Pernapasan secara harfiah berarti pergerakan oksigen (O2) dari atmosfer menuju ke sel dan keluarnya karbondioksida (CO2) dari sel ke udara bebas. Price dan Wilson (2006)
Bagaimana fisiologis pernapasan pada manusia ?
Menurut Syaifuddin (2006), fungsi paru adalah tempat pertukaran gas oksigen dan karbondioksida pada pernafasan melalui paru/pernafasan eksterna. Tubuh melakukan usaha memenuhi kebutuhan O2 untuk proses metabolisme dan mengeluarkan CO2 sebagai hasil metabolisme dengan perantara organ paru dan saluran napas bersama kardiovaskuler sehingga dihasilkan darah yang kaya oksigen.
Terdapat 3 tahapan dalam proses pernapasan atau respirasi, yaitu:
-
Ventilasi
Proses keluar dan masuknya udara ke dalam paru, serta keluarnya karbondioksida dari alveoli ke udara luar. Alveoli yang sudah mengembang tidak dapat mengempis penuh karena masih adanya udara yang tersisa didalam alveoli yang tidak dapat dikeluarkan walaupun dengan ekspirasi kuat. Volume udara yang tersisa ini disebut dengan volume residu. Volume ini penting karena menyediakan O2 dalam alveoli untuk menghasilkan darah (Guyton & Hall, 2008). -
Difusi
Proses berpindahnya oksigen dari alveoli ke dalam darah, serta keluarnya karbondioksida dari darah ke alveoli. Dalam keadaan beristirahan normal, difusi dan keseimbangan antara O2 di kapiler darah paru dan alveolus berlangsung kira-kira 0,25 detik dari total waktu kontak selama 0,75 detik. Hal ini menimbulkan kesan bahwa paru normal memiliki cukup cadangan waktu difusi (Price dan Wilson, 2006). -
Perfusi
Perfusi adalah distribusi darah yang telah teroksigenasi di dalam paru untuk dialirkan ke seluruh tubuh (Siregar & Amalia, 2004).
Fisiologi Pernapasan
Energi yang dibutuhkan oleh sel-sel tubuh memerlukan oksigen untuk melakukan pembakaran. Suplai oksigen merupakan hal vital sebagai pasokan energi untuk jaringan tubuh, terutama seperti otak dan jantung. Oksidasi dalam jaringan tubuh pun menghasilkan karbondioksida yang harus dibuang dari sel-sel untuk mencegah pembentukan produk sampah.
Transpor oksigen terjadi dengan memasoknya ke dalam sel, sementara itu karbondioksida dikeluarkan melalui sirkulasi datah. Sel-sel yang berhubungan dekat dengan kapiler yang berdinding tipis mempermudah terjadinya pertukaran oksigen dan karbondioksida. Oksigen berdifusi dari kapiler dan menembus dindingnya menuju cairan interstisial hingga melalui membran sel-sel jaringan. Sementara itu, karbondioksida berdifusi dan bergerak ke arah yang berlawanan, dari sel menuju darah.
Darah memasuki vena sistemik dan mengalir ke sirkulasi pulmonal setelah pertukaran kapiler jaringan tersebut. Konsentrasi oksigen dalam darah pada kapiler paru-paru lebih rendah dibandingkan dengan konsentrasi dalam alveoli.
Oleh karena itu, oksigen berdifusi dari alveoli ke dalam darah, sedangkan karbondioksida yang mempunyai konsentrasi lebih tinggi dalam darah, berdifusi ke dalam alveoli. Gerakan udara menuju dan dari jalan napas (ventilasi) secara kontinu memurnikan oksigen dan membuang karbondioksida dari jalan dalam paru. Keseluruhan proses pertukaran gas antara udara atmosfer dan darah, serta antara darah dengan sel-sel tubuh dinamakan respirasi.
Mekanisme Ventilasi
Udara dari lingkungan sekitar mengalir ke dalam trakea melewati bronkus, bronkiolus menuju alveoli selama inspirasi, sedangkan ketika ekspirasi, gas alveolar melewati rute yang sama dengan arah yang berlawanan. Faktor-faktor fisik yang mengatur aliran udara masuk dan keluar secara bersamaan dinamakan sebagai mekanisme ventilasi yang meliputi varians tekanan udara, resistensi terhadap aliran udara, dan kompliens paru.
Varians Tekanan Udara
Udara mengalir dari tekanan tinggi menuju area yang bertekanan lebih rendah. Pada saat inspirasi, gerakan diafragma dan otot-otot pernapasan lainnya memperbesar rongga dada (torakas) sehingga menurunkan tekanan di dalam toraks hingga berada di bawah tekanan atmosfer. Oleh karena itu, udara tertarik melewati trakea dan bronkus menuju alveoli.
Pada saat ekspirasi normal, diafragma berada dalam kondisi rileks dan paru mengempis sehingga ukuran rongga toraks mengalami penurunan. Tekanan alveolar melebihi tekanan atmosfer sehingga udara mengalir keluar dari paru-paru menuju atmosfer.
Resistensi Jalan Udara
Resistensi ditentukan oleh diameter atau ukuran dimana saluran udara mengalir. Oleh karena itu, adanya perubahan terhadap diameter atau lebar bronkial akan mempengaruhi resistensi jalan udara dan mengubah kecepatan aliran udara hingga gradien tertentu selama respirasi. Faktor-faktor umum yang dapat mengubah diameter bronkial, diantaranya kontraksi otot polos bronkial (pada penyakit asma), penebalan mukosa bronkus (pada penyakit bronkitis kronis), obstruksi jalan udara akibat lendir, tumor atau benda asing. Selain itu, hilangnya elastisitas paru seperti pada emfisema pun dapat mengubah diameter bronkial. Hal ini dikarenakan jaringan ikat paru mengelilingi jalan udara dan membantu (otot polos bronkial) untuk tetap terbuka selama inspirasi dan ekspirasi.
Kompliens
Kompliens merupakan ukuran elastisitas, ekspandibilitas, dan distensibilitas paru-paru serta struktur toraks. Faktor yang menentukan kompliens paru, yaitu tahanan permukaan alveoli dan jaringan ikat paru-paru. Dalam kondisi normal, paru-paru dan toraks dapat meregang dan membesar dengan mudah ketika diberi tekanan. Kompliens yang tinggi atau meningkat terjadi ketika paru-paru kehilangan daya elastisitasnya dan toraks terlalu tertekan, seperti pada kasus emfisema. Paru-paru dengan penurunan kompliens membutuhkan penggunaan energi yang lebih banyak dari normal untuk mencapai tingkat ventilasi normal.
Fungsi Paru
Fungsi paru merupakan cerminan atas mekanisme ventilasi yang disebut sebagai volume paru dan kapasitas paru. Volume paru terdiri atas volume tidal, volume cadangan inspirasi, volume cadangan ekspirasi, dan volume residual.
-
Volume tidal merupakan volume udara yang dihirup dan dihembuskan setiap kali bernapas.
-
Volume cadangan inspirasi merupakan volume udara maksimal yang dapat dihirup setelah inhalasi normal.
-
Volume cadangan ekspirasi merupakan volume udara maksimum yang dapat dihembuskan dengan kuat setelah ekshalasi normal. Volume cadangan ekspirasi menurun pada penyakit restriktif, seperti obesitas.
-
Volume residual merupakan volume udara tersisa dalam paru-paru setelah ekshalasi maksimal. Volume residual dapat meningkat dengan penyakit obstruktif.
-
Kapasitas paru terdiri atas kapasitas vital, kapasitas inspirasi, kapasitas residual, dan kapasitas paru total.
-
Kapasitas vital merupakan volume udara maksimal dari poin inspirasi maksimal. Penurunan kapasitas vital dapat ditemukan pada penyakit neuromuskular, keletihan umum, atelektasis, edema pulmonal, dan Penyakit Paru Obstruktif Menahun (PPOM).
-
Kapasitas inspirasi merupakan volume udara maksimal yang dihirup setelah ekspirasi normal. Penurunan dalam kapasitas inspirasi dapat menunjukkan penyakit restriktif.
-
Kapasitas residual fungsional merupakan volume udara yang tersisa dalam paru-paru setelah ekspirasi. Kapasitas residual fungsional dapat meningkat pada penyakit paru obstruktif menahun (PPOM) dan menurun pada ARDS ( Acute Respiratory Distress Syndrome) .
-
Kapasitas paru total merupakan volume udara dalam paru-paru setelah inspirasi maksimal dan sama dengan jumlah keempat volume (VT, IRV, ERV, RV).
Paru adalah satu-satunya organ tubuh yang berhubungan dengan lingkungan di luar tubuh, yaitu melalui sistem pernapasan. Fungsi paru utama untuk respirasi, yaitu pengambilan O2 dari luar masuk ke dalam saluran napas dan diteruskan ke dalam darah. Oksigen digunakan untuk proses metabolism CO2 yang terbentuk pada proses tersebut dikeluarkan dari dalam darah ke udara luar. Proses respirasi dibagi atas tiga tahap utama, yaitu ventilasi, difusi dan perfusi.
Ventilasi
Ventilasi adalah pertukaran masuk dan keluarnya udara dalam paru. Frekuensi napas normal 12 – 15 kali/menit. Pada orang dewasa setiap satu kali napas (tidal volume Vt) udara masuk 500 cc atau 10 ml/kg BB sehingga setiap menit udara masuk ke sistem napas 6 - 8 liter ( minute volume, MV). Udara yang sampai ke alveoli disebut Ventilasi Alveolair (VA). Ventilasi Alveolair lebih kecil dari minute volume karena sebagian udara di jalan napas tidak ikut pertukaran gas (Dead Space = VD).
Difusi
Difusi adalah perpindahan O2 dari alveoli ke dalam darah dan keluarnya CO2 dari darah ke alveoli atau peresapan masuknya O2 dari alveoli ke darah dan pengeluaran CO2 dari darah ke alveoli. Difusi O2 berjalan lancar bila alveoli mengembang baik dari jarak difusi trans-membran pendek, edema menyebabkan jarak difusi O2 menjauh hingga kadar O2 dalam darah menurun ( hipoxemia ). Difusi CO2 tidak pernah terganggu karena kapasitas difusi CO2 jauh lebih besar daripada CO2 pada edema paru tahap awal terjadi penumpukan cairan dalam jaringan di sekitar alveoli dan kapiler ( interstitial edema ). Pada tahap lanjut cairan
masuk ke dalam alveoli , alveolar edema .
Perfusi
Perfusi adalah distribusi darah yang membawa O2 ke dalam jaringan paru- paru. Perfusi pulmonal adalah aliran darah aktual melalui sirkulasi pulmonal. Aliran darah di kapiler paru (perfusi) ikut menentukan jumlah O2 yang dapat diangkut. Darah dipompa menuju paru-paru oleh ventrikel kanan melalui arteri pulmonal. Arteri pulmonal terbagi menjadi cabang kanan dan kiri untuk mensuplai kedua paru. Perfusi dipengaruhi pula oleh tekanan alveolar. Kapiler pulmonal tertumpuk diantara perbatasan alveoli. Jika tekanan alveolar cukup tinggi, kapiler akan tertindih. Oleh karena itu, tekanan arteri pulmonal, tekanan alveolar, dan gravitasi menentukan pola perfusi Masalah timbul jika terjadi ketidakseimbangan antara ventilasi alveolar (VA) dengan perfusi (Q) sehingga dapat terjadi:
- Ventilasi normal, perfusi normal à semua O2 diambil darah.
- Ventilasi normal, perfusi kurang à ventilasi berlebihan, tak semua O2 sempat diambil unit ini dinamai dead space yang terjadi pada shock dan emboli paru.
- Ventilasi berkurang à perfusi normal. Darah tidak mendapat cukup O2 (desaturasi) unit ini disebut s hunt . Terjadi pada atelektasis edema paru. ARDS dan aspirasi cairan.
- Silent unit, artinya tidak ada ventilasi dan perfusi.
Ventilasi Alveoli
Udara yang masuk ke dalam sistem pernapasan manusia tidak semuanya akan masuk ke alveoli karena sebagian udara akan mengisi jalan-jalan udara dan tidak terjadi pertukaran gas, yaitu pada bagian trachea, bronchi dan non- respiratory bronchioli. Udara yang mengisi jalan- jalan udara disebut dead space air (udara rongga mati). Maka volume udara yang masuk ke alveoli pada setiap pernapasan sama dengan tidal volume dikurangi volume rongga mati. Volume rongga mati pada laki-laki muda kira-kira 150ml dan volume ini akan bertambah seiring dengan bertambahnya usia, peristiwa ini disebut Anatomical Dead Space . Pada sistem pernapasan seseorang kadangkala sebagian alveoli tidak berfungsi dan dapat dianggap sebagai rongga mati. Jadi, dalam hal ini sebagian alveoli yang tidak berfungsi dimasukkan dalam nilai tersebut diatas jumlah seluruhnya, yang biasa disebut Pshysiological Dead Space .
Apabila terjadi suatu kelainan pada paru- paru maka dimungkinkan bahwa physiological dead space dapat sepuluh kali lebih besar dari anatomical dead space, sedangkan dalam keadaan normal volume anatomical dead space dan physiological dead space hampir sama karena semua alveoli berfungsi normal Insuffisiensi Pernapasan. Kelainan insuffisiensi pernapasan secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga, yaitu:
- Hypoventilasi alveoli (ventilasi yang tidak memadai di alveoli). Terjadi karena ventilasi yang tidak memadai pada alveoli dan penyakit yang mengurangi kompliens (kemampuan mengembang) pada paru dan dinding dada. Penyakit-penyakit tersebut antara lain silikosis, asbestosis, tuberkulosis, kanker, pneumonia atau kelainan tulang dada yang akan menambah beban kerja otot-otot pernapasan.
- Terjadinya pengurangan difusi gas melalui membran pernapasan
- Kurangnya transpor O2 dari paru - paru ke jaringan.