Sistem Pernapasan Manusia - Biologi Kelas 11
Sistem Pernapasan - Biologi Kelas 11
Setiap hari manusia mengalami dan melakukan proses pernapasan, yaitu menghirup dan menghembuskan udara dari dan ke dalam tubuh. Sistem pernapasan adalah sistem organ pada manusia yang berperan dalam metabolisme tubuh melalui pernapasan dan respirasi. Pernapasan adalah proses pertukaran gas/udara antara makhluk hidup dengan lingkungannya. Respirasi adalah proses metabolisme tubuh menggunakan glukosa dan O2 dan untuk menghasilkan energi dan zat sisa CO2.
Sebelum membaca artikel ini lebih lanjut, cobalah TTS berikut ini :
Setiap hari manusia mengalami dan melakukan proses pernapasan, yaitu menghirup dan menghembuskan udara dari dan ke dalam tubuh. Sistem pernapasan adalah sistem organ pada manusia yang berperan dalam metabolisme tubuh melalui pernapasan dan respirasi. Pernapasan adalah proses pertukaran gas/udara antara makhluk hidup dengan lingkungannya. Respirasi adalah proses metabolisme tubuh menggunakan glukosa dan O2 dan untuk menghasilkan energi dan zat sisa CO2.
Sebelum membaca artikel ini lebih lanjut, cobalah TTS berikut ini :
Organ-Organ Sistem Pernapasan Manusia
 |
| Sistem Pernapasan |
1) Hidung
Adalah alat pernapasan terluar yang dilengkapi dengan dua lubang yang dibatasi sekat hidung, saraf-saraf penciuman (sel olfaktori), silia dan selaput lendir. Beberapa fungsi hidung diantaranya :
a. Menyesuaikan suhu udara
b. Melembapkan udara
c. Menyaring kotoran pada udara
d. Indra penciuman
2) Faring (rongga tekak)
Adalah daerah dengan percabangan menuju rongga hidung, esofagus, dan trakea. Faring dilengkapi epiglotis yang dapat membuka dan menutup.
a. Dalam keadaan biasa, epiglotis akan selalu terbuka.
b. Ketika makanan masuk, epiglotis menutup faring sehingga makanan masuk ke dalam esofagus.
3) Laring
Adalah pangkal tenggorakan yang terdiri dari lempengan-lempengan tulang rawan. Dinding laring digerakkan otot untuk membuka dan menutup glotis yang menghubungkan faring dengan trakea. Laring dilengkapi dengan pita suara yang terletak pada jakun yang menghasilkan suara.
4) Trakea (tenggorokan)
Adalah batang tenggorokan yang tersusun atas cincin tulang rawan, terletak di depan esofagus. Trakea dilengkapi oleh silia-silia dan selaput lendir untuk mencegah udara kotor yang lolos dari saringan hidung masuk ke paru-paru.
5) Paru-paru ( pulmo )
Adalah alat pernapasan yang terletak di dalam rongga dada, di kanan-kiri jantung, dan di atas diafragma. Paru-paru dilindungi oleh suatu lapisan berupa cairan limfa yang disebut pleura. Pleura di sebelah dalam disebut pleura paruparu (pleuravisceralis) dan di sebelah luar disebut pleura rongga dada ( pleura parietalis ). Paru-paru terbagi menjadi dua bagian: a. Paru-paru kanan (3 lobus, 3 bronkiolus, 3 kelompok alveolus) b. Paru-paru kiri (2 lobus, 2 bronkiolus, 2 kelompok alveolus)
6) Bronkus dan bronkiolus
Bronkus adalah cabang trakea yang terletak di bagian dada, dan terdiri atas lempengan tulang rawan dan otot halus. Bronkus bercabang ke arah kiri dan kanan dan menuju paru-paru, yang disebut bifurkasi. Bronkus selanjutnya mengalami percabangan lagi yang disebut bronkiolus.
7) Alveolus
Bronkiolus bercabang lagi membentuk saluran yang lebih halus kemudian berakhir pada gelembung paru-paru yang disebut alveolus. Alveolus memiliki dinding yang sangat tipis dan mengandung kapiler darah. Alveolus merupakan tempat pertukaran O2 dan CO2 secara difusi.
Mekanisme Pernapasan
Pernapasan terjadi dalam dua siklus, yaitu : 1) Fase inspirasi, masuknya udara ke dalam paru-paru, karena tekanan di dalam lebih rendah daripada di luar paru-paru. 2) Fase ekspirasi, keluarnya udara dari dalam paru-paru, karena tekanan di dalam lebih tinggi daripada di luar paru-paru.
Pernapasan terjadi melalui dua mekanisme: 1) Pernapasan dada, terjadi karena gerakan tulang-tulang rusuk oleh otot-otot antar rusuk (interkostalis). 2) Pernapasan perut, terjadi karena gerakan otot diafragma. Perbedaan antara pernapasan dada dan pernapasan perut dapat dilihat seperti pada gambar berikut :
Paru-paru sebagai organ pernapasan mampu menampung sejumlah udara didalamnya. Jumlah udara yang dapat ditampung atau dikeluarkan dari paru-paru dapat dipelajari dalam teori kapasitas paru-paru. Setiap harinya manusia menghirup dan menghembuskan udara serta ada sebagian udara yang tertahan di dalam paru-paru.
Kapasitas paru-paru adalah jumlah volume udara yang dapat ditampung oleh paru-paru. Kapasitas paru-paru terdiri dari :
1) Udara tidal (pernapasan), yaitu volume ketika inspirasi atau ekspirasi, ±500 mL
2) Udara cadangan inspirasi (komplementer), yaitu volume ketika inspirasi kembali setelah inspirasi, ±1500 mL
3) Udara cadangan ekspirasi (subplementer), yaitu volume ketika ekspirasi kembali setelah ekspirasi, ±1500 mL
4) Udara residu, yaitu volume sisa yang selalu berada dalam paru-paru dan tidak dapat diekspirasikan, ±1000 mL
5) Kapasitas inspirasi, yaitu jumlah udara tidal dan cadangan inspirasi, ±2000 mL
6) Kapasitas residu fungsional, yaitu jumlah udara residu dan cadangan ekspirasi, ±2500 mL
7) Kapasitas vital, yaitu jumlah udara maksimum yang dapat diekspirasikan setelah inspirasi sekuat-kuatnya, kira-kira ±3500 mL
8) Kapasitas total, yaitu jumlah kapasitas vital ditambah udara residu, kira-kira ±4000 mL
Frekuensi pernapasan seseorang dipengaruhi beberapa faktor, yaitu :
- Jenis kelamin
- Usia
- Tinggi Badan
- Posisi Badan
- Aktifitas
- Suhu Tubuh
- Kadar Oksigen
Mekanisme Pertukaran Oksigen dan Karbondioksida
Dari sisi tekanan, oksigen dan karbondioksida dapat bertukar karena perbedaan tekanan.
Pertukaran oksigen terjadi melalui mekanisme :
1) Oksigen masuk ke dalam tubuh melalui inspirasi.
2) Oksigen berdifusi melalui alveolus menuju kapiler arteri paru-paru karena tekanan parsial oksigen di sekitar alveolus lebih tinggi dibanding kapiler darah.
3) Oksigen dalam kapiler darah diikat oleh hemoglobin (Hb) menjadi oksihemoglobin (HbO2). Reaksi kesetimbangan yang terjadi pada proses pengikatan oksigen adalah: Hb4 + 4O2 qe 4HbO2
4) Oksihemoglobin kemudian berdifusi masuk ke dalam sel-sel tubuh untuk digunakan dalam proses respirasi
Pertukaran karbondioksida terjadi melalui mekanisme berikut :
1) Respirasi pada mitokondria sel menghasilkan zat sisa yaitu CO2.
2) Karbondioksida berdifusi dari sel menuju kapiler vena karena tekanan parsial karbondioksida dalam sel lebih tinggi dibanding kapiler vena.
3) Karbondioksida pada kapiler vena kemudian dibawa menuju alveolus dengan tiga cara :
a. Oleh plasma darah Setidaknya 5% CO2 larut dalam plasma darah membentuk asam karbonat dengan bantuan enzim karbonat anhidrase. CO2 + H2O d H2CO3 Akibatnya pH darah turun, namun dinetralkan oleh ion Na+ dan K+.
b. Oleh hemoglobin Setidaknya 30% CO2 membentuk karbominohemoglobin. Hb + CO2 qe HbCO2
c. Dengan pertukaran klorida Setidaknya 65% CO2 diangkut dalam bentuk ion bikarbonat menurut reaksi : CO2 + H2O qe H2CO3 H2CO3 d H+ + HCO3-
Dalam sel, H+ bersifat racun, sehingga diikat oleh hemoglobin. Ion bikarbonat yang berada dalam sel darah merah kemudian keluar menuju plasma darah, bertukar dengan ion Cl-.
4) Karbondioksida dilepaskan oleh darah dan berdifusi melalui alveolus menuju paru-paru.
5) Karbondioksida keluar dari tubuh melalui ekspirasi.
ENERGI PERNAPASAN
Respirasi aerob adalah respirasi yang menggunakan oksigen untuk menghasilkan energi dengan mengoksidasi zat-zat makanan menurut reaksi: C6H12O6 + O2 d CO2 + H2O + ATP Pada respirasi aerob, jumlah ATP yang dihasilkan adalah 38 ATP. Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak menggunakan oksigen untuk menghasilkan energi. Pada respirasi anaerob, makanan tidak teroksidasi sempurna, membentuk asam laktat, dan jumlah ATP yang dihasilkan hanya 2 ATP. Asam laktat kemudian akan menumpuk pada otot sehingga menyebabkan kelelahan. Agar asam laktat dapat dioksidasi tubuh, maka tubuh melakukan reaksi dengan membuat nafas tersengal-sengal untuk mendapat lebih banyak oksigen.
Gangguan atau Kelainan Pada Sistem Pernapasan
Beberapa gangguan dan kelainan yang dapat dialami sistem pernapasan antara lain:
1) Peradangan, dapat disebabkan oleh virus, bakteri, dan gaya hidup yang buruk (seperti merokok). Contoh peradangan antara lain adalah sinusitis (rongga hidung), faringitis (faring), laringitis (laring), bronkitis/batuk (bronkus), dan pleuritis (pleura).
2) Asfiksi, yaitu gangguan pengangkutan oksigen ke jaringan, akibat tenggelam atau keracunan gas beracun.
3) Hipoksia/adenoid, yaitu kegagalan metabolisme tubuh akibat kekurangan oksigen pada jaringan.
4) Asidosis, yaitu peningkatan kadar asam karbonat darah akibat keracunan CO2 dan CO yang menyebabkan turunnya pH darah.
5) Asma, yaitu penyempitan saluran pernapasan atau hipersensitivitas bronkiolus terhadap benda asing atau stimulan lain. Penyakit ini menyebabkan rasa sesak di dada, batuk-batuk dan susah bernapas.
6) Emfisema, yaitu hilangnya elastisitas paruparu dan dinding alveolus.
7) Tuberkulosis (TBC), disebabkan oleh bakteri Mycobacterium tuberculosae yang menyebabkan munculnya tuberkel (bintikbintik di sekitar alveoulus) yang menyebabkan gangguan difusi oksigen karena.
8) Dipteri, disebabkan oleh bakteri Corynebacterium diptherial yang menyebabkan faringitis dan laringitis. 9) Pneumonia, disebabkan oleh bakteri Diplococcus pneumoniae yang menyebabkan alveolus terisi cairan limfa
Adalah alat pernapasan terluar yang dilengkapi dengan dua lubang yang dibatasi sekat hidung, saraf-saraf penciuman (sel olfaktori), silia dan selaput lendir. Beberapa fungsi hidung diantaranya :
a. Menyesuaikan suhu udara
b. Melembapkan udara
c. Menyaring kotoran pada udara
d. Indra penciuman
2) Faring (rongga tekak)
Adalah daerah dengan percabangan menuju rongga hidung, esofagus, dan trakea. Faring dilengkapi epiglotis yang dapat membuka dan menutup.
a. Dalam keadaan biasa, epiglotis akan selalu terbuka.
b. Ketika makanan masuk, epiglotis menutup faring sehingga makanan masuk ke dalam esofagus.
3) Laring
Adalah pangkal tenggorakan yang terdiri dari lempengan-lempengan tulang rawan. Dinding laring digerakkan otot untuk membuka dan menutup glotis yang menghubungkan faring dengan trakea. Laring dilengkapi dengan pita suara yang terletak pada jakun yang menghasilkan suara.
4) Trakea (tenggorokan)
Adalah batang tenggorokan yang tersusun atas cincin tulang rawan, terletak di depan esofagus. Trakea dilengkapi oleh silia-silia dan selaput lendir untuk mencegah udara kotor yang lolos dari saringan hidung masuk ke paru-paru.
 |
| Struktur Paru-paru Manusia |
5) Paru-paru ( pulmo )
Adalah alat pernapasan yang terletak di dalam rongga dada, di kanan-kiri jantung, dan di atas diafragma. Paru-paru dilindungi oleh suatu lapisan berupa cairan limfa yang disebut pleura. Pleura di sebelah dalam disebut pleura paruparu (pleuravisceralis) dan di sebelah luar disebut pleura rongga dada ( pleura parietalis ). Paru-paru terbagi menjadi dua bagian: a. Paru-paru kanan (3 lobus, 3 bronkiolus, 3 kelompok alveolus) b. Paru-paru kiri (2 lobus, 2 bronkiolus, 2 kelompok alveolus)
6) Bronkus dan bronkiolus
Bronkus adalah cabang trakea yang terletak di bagian dada, dan terdiri atas lempengan tulang rawan dan otot halus. Bronkus bercabang ke arah kiri dan kanan dan menuju paru-paru, yang disebut bifurkasi. Bronkus selanjutnya mengalami percabangan lagi yang disebut bronkiolus.
7) Alveolus
Bronkiolus bercabang lagi membentuk saluran yang lebih halus kemudian berakhir pada gelembung paru-paru yang disebut alveolus. Alveolus memiliki dinding yang sangat tipis dan mengandung kapiler darah. Alveolus merupakan tempat pertukaran O2 dan CO2 secara difusi.
 |
| Struktur Alveolus |
Mekanisme Pernapasan
Pernapasan terjadi dalam dua siklus, yaitu : 1) Fase inspirasi, masuknya udara ke dalam paru-paru, karena tekanan di dalam lebih rendah daripada di luar paru-paru. 2) Fase ekspirasi, keluarnya udara dari dalam paru-paru, karena tekanan di dalam lebih tinggi daripada di luar paru-paru.
Pernapasan terjadi melalui dua mekanisme: 1) Pernapasan dada, terjadi karena gerakan tulang-tulang rusuk oleh otot-otot antar rusuk (interkostalis). 2) Pernapasan perut, terjadi karena gerakan otot diafragma. Perbedaan antara pernapasan dada dan pernapasan perut dapat dilihat seperti pada gambar berikut :
 |
| Perbedaan Pernapasan Dada dan Perut |
Paru-paru sebagai organ pernapasan mampu menampung sejumlah udara didalamnya. Jumlah udara yang dapat ditampung atau dikeluarkan dari paru-paru dapat dipelajari dalam teori kapasitas paru-paru. Setiap harinya manusia menghirup dan menghembuskan udara serta ada sebagian udara yang tertahan di dalam paru-paru.
Kapasitas paru-paru adalah jumlah volume udara yang dapat ditampung oleh paru-paru. Kapasitas paru-paru terdiri dari :
1) Udara tidal (pernapasan), yaitu volume ketika inspirasi atau ekspirasi, ±500 mL
2) Udara cadangan inspirasi (komplementer), yaitu volume ketika inspirasi kembali setelah inspirasi, ±1500 mL
3) Udara cadangan ekspirasi (subplementer), yaitu volume ketika ekspirasi kembali setelah ekspirasi, ±1500 mL
4) Udara residu, yaitu volume sisa yang selalu berada dalam paru-paru dan tidak dapat diekspirasikan, ±1000 mL
5) Kapasitas inspirasi, yaitu jumlah udara tidal dan cadangan inspirasi, ±2000 mL
6) Kapasitas residu fungsional, yaitu jumlah udara residu dan cadangan ekspirasi, ±2500 mL
7) Kapasitas vital, yaitu jumlah udara maksimum yang dapat diekspirasikan setelah inspirasi sekuat-kuatnya, kira-kira ±3500 mL
8) Kapasitas total, yaitu jumlah kapasitas vital ditambah udara residu, kira-kira ±4000 mL
 |
| Kapasitas Paru-paru Manusia |
Frekuensi pernapasan seseorang dipengaruhi beberapa faktor, yaitu :
- Jenis kelamin
- Usia
- Tinggi Badan
- Posisi Badan
- Aktifitas
- Suhu Tubuh
- Kadar Oksigen
Mekanisme Pertukaran Oksigen dan Karbondioksida
Dari sisi tekanan, oksigen dan karbondioksida dapat bertukar karena perbedaan tekanan.
Pertukaran oksigen terjadi melalui mekanisme :
1) Oksigen masuk ke dalam tubuh melalui inspirasi.
2) Oksigen berdifusi melalui alveolus menuju kapiler arteri paru-paru karena tekanan parsial oksigen di sekitar alveolus lebih tinggi dibanding kapiler darah.
3) Oksigen dalam kapiler darah diikat oleh hemoglobin (Hb) menjadi oksihemoglobin (HbO2). Reaksi kesetimbangan yang terjadi pada proses pengikatan oksigen adalah: Hb4 + 4O2 qe 4HbO2
4) Oksihemoglobin kemudian berdifusi masuk ke dalam sel-sel tubuh untuk digunakan dalam proses respirasi
Pertukaran karbondioksida terjadi melalui mekanisme berikut :
1) Respirasi pada mitokondria sel menghasilkan zat sisa yaitu CO2.
2) Karbondioksida berdifusi dari sel menuju kapiler vena karena tekanan parsial karbondioksida dalam sel lebih tinggi dibanding kapiler vena.
3) Karbondioksida pada kapiler vena kemudian dibawa menuju alveolus dengan tiga cara :
a. Oleh plasma darah Setidaknya 5% CO2 larut dalam plasma darah membentuk asam karbonat dengan bantuan enzim karbonat anhidrase. CO2 + H2O d H2CO3 Akibatnya pH darah turun, namun dinetralkan oleh ion Na+ dan K+.
b. Oleh hemoglobin Setidaknya 30% CO2 membentuk karbominohemoglobin. Hb + CO2 qe HbCO2
c. Dengan pertukaran klorida Setidaknya 65% CO2 diangkut dalam bentuk ion bikarbonat menurut reaksi : CO2 + H2O qe H2CO3 H2CO3 d H+ + HCO3-
Dalam sel, H+ bersifat racun, sehingga diikat oleh hemoglobin. Ion bikarbonat yang berada dalam sel darah merah kemudian keluar menuju plasma darah, bertukar dengan ion Cl-.
4) Karbondioksida dilepaskan oleh darah dan berdifusi melalui alveolus menuju paru-paru.
5) Karbondioksida keluar dari tubuh melalui ekspirasi.
ENERGI PERNAPASAN
Respirasi aerob adalah respirasi yang menggunakan oksigen untuk menghasilkan energi dengan mengoksidasi zat-zat makanan menurut reaksi: C6H12O6 + O2 d CO2 + H2O + ATP Pada respirasi aerob, jumlah ATP yang dihasilkan adalah 38 ATP. Respirasi anaerob adalah respirasi yang tidak menggunakan oksigen untuk menghasilkan energi. Pada respirasi anaerob, makanan tidak teroksidasi sempurna, membentuk asam laktat, dan jumlah ATP yang dihasilkan hanya 2 ATP. Asam laktat kemudian akan menumpuk pada otot sehingga menyebabkan kelelahan. Agar asam laktat dapat dioksidasi tubuh, maka tubuh melakukan reaksi dengan membuat nafas tersengal-sengal untuk mendapat lebih banyak oksigen.
Gangguan atau Kelainan Pada Sistem Pernapasan
Beberapa gangguan dan kelainan yang dapat dialami sistem pernapasan antara lain:
1) Peradangan, dapat disebabkan oleh virus, bakteri, dan gaya hidup yang buruk (seperti merokok). Contoh peradangan antara lain adalah sinusitis (rongga hidung), faringitis (faring), laringitis (laring), bronkitis/batuk (bronkus), dan pleuritis (pleura).
2) Asfiksi, yaitu gangguan pengangkutan oksigen ke jaringan, akibat tenggelam atau keracunan gas beracun.
3) Hipoksia/adenoid, yaitu kegagalan metabolisme tubuh akibat kekurangan oksigen pada jaringan.
4) Asidosis, yaitu peningkatan kadar asam karbonat darah akibat keracunan CO2 dan CO yang menyebabkan turunnya pH darah.
5) Asma, yaitu penyempitan saluran pernapasan atau hipersensitivitas bronkiolus terhadap benda asing atau stimulan lain. Penyakit ini menyebabkan rasa sesak di dada, batuk-batuk dan susah bernapas.
6) Emfisema, yaitu hilangnya elastisitas paruparu dan dinding alveolus.
7) Tuberkulosis (TBC), disebabkan oleh bakteri Mycobacterium tuberculosae yang menyebabkan munculnya tuberkel (bintikbintik di sekitar alveoulus) yang menyebabkan gangguan difusi oksigen karena.
8) Dipteri, disebabkan oleh bakteri Corynebacterium diptherial yang menyebabkan faringitis dan laringitis. 9) Pneumonia, disebabkan oleh bakteri Diplococcus pneumoniae yang menyebabkan alveolus terisi cairan limfa