Istilah faal diambil dari bahasa Arab, berarti “pertanda, fungsi dan kerja”. Fisiologi menggunakan berbagai metode untuk mempelajari biomolekul, sel, jaringan, organ, sistem organ, dan organisme secara keseluruhan menjalankan fungsi fisik dan kimiawinya untuk mendukung kehidupan.
Bagaimana fisiologis paru-paru manusia ?
Fungsi paru secara umum yaitu untuk memfasilitasi proses pertukaran oksigen dan karbondioksida. Untuk menjalankan fungsinya dengan baik, paru-paru dilapisi oleh pleura. Pleura merupakan kantung tertutup yang terbuat dari membran serosa yang di dalamnya mengandung cairan serosa. Paru terinvaginasi (tertekan masuk ke dalam) lapisan ini, sehingga membentuk dua lapisan penutup. Satu bagian melekat kuat pada paru dan bagian lainnya pada dinding rongga toraks. Bagian pleura yang melekat kuat pada paru disebut pleura viseralis dan lapisan paru yang membatasi rongga toraks disebut pleura parietalis (Muttaqin, 2008).
Otot-otot pernapasan merupakan sumber kekuatan untuk menghembuskan udara. Diafragma merupakan otot utama yang ikut berperan meningkatkan volume paru (Muttaqin, 2008). Pertukaran udara masuk dan keluar akan menyebabkan peningkatan dan penurunan volume rongga toraks. Pada proses tersebut, paru-paru tidak mengalami kontraksi tetapi mengalami peningkatan dan penurunan volume. Otot-otot di sekitar paru-paru seperti otot interkostal dan diafragma mengalami kontraksi saat terjadi inspirasi. Secara normal, proses ekspirasi merupakan proses pasif, sedangkan proses inspirasi merupakan proses aktif (yaitu terjadi kontraksi otot). Dengan adanya peningkatan rongga toraks, tekanan di sekitar paru- paru akan menurun, dan selanjutnya paru-paru akan mengembang dan udara dari luar akan masuk atau terhisap ke dalam paru-paru (Mihaela, 2013).
Pada saat istirahat, otot-otot pernapasan mengalami relaksasi. Saat inspirasi, otot sternokleidomastoides, otot skalenes, otot pektoralis minor, otot serratus anterior, dan otot interkostalis sebelah luar mengalami kontraksi sehingga menekan diafragma ke bawah dan mengangkat rongga dada untuk membantu masuknya udara ke dalam paru. Sedangkan pada fase ekspirasi, otot-otot tranversal dada, otot interkostalis sebelah dalam, dan otot abdominal mengalami kontraksi, sehingga mengangkat diafragma dan menarik rongga dada untuk mengeluarkan udara dari paru (Muttaqin, 2008).
Proses kembang kempis paru (kembali ke bentuk semula) dikarenakan adanya elastic recoil, yang terdiri dari dua komponen jaringan yaitu komponen elastis yang menjaga elastisitas jaringan dan menjaga kekuatan yang dapat merubah bentuk permukaan udara-air alveoli (DePalo & McCool, 2003).
Paru-paru memerlukan kekuatan setempat yang sebanding dengan tegangan permukaannya untuk mendapatkan luas permukaan difusi yang besar. Tegangan permukaan ini merupakan daya tarik yang lebih besar molekul cairan jika dibandingkan dengan molekul cairan dan udara. Komponen yang berfungsi mendukung kerja paru yaitu serat saraf penghubung (diatur oleh kolagen dan elastin) dan surfaktan. (Predergast & Rouss, 2005).
Surfaktan merupakan molekul yang bersifat hidrofobik yang akan memindahkan molekul-molekul air dari permukaan udara-cairan sehingga akan mengurangi tegangan permukaan. Penurunan tegangan permukaan akan mengurangi tekanan elastic recoil paru dan menurunkan tekanan yang dibutuhkan untuk proses pengembangan paru. Selain itu, akan menaikkan stabilitas alveolus dan memproteksi dari atelectasis, serta membatasi penurunan tekanan hidrostatik pada perikapilari interstisial yang disebabkan oleh tegangan permukaan. Apabila surfaktan tidak ada, atau kurang akan menyebabkan meningkatnya tegangan permukaan sehingga akan terjadi penurunan volume alveolar selama proses ekspirasi dan dapat berakibat kegagalan alveoli (Prendergast & Rouss, 2005).
Volume udara di paru-paru dibedakan menjadi volume dan kapasitas.
Kapasitas merupakan fungsi dari volume paru.
Untuk mengetahui fungsi paru, dilakukan tes untuk mengukur FVC dan FEV1.
Paru-paru dan dinding dada adalah struktur yang elastis. Dalam keadaan normal terdapat lapisan cairan tipis antara paru-paru dan dinding dada sehingga paru-paru dengan mudah bergeser pada dinding dada. Tekanan pada ruangan antara paru-paru dan dinding dada berada di bawah tekanan atmosfer (Guyton, 2007).
Fungsi utama paru-paru yaitu untuk pertukaran gas antara darah dan atmosfer. Pertukaran gas tersebut bertujuan untuk menyediakan oksigen bagi jaringan dan mengeluarkan karbon dioksida. Kebutuhan oksigen dan karbon dioksida terus berubah sesuai dengan tingkat aktivitas dan metabolisme seseorang, tapi pernafasan harus tetap dapat memelihara kandungan oksigen dan karbon dioksida tersebut (West, 2004).
Udara masuk ke paru-paru melalui sistem berupa pipa yang menyempit (bronchi dan bronkiolus) yang bercabang di kedua belah paru-paru utama (trachea). Pipa tersebut berakhir di gelembung-gelembung paru-paru (alveoli) yang merupakan kantong udara terakhir dimana oksigen dan karbondioksida dipindahkan dari tempat dimana darah mengalir. Ada lebih dari 300 juta alveoli di dalam paru-paru manusia bersifat elastis. Ruang udara tersebut dipelihara dalam keadaan terbuka oleh bahan kimia surfaktan yang dapat menetralkan kecenderungan alveoli untuk mengempis (McArdle, 2006).
Untuk melaksanakan fungsi tersebut, pernafasan dapat dibagi menjadi empat mekanisme dasar, yaitu:
Pada waktu menarik nafas dalam, maka otot berkontraksi, tetapi pengeluaran pernafasan dalam proses yang pasif. Ketika diafragma menutup dalam, penarikan nafas melalui isi rongga dada kembali memperbesar paru-paru dan dinding badan bergerak hingga diafragma dan tulang dada menutup ke posisi semula. Aktivitas bernafas merupakan dasar yang meliputi gerak tulang rusuk sewaktu bernafas dalam dan volume udara bertambah (Syaifuddin, 2001).
Inspirasi merupakan proses aktif kontraksi otot-otot. Inspirasi menaikkan volume intratoraks. Selama bernafas tenang, tekanan intrapleura kira-kira 2,5 mmHg relatif lebih tinggi terhadap atmosfer. Pada permulaan, inspirasi menurun sampai -6mmHg dan paru-paru ditarik ke posisi yang lebih mengembang dan tertanam dalam jalan udara sehingga menjadi sedikit negatif dan udara mengalir ke dalam paru-paru. Pada akhir inspirasi, recoil menarik dada kembali ke posisi ekspirasi dimana tekanan recoil paru-paru dan dinding dada seimbang. Tekanan dalam jalan pernafasan seimbang menjadi sedikit positif sehingga udara mengalir ke luar dari paru-paru (Syaifuddin, 2001).
Selama pernafasan tenang, ekspirasi merupakan gerakan pasif akibat elastisitas dinding dada dan paru-paru. Pada waktu otot interkostalis eksternus relaksasi, dinding dada turun dan lengkung diafragma naik ke atas ke dalam rongga toraks, menyebabkan volume toraks berkurang. Pengurangan volume toraks ini meningkatkan tekanan intrapleura maupun tekanan intrapulmonal. Selisih tekanan antara saluran udara dan atmosfir menjadi terbalik, sehingga udara mengalir keluar dari paru-paru sampai udara dan tekanan atmosfir menjadi sama kembali pada akhir ekspirasi (Price, 2005).
Proses setelah ventilasi adalah difusi yaitu, perpindahan oksigen dari alveol ke dalam pembuluh darah dan berlaku sebaliknya untuk karbondioksida. Difusi dapat terjadi dari daerah yang bertekanan tinggi ke tekanan rendah. Ada beberapa faktor yang berpengaruh pada difusi gas dalam paru yaitu, faktor membran, faktor darah dan faktor sirkulasi. Selanjutnya adalah proses transportasi, yaitu perpindahan gas dari paru ke jaringan dan dari jaringan ke paru dengan bantuan aliran darah (Guyton, 2007).
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi fungsi paru adalah,
Usia
Kekuatan otot maksimal pada usia 20-40 tahun dan dapat berkurang sebanyak 20% setelah usia 40 tahun. Selama proses penuan terjadi penurunan elastisitas alveoli, penebalan kelenjar bronkial, penurunan kapasitas paru.
Jenis kelamin
Fungsi ventilasi pada laki-laki lebih tinggi 20-25% dari pada wanita, karena ukuran anatomi paru laki-laki lebih besar dibandingkan wanita. Selain itu, aktivitas laki-laki lebih tinggi sehingga recoil dan compliance paru sudah terlatih.
Tinggi badan dan berat badan
Seorang yang memiliki tubuh tinggi dan besar, fungsi ventilasi parunya lebih tinggi daripada orang yang bertubuh kecil pendek (Guyton, 2007).
Menurut Guyton (2007) volume paru terbagi menjadi 4 bagian, yaitu:
Volume Tidal adalah volume udara yang diinspirasi atau diekspirasi pada setiap kali pernafasan normal. Besarnya ± 500 ml pada rata-rata orang dewasa.
Volume Cadangan Inspirasi adalah volume udara ekstra yang diinspirasi setelah volume tidal, dan biasanya mencapai ± 3000 ml.
Volume Cadangan Eskpirasi adalah jumlah udara yang masih dapat dikeluarkan dengan ekspirasi maksimum pada akhir ekspirasi normal, pada keadaan normal besarnya ± 1100 ml.
Volume Residu, yaitu volume udara yang masih tetap berada dalam paru-paru setelah ekspirasi kuat. Besarnya ± 1200 ml.
Kapasitas paru merupakan gabungan dari beberapa volume paru dan dibagi menjadi empat bagian, yaitu:
Kapasitas Inspirasi, sama dengan volume tidal + volume cadangan inspirasi. Besarnya ± 3500 ml, dan merupakan jumlah udara yang dapat dihirup seseorang mulai pada tingkat ekspirasi normal dan mengembangkan paru sampai jumlah maksimum.
Kapasitas Residu Fungsional, sama dengan volume cadangan inspirasi + volume residu. Besarnya ± 2300 ml, dan merupakan besarnya udara yang tersisa dalam paru pada akhir eskpirasi normal.
Kapasitas Vital, sama dengan volume cadangan inspirasi + volume tidal + volume cadangan ekspirasi. Besarnya ± 4600 ml, dan merupakan jumlah udara maksimal yang dapat dikeluarkan dari paru, setelah terlebih dahulu mengisi paru secara maksimal dan kemudian mengeluarkannya sebanyak-banyaknya.
Kapasitas Vital paksa (KVP) atau Forced Vital Capacity (FVC) adalah volume total dari udara yg dihembuskan dari paru-paru setelah inspirasi maksimum yang diikuti oleh ekspirasi paksa minimum. Hasil ini didapat setelah seseorang menginspirasi dengan usaha maksimal dan mengekspirasi secara kuat dan cepat ( Ganong, 2005).
Volume ekspirasi paksa satu detik (VEP1) atau Forced Expiratory Volume in One Second (FEV1) adalah volume udara yang dapat dikeluarkan dengan ekspirasi maksimum per satuan detik. Hasil ini didapat setelah seseorang terlebih dahulu melakukakn pernafasan dalam dan inspirasi maksimal yang kemudian diekspirasikan secara paksa sekuat-kuatnya dan semaksimal mungkin, dengan cara ini kapasitas vital seseorang tersebut dapat dihembuskan dalam satu detik.
Kapasitas Paru Total, sama dengan kapasitas vital + volume residu. Besarnya ± 5800ml, adalah volume maksimal dimana paru dikembangkan sebesar mungkin dengan inspirasi paksa.Volume dan kapasitas seluruh paru pada wanita ± 20 – 25% lebih kecil daripada pria, dan lebih besar pada atlet dan orang yang bertubuh besar daripada orang yang bertubuh kecil dan astenis (Guyton, 2007).
Tabel Daftar nilai KVP dan VEP1 beserta interpretasinya
Faktor utama yang mempengaruhi kapasitas vital adalah bentuk anatomi tubuh, posisi selama pengukuran kapasitas vital, kekuatan otot pernafasan dan pengembangan paru dan rangka dada. Volume udara normal dalam paru bergantung pada bentuk dan ukuran tubuh. Posisi tubuh juga mempengaruhi volume dan kapasitas paru, biasanya menurun bila berbaring, dan meningkat bila berdiri. Perubahan pada posisi ini disebabkan oleh dua faktor, yaitu kecenderungan isi abdomen menekan ke atas melawan diafragma pada posisi berbaring dan peningkatan volume darah paru pada posisi berbaring, yang berhubungan dengan pengecilan ruang yang tersedia untuk udara dalam paru (Guyton, 2007).
Berdasarkan nilai-nilai diatas fungsi paru dapat digolongkan menjadi dua yaitu gangguan fungsi paru obstruktif (hambatan aliran udara) dan restriktif (hambatan pengembangan paru). Seseorang dianggap mempunyai gangguan fungsi paru obstruktif bila nilai VEP1/KVP kurang dari 70% dan menderita gangguan fungsi paru restriktif bila nilai kapasitas vital kurang dari 80% dibanding dengan nilai standar (Alsagaff dkk., 2005).
Gambar Spirogram dari volume dan kapasitas paru, (Tortora, 2012).
