai berikut, pada waktu menelan makanan glottis menjaga agar makanan tidak masuk kedalam trachea, tetapi mengarahkan makanan masuk kedalam esophagus. Waktu menelan laring bergerak ke atas dan epiglottis akan menutup auditus laring sehingga glottis tertutup. Bila masih ada benda asing atau makanan masuk kedalam trachea, benda asing, makanan atau secret akan dibatukkan keluar saluran nafas bagian bawah.

Trachea merupakan saluran yang disokong oleh tulang rawan yang berbentuk lingkaran tidak sempurna seperti tapak kuda, sehingga permukaan posteriornya pipih. Pada pemakaian endotraheal, balon yang digelembungkan terlalu besar atau pada pemakaian yang lama, dapat menekan dinding posterior dan menimbulkan iritasi dan erosi sehingga dapat menimbulkan fistula trakheo esophageal. Erosi pada bagian anterior yang menembus tulang rawan dapat terjadi tetapi lebih jarang. Pipa dan balon dapat juga menyebabkan pembengkakan dan kerusakan pita suara. Karena itu penempatan pipa dan balon endotrakheal, harus diperhitungkan baik posisinya dan tekanannya. Trachea bercabang menjadi bronchus kanan dan kiri, tempat percabangan dinamakan karina, yang terdapat banyak saraf dan dapat menyebabkan batuk dan bronchospasme jika dirangsang. Struktur trachea dan bronchus digambarkan seperti sebuah pohon dan dinamakan trocheobronchial tree atau pohon tracheobronchial.

Bronchus merupakan kelanjutan dari trachea yang mengalirkan udara ke bronchiolus, disusun oleh cincin tulang rawan. Bronchus kanan membentuk sudut yang lebih landai terhadap trachea dibandingkan bronchus kiri, sedangkan bronchus kiri membentuk sudut yang lebih landai. Bronchus kanan juga lebih besar dan pendek, sedangkan bronchus kiri lebih kecil dan panjang. Pada pemasangan pipa endotrakheal yang terlalu dalam cenderung akan masuk ke bronchus kanan, sehingga udara tidak masuk ke bronchus kiri dan menyebabkan atelektasis paru kiri. Bila melakukan pembersihan bronchus, kateter lebih cenderung masuk ke bronchus kanan, demikian juga benda asing yang terhirup lebih sering tersangkut di bronchus kanan dari pada kiri.

Selanjutnya bronchus akan bercabang menjadi bronchus lobaris kemudian menjadi bronchus segmentalis. Selanjutnya percabangan dilanjutkan menjadi bronchiolus terminalis, yaitu saluran udara terkecil dengan diameter sekitar 1 mm. Bronchiolus tidak diperkuat oleh cincin tulang rawan, tetapi dikelilingi oleh otot polos. Sehingga ukurannya dapat berubah. Sampai ke bronchiolus terminalis, saluran berfungsi menghantarkan aliran udara menuju tempat pertukaran gas dalam jaringan paru.

Unit fungsional paru disebut juga asinus, terdapat setelah bronhiolus terminalis yaitu tempat pertukaran gas.

Asinus/ lobulus primer berdiameter 0,5 – 1 cm terdiri :

1. Bronchiolus respiratorius, memiliki beberapa kantung udara / alveolus

pada didndingnya

2. Duktus alveolaris dindingnya dibatasi oleh alveolus
3. Sakkus alveolaris terminalis

Struktur akhir yang strukturnya merupakan kelompok alveolus. Dari trachea sampai sakkus alveolaris terminalis terdapat 23 cabang. Alveolus dipisahkan oleh dinding tipis / septum dari alveolus disebelahnya, terdapat lubang komunikasi yang disebut pori – pori kohn. Alveolus hanya mempunyai satu lapisan sel saja yang lebih tipis dari diameter sel darah merah. Dalam tiap paru terdapat sekitar 300 juta alveolus, yang apabila dibentangkan menjadi seluas lapangan tennis. Untuk mencegah kolaps alveolus dilapisi oleh surfaktan.

Paru merupakan organ yang elastis, terletak di dalam rongga dada atau toraks, berbentuk kerucut, bagian atas disebut apeks dan bagian bawah disebut basis. Hilus merupakan bagian paru tempat masuknya bronchus, pembuluh darah pembuluh limfe. Paru kanan dan kiri dipisahkan oleh mediastinum, di dalamnya dijumpai jantung dan pembuluh darah besar. Paru kanan lebih besar dan terbagi 3 lobus sedangkan paru kiri lebih kecil dan terbagi 2 lobus. Pleura adalah lapisan kolagen elastis yang melapisi dinding dada disebut pleura parietalis dan melapisi paru dinamakan pleura viseralis. Diantara kedua pleura terdapat ruangan yang disebut rongga pleura, sebetulnya kedua pleura tersebut menempel karena tekanan dalam rongga tersebut lebih rendah dari tekanan atmosfir untuk mencegah paru menjadi kolaps. Kedua pleura itu hanya dilapisi oleh lapisan tipis, cairan pleura untuk memudahkan pergerakan paru, sehingga rongga pleura sebetulnya ruangan potensial saja yang baru terlihat bila terisi oleh cairan atau udara yang ada dalam jumlah yang bermakna.

III. PEREDARAN DARAH PARU

Paru mendapat aliran darah dari 2 sumber yaitu arteri bronchialis dan arteri pulmonalis. Arteri bronchialis mengalirkan darah yang kaya akan oksigen untuk kebutuhan metabolisme jaringan paru, berasal dari arteri torakalis. Pembuluh darah baliknya vena bronchialis yang besar bermuara ke vena kava superior dan yang kecil mengalirkan darah ke vana pulmonalis.

Arteri pulmonalis mengalirkan darah dari ventrikel kanan ke jaringan kapiler paru yang membungkus alveolus, sehingga terjadi pertukaran gas antara udara dalam alveolus dan darah. Darah yang kaya akan oksigen dialirkan menuju atrium kiri melalui vena pulmonalis, selanjutnya ke ventrikel kiri untuk didistribusikan ke seluruh tubuh.

Sistem peredaran darah paru mempunyai tekanan rendah dan resistensi rendah. Tekanan darah paru sekitar 25/10 mmHg, dengan tekanan rata – rata 15 mmHg, dengan demikian beban kerja ventrikel kanan lebih kecil dibandingkan ventrikel kiri, tetapi pada waktu kegiatan fisik aliran darah pulmoner dapat ditingkatkan tanpa kenaikan tekanan pulmoner yang berarti.

IV. MEKANISME KONTROL PERNAFASAN

Gerakan udara keluar masuk paru disebut ventilasi. Inspirasi merupakan proses masuknya udara ke dalam paru dan ekspirasi merupakam proses keluarnya udara dari dalam paru. Inspirasi merupakan proses aktif dimana otot pernafasan yang dapat mengangkat dinding dada dan sternum termasuk diafragma bekerja untuk mengembangkan volume rongga dada dan paru, sehingga udara masuk kedalam paru. Ekspirasi adalah proses pasif pada pernafasan biasa, disebabkan elastisitas dari paru, dinding dada, diafragma, isi abdomen dan dinding abdomen.

Otot pernafasan diatur oleh pusat pernafasan yang terdiri dari neuron dan reseptor di daerah pons dan medulla oblongata. Faktor utama yang mengatur pusat pernafasan adalah kemoreseptor yang peka terhadap perubahan partial CO₂ dan Ph di arteri. Penurunan tekanan partial O₂ arteri, juga dapat merangsang ventilasi. Kemoreseptor perifer seperti badan carotid yang terletak dipercabangan arteri karotis, badan aorta pada lengkung aorta, peka terhadap penurunan kadar O₂ arteri

Refleks Hering – Breuer, mengatur jumlah udara yang masuk kedalam paru, dimana reseptor regang mengirim sinyal kepusat nafas untuk menghentikan pengembangan berlanjut dan memulai lagi pengembangan paru pada akhir ekspirasi. Penelitian menujukan reflek ini tidak aktif pada orang dewasa kecuali bila volume tidal yang besar melebihi 1 liter, reflek ini penting pada bayi baru lahir.

Mekanisme lain yang ikut mengatur pernafasan pada saat seperti gerakan sendi otot akan meningkatkan ventilasi, penghentian pernafasan pada saat tertawa, menangis dan berbicara.

V. FISIOLOGI PERNAFASAN

Proses dimana oksigen berpindah dari udara ke jaringan dan pengeluaran CO₂ dari jaringan ke udara luar. Fisiologi pernafasan dibagi menjadi 3 stadium:

1. Ventilasi : Masuknya udara ke dalam dan keluar paru
2. Transportasi:

Respirasi eksterna, yaitu difusi gas – gas antar alveolus dan antara pembuluh darah sistemik dan sel – sel jaringan, distribusi darah dan udara dalam alveolus, reaksi kimia dan fisika antara oksigen, karbon dioksida dan darah.

3. Respirasi interna : Metabolisme didalam sel untuk menghasilkan energi

VI. VENTILASI

Pada saat inspirasi, rongga dada membesar sehingga tekanan intra pleura menurun dari -4 mmHg, menjadi – 8 mmHg, tekanan intra pulmoner atau tekanan saluran nafas menurun sampai sekitar -2 mmHg dari 0 mmHg saat dimulainya inspirasi. Hal ini menyebabkan udara masuk sampai akhir inspirasi, dimana tekanan saluran nafas sama dengan tekanan atmosfir.

Ekspirasi merupakan proses pasif karena elastisitas dinding dada, pada pernafasan biasa. Relaksasi otot pernafasan, lengkung diafragma naik menyebabkan volume toraks menurun, tekanan intra pulmoner naik sampai 1 – 2 diatas tekanan atmosfir, udara mengalir keluar.

VII. TRANSPORTASI

Difusi

Perbedaan tekanan parsial antara darah dan fase gas merupakan kekuatan pendorong untuk perpindahan fase tersebut, melintasi membaran antara alveolus dan kapiler yang sangat tipis berkisar 0,5 μm.

Tekanan parsial oksigen diatmosfir 149 mmHg, 21 % dari 760 mmHg, di alveolus turun menjadi 103 mmHg, karena tercampur uap air dan udara ruang rugi anatomik. Karena tekanan partial oksigen dalam darah lebih rendah, maka oksigen mudah berdifusi masuk kedalam aliran darah.

Perbedaan tekanan partial CO₂ antara darah dan alveolus sebesar 6 mmHg, sekalipun selisihnya relatif kecil, difusi tetap memadai melintasi membran alveolus karena CO₂ berdifusi 20 kali lebih cepat melewati membran alveolus dibandingkan O₂.

Dalam keadaan normal istirahat, difusi berlangsung kurang lebih 0,25 detik dari total kontak 0,75 detik untuk mencapai keseimbangan antara alveolus dan darah.

Ruang rugi anatomik, kira – kira 1 ml per pound berat badan, sekitar 150cc/150lb.

Hubungan Oksigen Dalam Darah

Diperlukan kesesuaian antara ventilasi dan perfusi, yaitu distribusi yang merata dari udara dalam paru dan perfusi darah dalam kapiler dan sebaliknya. Pada orang normal dengan posisi tegak dan keadaan istirahat maka ventilasi dan perfusi hampir seimbang kecuali bagian apeks paru. Karena pengaruh gravitasi, sirkulasi pulmoner dengan tekanan dan resistensi rendah mengakibatkan aliran darah dibasis paru lebih besar daripada diapeks.

Dengan laju ventilasi alveolar normal (4 l/menit) nilai keseimbangan rata – rata antara ventilasi dan perfusi adalah 0,8 (V/Q adalah 0,8).

Transport Oksigen Dalam Darah

Oksigen dingkut dari paru menuju jaringan melalui 2 jalur, pertama secara fisik larut dalam plasma dan kedua secara kimiawi berikatan dengan hemoglobin sebagai oksihaemoglobin (HbO₂).

PaO₂ adalah tekanan partial oksigen di dalam darah arteri, ditentukan jumlah oksigen yang larut dalam plasma darah. Oksigen yang larut dalam plasma, jumlahnya sangat kecil sekitar 1 % dari jumlah total oksigen yang diangkut ke jaringan, karena tekanan itu tidak memadai sekalipun untuk bertahan hidup dalam keadaan istirahat. Oksigen yang terlarut plasma mempunyai hubungan dengan PaO₂ (tekanan partial oksigen dalam darah alveolus) dan daya larut oksigen dalam plasma.

HbO₂ (oksigenmoglobin), adalah ikatan kimia antara oksigen dan hemoglobin yang bersifat reversible. 1 gram hemoglobin dapat mengikat 1,34 ml oksigen, jadi bila konsentrasi rata-rata hemoglobin dalam darah orang dewasa 15 gram per 100 ml darah, maka akan mengangkut 15 X 1,34 ml atau 20,1 ml oksigen memberikan kejenuhan total (SaO2 100 %). Tetapi darah yang meninggalkan kapiler paru mendapat sedikit campuran darah vena dari sirkulasi bronchial, sehinga tingkat kejenuhan turun menjadi 97 % dan oksigen yang diangkut dalam arterial menjadi 19,5 ml (0.97 x 20,2 ml) per 100 ml darah.

Pada tingkat jaringan,oksigen berdisosiasi dari hemoglobin dan berdifusi ke dalam plasma, yang kemudian berdifusi ke dalam sel-sel untuk memenuhi kebutuhan jaringan untuk metabolisme. Sekitar 75 % hemoglobin masih berikatan dan kembali ke sirkulasi paru dalam bentuk vena campuran. Jadi hanya 25 % oksigen dalam darah arteri yang diperlukan untuk keperluan metabolisme jaringan.

Hemoglobin yang telah melepaskan oksigen disebut hemoglobin tereduksi (HHb), berwarna ungu, dan menyebabkan warna kebiruan pada darah vena, seperti yang terlihat pada vena-vena superficial. Oksihemoglobin berwarna merah terang dan menyebabkan warna kemerah-merahan pada darah arteria.

Kurva Disosiasi Oksihemoglobin

Kurva disosiasi oksihemoglobin menggambarkan afinitas hemoglobin terhadap oksigen pada berbagai tekanan partial. Berbagai tekanan partial oksigen dalam darah dihubungkan dengan kejenuhan hemoglobin, didapatkan gambaran kurva berbentuk huruf S. bagian atas mendatarar dan dikenal sebagai arteri, dan bagian lebih ke bawah berbentuk curam dan dikenal sebagai bagian vena. Pada bagian datar perubahan besar pada tekanan oksigen hanya mengubah sedikit kejenuhan oksihemoglobin, berarti jumlah oksigen yang diangkut ke jaringan relatif konstan. Pada bagian vena yang curam, perubahan besar pada tingkat kejenuhan hanya terjadi sedikit perubahan tekanan partial oksigen.

Afinitas oksigen terhadap haemoglobin, penting untuk memahami kapasitas angkut oksigen, karena pangambilan oksigen oleh paru dan suplai oksigen untuk jaringan, yang dipengaruhi oleh banyak faktor.

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI AKTIVITAS OKSIHEMOGLOBIN
Kurva disosiasi oksiHemoglobnin	Kurva Disosiasi oksihemoglobin
Bergeser ke kiri	Bergeser Ke kanan
(P50) menurun	(P50) meningkat
Ph ↑	Ph ↓
PCO2 ↓	PCO2 ↑
Suhu ↓	Suhu ↑
2,3 DPG ↓	2,3 DPG ↑

Kurva oksihemoglobin bergeser ke kanan, afinitas hemoglobin terhadap oksigen berkurang. Pergeseran kurva sedikit ke kanan, seperti digambarkan oleh bagian vena (Ph 7,38), akan membantu pelepasan oksigen ke jaringan, hal ini dikenal sebagai efek Bohr.

Pergeseran kurva disosiasi ke kiri, menyebabkan peningkatan afinitas hemoglobin terhadap oksigen. Akibatnya pengambilan oksigen di paru meningkat, tetapi pelepasan oksigen ke jaringan terganggu.

Afinitas oksigen didefinisikan secara umum adalah PO₂ yang dibutuhkan untuk menghasilkan kejenuhan 50 %. Bila kurva disosiasi bergeser ke kanan, maka P₅₀ akan meningkat, sedangkan pergeseran kurva ke kiri P₅₀ akan menurun. Aktivitas karbon monoksida terhadap hemoglobin sekitar 250 X lebih besar dari pada afinitas oksigen terhadap hemoglobin. Bila karbon monoksida terhirup, akan berkaitan dengan hemoglobin membentuk karboksihemoglobin yang tidak reversibel, sehingga transport oksigen berkurang.

Transport Karbondioksida Dalam Darah

Transport karbondioksida dari jaringan ke paru melalui tiga cara :

1. Larut dalam plasma secara fisik : 10 %, CO₂ lebih mudah larut dalam plasma dibandingkan oksigen
2. Karbaminohemoglobin : 20 % berikatan dengan gugus amino pada hemoglobin
3. Bikarbonat plasma : 70 % diangkut dalam bentuk ini

Karbon dioksida berikatan dengan bentuk reaksi berikut ini :

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^-

Persamaan ini dinamakan persamaan dapar asam karbonat-bikarbonat, bersifat reversibel. Pada keadaan hiperventilasi dimana ventilasi alvorlar berlebih, akan menyebabkan alkalosis (Ph darah naik), akibat pelepasan CO₂ meningkat. Dan pada keadaan hipoventilasi, dimana ventilasi alveolar, akan menyebabkan asidosis (Ph darah turun), akibat retensi CO₂.

Kurva disosiasi CO₂, berbentuk hampir linier, seperti kandungan CO₂ dalam darah berhubungan langsung dengan PCO₂, karena itu, PCO₂ merupakan petunjuk yang baik akan kecukupan ventilasi.

KAPASITAS DAN VOLUME PARU

Volume dan kapasitas paru merupakan pengukuran anatomis yang dipengaruhi oleh latihan fisik dan penyakit. Spirometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur volume dan kapasitas paru, yang menggambarkan elastisitas paru dan thorax.

	KAPASITAS VOLUME PARU
		NILAI RATA-RATA
PENGUKURAN	SIMBOL	PRIA DEWASA	DEFINISI
VOLUME TIDAL	VT	500	Jumlah udara yang diinspirasi dan diekpirasi setiap kali bernafas (dalam istirahat)
VOLUME CADANGAN ISPIRASI	IRV	3100	Jumlah udara yang dapat diinspirasikan secara paksa, setelah inspirasi volume tidal normal
VOLUME CADANGAN EKSPIRASI	ERV	1200	Jumlah udara yang dapat diekspirasikan secara paksa sesudah ekpirasi volume tidal normal
VOLUME RESIDU	RV	1200	Jumlah udara yang tertnggal dalam paru sesudah ekpirasi paksa
KAPASITAS PARU TOTAL	TLC	6000	Jumlah udara maksimal yang dapat masuk setelah inspirasi maksimal
			TLC = Vt + ERV +RV
KAPASITAS VITAL	VC	4800	Jumlah udara maksimal yang dapat diekspirasi setelah inspirasi maksimal
			VC = Vt +IRV +ERV
			(80 % TLV)
KAPASITAS INSPIRASI	IC	3600	Jumlah udara maksimal yang dapat diinspirasi sesudah ekspirasi normal
			IC = Vt + IRV
KAPASITAS RESIDU FUNGSIONAL	FRC	2400	Volume udara tertnggal dalam paru sesudah ekspirasi volume tidal normal
			FRC = ERV + RV