Pernapasan atau respirasi adalah pertukaran gas antara makhluk hidup (organisme) dengan lingkungannya. Secara umum, pernapasan dapat diartikan sebagai proses menghirup oksigen dari udara serta mengeluarkan karbon dioksida dan uap air. Dalam proses pernapasan, oksigen merupakan zat kebutuhan utama. Oksigen untuk pernapasan diperoleh dari udara di lingkungan sekitar.
Sistem Respirasi untuk Hidup
Pernapasan pada manusia mencakup dua proses, yaitu :
-
Pernapasan eksternal
Adalah pernapasan dimana pertukaran oksigen dan karbon dioksida yang terjadi antara udara dalam gelembung paru-paru dengan darah dalam kapiler.
-
Pernapasan internal
Adalah pernapasan dimana pertukaran oksigen dan karbon dioksida antara darah dalam kapiler dengan sel-sel jaringan tubuh.
Dalam proses pernapasan, oksigen dibutuhkan untuk oksidasi (pembakaran) zat makanan. Zat makanan yang dioksidasi tersebut yaitu gula (glukosa). Glukosa merupakan zat makanan yang mengandung energi. Proses oksidasi zat makanan, yaitu glukosa, bertujuan untuk menghasilkan energi. Jadi, pernapasan atau respirasi yang dilakukan organisme bertujuan untuk mengambil energi yang terkandung di dalam makanan.
Hasil utama pernapasan adalah energi. Energi yang dihasilkan digunakan untuk aktivitas hidup, misalnya untuk pertumbuhan, mempertahankan suhu tubuh, pembelahan sel-sel tubuh, dan kontraksi otot.
Alat Pernafasan Pada Manusia
-
Rongga Hidung
Rongga hidung merupakan jalan masuk oksigen untuk pernapasan, dan jalan keluar karbon dioksida serta uap air sisa pernapasan. Di dalam rongga hidung terjadi penyaringan udara dari debu-debu yang masuk bersama udara. Udara yang masuk ke dalam rongga hidung juga mengalami proses penghangatan agar sesuai dengan suhu tubuh kita. Demikian juga pula kelembapan udara diatur agar sesuai dengan kelembapan tubuh kita.
-
Faring (tekak)
Faring berbentuk seperti tabung corong yang terletak di belakang rongga hidung dan mulut. Faring berfungsi sebagai jalan bagi udara dan makanan. Selain itu, faring juga berfungsi sebagai ruang getar untuk menghasilkan suara.
-
Laring (pangkal tenggorokan)
Laring terdapat di antara faring dan trakea. Dinding laring tersusun dari sembilan buah tulang rawan. Salah satu tulang rawan tersusun dari dua lempeng kartilago hialin yang menyatu dan membentuk segitiga. Bagian ini disebut jakun. Di dalam laring terdapat epiglotis dan pita suara. Epiglotis merupakan kartilago elastis yang berbentuk seperti daun. Epiglotis dapat membuka dan menutup. Pada saat menelan makanan, epiglotis menutup sehingga makanan tidak masuk ke tenggorokan tetapi menuju kerongkongan. Pita suara merupakan selaput lendir yang membentuk dua pasang lipatan dan dapat bergetar menghasilkan suara.
-
Trakea (batang tenggorokan)
Trakea berbentuk seperti pipa yang terletak memanjang di bagian leher dan rongga dada (toraks). Trakea tersusun dari cincin tulang rawan dan otot polos. Dinding bagian dalam trakea berlapis sel-sel epitel berambut getar (silia) dan selaput lendir. Trakea bercabang dua, yang satu menuju paru-paru kiri dan yang lain menuju paru-paru kanan. Cabang trakea disebut bronkus.
-
Pulmo (paru-paru)
Paru-paru terletak di dalam rongga dada bagian atas. Rongga dada dan rongga perut dipisahkan oleh sekat, yaitu diafragma. Paru-paru terbagi menjadi dua bagian, yaitu paru-paru kanan dan paru-paru kiri. Paru-paru kanan terdiri dari tiga gelambir dan paru-paru kiri terdiri dari dua gelambir. Paru-paru dibungkus oleh selaput paru-paru tipis yang disebut pleura.
Mekanisme Pernafasan
Pernapasan merupakan suatu proses yang terjadi dengan sendirinya (secara otomatis). Walaupun kita dalam keadaan tidur, proses pernapasan berjalan terus. Pada saat kita bernapas ada dua proses yang terjadi yaitu inspirasi (proses masuknya udara ke dalam paru-paru) dan ekspirasi (proses keluarnya udara dari paru-paru). Inspirasi dan ekspirasi terjadi antara 15 – 18 kali setiap menit. Proses inspirasi dan ekspirasi diatur oleh otot-otot diafragma dan otot antartulang rusuk.
-
Pernapasan Dada
Terjadi karena aktivitas otot antartulang rusuk. Bila otot antartulang rusuk berkerut (berkontraksi), maka tulang-tulang rusuk akan terangkat dan volume rongga dada akan membesar. Keadaan ini menyebabkan penurunan tekanan udara di dalam paru-paru. Karena tekanan udara di luar tubuh lebih besar, maka udara dari luar yang kaya oksigen masuk ke dalam paru-paru. Dengan demikian terjadilah inspirasi.
Bila otot-otot antartulang rusuk mengendor (relakasasi), yaitu kembali pada posisi semula, maka tulang-tulang rusuk akan tertekan. Akibatnya, volume rongga dada mengecil. Keadaan ini mengakibatkan naiknya tekanan udara di dalam paru-paru.
-
Pernapasan Perut
Pernapasan perut terjadi karena aktivitas otot-otot diafragma yang membatasi rongga perut dan rongga dada. Bila otot diafragma berkontraksi, maka diafragma akan mendatar. Keadaan ini mengakibatkan rongga dada membesar sehingga tekanan udara di paru-paru mengecil. Akibatnya, udara luar yang kaya oksigen masuk ke dalam paru-paru melalui saluran pernapasan. Dengan demikian, terjadilah inspirasi.
Sebaliknya, bila otot diafragma relaksasi (kembali pada posisi semula), maka kedudukan diafragma melengkung ke atas. Keadaan ini mengakibatkan rongga dada membesar. Akibatnya, udara dari paru-paru yang kaya karbon dioksida terdorong ke luar. Dengan demikian terjadilah ekspirasi.
Volume Dan Kapasitas Paru-Paru
Volume Paru
Terdapat 4 volume paru dan bila semua dijumlahkan sama dengan volume maksimal paru yang mengembang.
- Volume Tidal
- Volume Cadangan Inspirasi
- Volume Cadangan Ekspirasi
- Volume Sisa
Kapasitas Paru
- Kapasitas Inspirasi
- Kapasitas Sisa Fungsional
- Kapasitas Vital
- Kapasitas Total Paru
Pengaturan Pernafasan
- Kontrol saraf pada waktu bernapas
- Pusat-pusat medulla oblongata
- Pengaruh pons dan vagus
- Pengaturan irama
Cara Kerja Pernafasan
-
Pernapasan luar : kecenderungan kekutan teknan molekul gas yang meningkat sampai pada ketidak seimbangan menjadi tidak setabil.
-
Pernapasan dalam : hasil O2 yang disebarkan keluar pembuluh kapiler dan CO2 diterima oleh pembuluh kapiler sampai tekanan bagian kepiler (bagian membrane).
Sistem Respirasi untuk Bicara
Proses Fisiologi Bicara
Menurut beberapa ahli komunikasi, bicara adalah kemampuan anak untuk berkomunikasi dengan bahasa oral (mulut) yang membutuhkan kombinasi yang serasi dari sistem neuromuskular untuk mengeluarkan fonasi dan artikulasi suara. Proses bicara melibatkan beberapa sistem dan fungsi tubuh, melibatkan sistem pernapasan, pusat khusus pengatur bicara di otak dalam korteks serebri, pusat respirasi di dalam batang otak dan struktur artikulasi, resonansi dari mulut serta rongga hidung.
Terdapat 2 hal proses terjadinya bicara, yaitu proses sensoris dan motoris. Aspek sensoris meliputi pendengaran, penglihatan, dan rasa raba berfungsi untuk memahami apa yang didengar, dilihat dan dirasa. Aspek motorik yaitu mengatur laring, alat-alat untuk artikulasi, tindakan artikulasi dan laring yang bertanggung jawab untuk pengeluaran suara.
Pada hemisfer dominan otak atau sistem susunan saraf pusat terdapat pusat- pusat yang mengatur mekanisme berbahasa yakni dua pusat bahasa reseptif area 41 dan 42 (area wernick), merupakan pusat persepsi auditori-leksik yaitu mengurus pengenalan dan pengertian segala sesuatu yang berkaitan dengan bahasa lisan (verbal). Area 39 broadman adalah pusat persepsi visuo-leksik yang mengurus pengenalan dan pengertian segala sesuatu yang bersangkutan dengan bahasa tulis. Sedangkan area Broca adalah pusat bahasa ekspresif. Pusat-pusat tersebut berhubungan satu sama lain melalui serabut asosiasi.
Saat mendengar pembicaraan maka getaran udara yang ditimbulkan akan masuk melalui lubang telinga luar kemudian menimbulkan getaran pada membran timpani. Dari sini rangsangan diteruskan oleh ketiga tulang kecil dalam telinga tengah ke telinga bagian dalam. Di telinga bagian dalam terdapat reseptor sensoris untuk pendengaran yang disebut Coclea. Saat gelombang suara mencapai coclea maka impuls ini diteruskan oleh saraf VIII ke area pendengaran primer di otak diteruskan ke area wernick. Kemudian jawaban diformulasikan dan disalurkan dalam bentuk artikulasi, diteruskan ke area motorik di otak yang mengontrol gerakan bicara. Selanjutnya proses bicara dihasilkan oleh getaran vibrasi dari pita suara yang dibantu oleh aliran udara dari paru-paru, sedangkan bunyi dibentuk oleh gerakan bibir, lidah dan palatum (langit-langit). Jadi untuk proses bicara diperlukan koordinasi sistem saraf motoris dan sensoris dimana organ pendengaran sangat penting.
Proses reseptif – Proses dekode
Segera saat rangsangan auditori diterima, formasi retikulum pada batang otak akan menyusun tonus untuk otak dan menentukan modalitas dan rangsang mana yang akan diterima otak. Rangsang tersebut ditangkap oleh talamus dan selanjutnya diteruskan ke area korteks auditori pada girus Heschls, dimana sebagian besar signal yang diterima oleh girus ini berasal dari sisi telinga yang berlawanan.
Girus dan area asosiasi auditori akan memilah informasi bermakna yang masuk. Selanjutnya masukan linguistik yang sudah dikode, dikirim ke lobus temporal kiri untuk diproses. Sementara masukan paralinguistik berupa intonasi, tekanan, irama dan kecepatan masuk ke lobus temporal kanan. Analisa linguistik dilakukan pada area Wernicke di lobus temporal kiri. Girus angular dan supramarginal membantu proses integrasi informasi visual, auditori dan raba serta perwakilan linguistik. Proses dekode dimulai dengan dekode fonologi berupa penerimaan unit suara melalui telinga, dilanjutkan dengan dekode gramatika. Proses berakhir pada dekode semantik dengan pemahaman konsep atau ide yang disampaikan lewat pengkodean tersebut.
Proses ekspresif – Proses encode
Proses produksi berlokasi pada area yang sama pada otak. Struktur untuk pesan yang masuk ini diatur pada area Wernicke, pesan diteruskan melalui fasikulus arkuatum ke area Broca untuk penguraian dan koordinasi verbalisasi pesan tersebut. Signal kemudian melewati korteks motorik yang mengaktifkan otot-otot respirasi, fonasi, resonansi dan artikulasi. Ini merupakan proses aktif pemilihan lambang dan formulasi pesan. Proses enkode dimulai dengan enkode semantik yang dilanjutkan dengan enkode gramatika dan berakhir pada enkode fonologi. Keseluruhan proses enkode ini terjadi di otak/pusat pembicara.
Di antara proses dekode dan enkode terdapat proses transmisi, yaitu pemindahan atau penyampaian kode atau disebut kode bahasa. Transmisi ini terjadi antara mulut pembicara dan telinga pendengar. Proses decode-encode diatas disimpulkan sebagai proses komunikasi. Dalam proses perkembangan bahasa, kemampuan menggunakan bahasa reseptif dan ekspresif harus berkembang dengan baik.
Struktur Fungsional Organ Pengucapan, Suara, dan Bicara
Bicara adalah pembentukan dan pengorganisasian suara menjadi simbol atau lambang yang merupakan interaksi sejumlah organ yang terdiri dari:
-
Organ Respirasi terdiri dari trakea, bronkus, dan paru-paru. Aliran udara respirasi merupakan sumber kekuatan yang diperlukan untuk mencetuskan suara dan diatur tekanannya mulai dari paru-paru.
-
Organ Fonasi Laring dengan otot-otot instrinsik dan ekstrinsiknya dan pita suara yang merupakan bagian terpenting laring. Laring merupakan penghubung antara faring dan trakea, didesain untuk memproduksi suara (fonasi). Laring ini terdiri dari 9 kartilago, 3 kartilago yang berpasangan, dan 3 yang tidak berpasangan. Organ ini terletak pada midline di depan cervikal vertebra ke 3 sampai 6.
-
Organ ini dibagi ke dalam 3 regio:Vestibule, Ventricle, Infraglotitic.
Pergerakan pita suara (abduksi, adduksi dan tension) dipengaruhi oleh otot-otot yang terdapat disekitar laring, dimana fungsi otot-otot tersebut adalah:
- M. Cricothyroideus : menegangkan pita suara
- M. Tyroarytenoideus (vocalis) : relaksasi pita suara
- M. Cricoarytenoideus lateralis : adduksi pita suara
- M. Cricoarytenoideus posterior : abduksi pita suara
- M. Arytenoideus transversus : menutup bagian posterior rima glotidis
Proses Pernapasan Untuk Bicara
Setelah udara meninggalkan paru-paru, udara mengalir melalui laring yang berfungsi sebagai vibrator yang diperankan oleh pita suara
Pita suara diregangkan serta diatur posisinya oleh beberapa otot khusus laring, dengan adanya perbedaan regangan dan ruang yang dibentuknya, maka terbentuk celah dengan macam-macam ukuran yang menghasilkan suara sebagai berikut:
-
Voiceless, yaitu pita suara membuka penuh waktu inspirasi, pita suara saling menjauh, sehingga udara bebas lewat di antaranya.
-
Voiced, yaitu pita suara bergetar ke arah lateral. Udara mendorong pita suara saling menjauh, aliran udara lewat dengan cepat yang menarik kembali pita suara untuk asling mendekat, proses ini berlangsung berulang-ulang sehingga terjadi getaran pita suara. Suara yang dihasilkan oleh proses fonasi memiliki nada (frekuensi), kekerasan (intensitas), dan kualitas lemah. Suara hasil produksi laring yang hanya berkaitan dengan bicara disebut fonasi-suara-bisikan, sebaliknya suara lain yang diproduksi laring yang tidak berkaitan dengan bicara tidak dapat disebut suara fonasi (batuk, berdehem, tertawa).
Organ Resonansi
Terdiri dari rongga faring, rongga hidung, dan sinus paranasalis. Sumber suara fonasi pada pita suara intensitasnya lemah, tidak berwarna dan sulit dikenal. Dengan adanya alat-alat resonansi yang berfungsi sebagai resonator, maka suara tersebut mendapat variasi pada frekuensi tertentu, intensitasnya meningkat, demikian juga pada kualitasnya (warna suara) dan idenitasnya, tetapi suara yang sudah diresonansi ini masih bukan merupakan suara bicara. Ciri-ciri resonansi sangat bervariasi pada setiap orang dan merupakan aspek yang sangat penting bagi efektivitas bicara.
Organ Artikulasi
Adalah bibir, palatum mole-durum, lidah, pipi, gigi, mandibular.
Vocal Tract
Vocal tract pada manusia merupakan acoustic tube dari cross section dengan panjang sekitar 17 cm dari vocal fold hingga bibir. Area cross section ini bervariasi dari 0-20 cm2 dengan penempatan bibir, rahang, lidah, dan velum (palatum lunak). Perangkap (trap-door action) yang dibuat sepasang velum pada vocal tract membuat secondary cavity yang berpartisipasi dalam speech production- nasal tract. Kavitas nasalis memiliki panjang sekitar 12 cm dan luas 60 cm3.
Untuk bunyi suara, sumber rangsang adalah velocity volume dari udara yang melewati vocal cords. Vocal tract bertindak pada sumber ini sebagai filter dengan frekuensi yang diinginkan, berkorespondensi dengan resonansi akustik dari vocal tract.
Voiced Sounds
Suara diproduksi dengan meningkatkan tekanan udara di paru-paru dan menekan udara untuk bergerak ke glottis (lubang antara vocal cords), sehingga vocal cords bergetar. Getaran tersebut mengganggu aliran udara dan menyebabkan getaran broad spectrum quasi-periodic yang berada di vocal tract. Ligament yang bergetar dari vocal cords memiliki panjang 18 mm dan glottal yang secara khusus bervariasi dalam area dari 0-20 mm2. Otot laryngeal yang mengatur vocal folds dibagi menjadi tensors, abductors, dan adductors. Naik dan turunnya pitch dari suara dikontrol oleh aksi dari tensor– cricothyroid dan otot vocalis. Variasi dalam tekanan subglottal juga penting untuk mengatur derajat getaran laryngeal.
Otot-otot Pernafasan
Respirasi merupakan proses pertukaran oksigen dan karbon dioksida antara sel-sel tubuh dan lingkungan eksternal. Menurut fisiologi sistem pernapasan, proses respirasi dapat dibagi menjadi dua jenis; respirasi sel dan respirasi eksternal. Respirasi seluler meliputi proses metabolisme intraseluler terjadi di dalam mitokondria.
Respirasi eksternal adalah seluruh proses pertukaran oksigen dan karbon dioksida antara lingkungan eksternal dan sel-sel tubuh. Namun, sistem pernapasan tidak terlibat dalam setiap tahapan respirasi, tetapi hanya terlibat dalam langkah awal termasuk ventilasi pertukaran gas antara paru-paru dan darah. Sisa dari langkah- langkah yang dilakukan oleh sistem peredaran darah yang meliputi transportasi oksigen dan karbon dioksida antara paru-paru dan jaringan melalui darah, dan difusi gas di kapiler sistemik.
Mekanisme pernapasan melibatkan aksi otot-otot pernapasan, yang menyebabkan udara bergerak masuk dan keluar dari paru-paru.
Udara berpindah ke bagian dalam paru-paru yang dikenal sebagai inhalasi, atau inspirasi, dan udara yang bergerak keluar disebut ekshalasi, atau ekspirasi.
Otot-otot utama yang terlibat dalam gerakan pernapasan adalah diafragma, otot besar yang membentuk lantai dari rongga dada, dan otot-otot interkostal, yang melekat pada tulang rusuk.
Ketika menghirup, otot-otot bekerja sama untuk meningkatkan ukuran ruang dada, menurunkan tekanan di dalam paru-paru dan menarik udara dari luar.
Hembusan melibatkan relaksasi diafragma dan otot interkostal, mengurangi volume rongga dada dan ini, dikombinasikan dengan elastisitas alami paru-paru ‘, berfungsi untuk meningkatkan tekanan di dalam paru-paru dan memindahkan udara keluar.
Pada orang dewasa saat istirahat, mekanisme biasanya pada tingkat antara 16 dan 20 napas per menit. Hal ini dicapai dengan meningkatkan dan menurunkan kapasitas rongga dada secara bergantian. Ukuran ruang dada dapat ditingkatkan dalam arah vertikal dengan menurunkan lantai, yang dicapai dengan kontraksi diafragma.
Kontraksi menyebabkan bentuk kubah diafragma menjadi meratakan keluar, sehingga secara efektif turun dan meningkatkan dimensi vertikal dari rongga dada. Jumlah ruang di dada dari depan ke belakang meningkat oleh aksi otot interkostal. Ini bekerja untuk mengangkat tulang rusuk, menarik mereka bersama-sama dan mengangkat mereka ke arah tulang rusuk paling atas, yang ditetapkan oleh otot-otot leher. Gerakan tulang rusuk bagian atas menyerupai pegangan pompa yang mengangkat, mendorong bagian bawah tulang dada depan dan meningkatkan diameter dada dari belakang ke depan. Aspek mekanisme pernapasan akan meningkatkan ukuran ruang dada yang diukur dari sisi ke sisi.
Selama pernapasan, saat otot-otot rileks, semua tindakan yang terkait dengan inhalasi terbalik, dan dimensi ruang dada berkurang. Secara normal, pernapasan tenang adalah proses tak sadar, yang dilakukan seseorang tanpa harus berpikir tentang hal itu untuk hal itu terjadi.
Mekanisme pernapasan melibatkan penggunaan otot-otot pernafasan untuk membawa
udara masuk dan keluar dari paru- paru. Otot-otot interkostal, yang mengelilingi tulang rusuk, yang terlibat dalam mekanisme bernapas.
Kadang-kadang, apa yang dikenal sebagai respirasi paksa terjadi, di mana seseorang mengambil kontrol sadar pernapasan, misalnya ketika memainkan alat musik tiup atau mengambil olahraga berat. Di sini, mekanisme pernapasan sedikit berbeda dan otot ekstra dibawa ke dalam tindakan, termasuk beberapa dari leher dan perut.
Inhalasi dan Ekshalasi adalah proses ventilasi (ventilasi paru), yang mengatur pergerakan udara antara lingkungan dan alveoli pada paru-paru.
-
Inhalasi
Inhalasi adalah proses aktif dimana seseorang mengambil udara ke dalam tubuh melalui mulut dan hidung dan mendorong udara ke paru-paru. Inhalasi dikendalikan oleh otak. Selama proses inhalasi, kontraksi otot diafragma dan interkostal menyebabkan pembesaran rongga dada. Hal ini menciptakan kondisi sedikit vakum karena penurunan tekanan udara pada paru-paru. Karena gradien tekanan antara atmosfer dan rongga dada, udara bergerak ke paru-paru melalui trakea. Ketika tekanan udara telah sama, inhalasi berhenti.
-
Ekshalasi
Ekshalasi adalah proses pemindahan keluar udara dari paru-paru ke atmosfer luar selama ventilasi. Ini adalah proses pasif yang tidak melibatkan kontraksi otot. Meskipun pasif, hal itu bisa dilakukan secara aktif oleh kontraktor otot- otot dinding dada dan perut. Selama proses ekshalasi, otot diafragma dan interkostal rileks, menyebabkan rongga dada untuk mengurangi ukuran. Akhirnya menciptakan tekanan tinggi pada paru-paru karena pengurangan volume sehingga gradien tekanan yang dihasilkan menyebabkan udara keluar dari paru-paru melalui trakea ke atmosfer.