Sistem Pernafasan Manusia

·    Sistem pernapasan bekerja untuk memasukkan dan mengeluarkan udara ke dalam dan keluar tubuh. Udara yang dimasukkan ke dalam tubuh adalah oksigen, sedangkan yang dikeluarkan adalah karbon dioksida. Sistem pernapasan berfungsi untuk memasok oksigen ke sel-sel tubuh. Oksigen digunakan oleh sel tubuh untuk membakar sari-sari makanan supaya dihasilkan tenaga.

·   Organ penyusun sistem pernafasan pada manusia:

  

Sumber: http://biologiumum.com/wp-content/uploads/2014/01/paru-paru.jpg

1. Hidung, merupakan muara keluar-masuknya udara pernapasan. udara mengalami perlakuan. 

(a) Udara yang masuk ke hidung akan disaring dulu oleh rambut hidung, sehingga debu dan partikel kotoran tidak masuk ke dalam paru-paru. 

(b) Udara dihangatkan oleh kapiler darah yang ada di dalam hidung, sehingga suhunya sesuai dengan suhu tubuh. 

(c) Udara dilembapkan oleh lapisan lendir yang ada di dalam rongga hidung.

2. Faring, terletak di belakang mulut, tempat yang dilewati oleh udara, makanan, dan air.

3. Laring, merupakan kotak suara tempat diproduksi suara.

4. Trakhea, sering disebut juga sebagai tenggorokan, merupakan sebuah pipa udara yang mempunyai ruas-ruas menyerupai tumpukan cincin. Saluran ini menuju ke arah bronkus.

5. Bronkus, merupakan saluran yang membawa udara dari trakhea menuju ke paruparu.

6. Paru-paru, di dalam paru-paru, bronkus bercabang menjadi pipa-pipa yang lebih kecil disebut bronkioli.

7. Bronkioli, merupakan cabang dari bronkus yang berada di dalam paru-paru.

8. Alveoli,  merupakan  kantung udara, dinding alveoli tipis dan menopang jaringan-jaringan kapiler, yaitu saluran halus yang berisi darah. Dalam alveoli terjadi pertukaran gas oksigen dan gas karbondioksida.

·        Mekanisme pernapasan, dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu

1. Pernapasan Dada, adalah pernapasan yang melibatkan otot antartulang rusuk, yang berperan mengangkat tulang rusuk, sedangkan otot antartulang rusuk dalam berperan menurunkan tulang rusuk ke posisi semula.

Mekanisme pernapasan dada dapat dibedakan sebagai berikut:

a. Fase inspirasi, berupa berkontraksinya otot antartulang rusuk sehingga volume rongga dada membesar. Akibatnya, tekanan dalam rongga dada menjadi lebih kecil daripada tekanan di luar sehingga udara luar yang kaya oksigen masuk.

b. Fase ekspirasi, merupakan fase relaksasi atau kembalinya otot antartulang rusuk ke posisi semula yang dikuti oleh turunnya tulang rusuk sehingga volume rongga dada menjadi kecil. Sebagai akibatnya, tekanan di dalam rongga dada menjadi lebih besar daripada tekanan luar sehingga udara dalam rongga dada yang kaya karbon dioksida keluar.

2. Pernapasan Perut, merupakan pernapasan yang mekanismenya melibatkan aktivitas otot-otot diafragma yang membatasi rongga perut dan rongga dada. Mekanisme pernapasan perut dapat sebagai berikut.

a. Fase inspirasi, otot diafragma berkontraksi sehingga diafragma mendatar. Akibatnya, volume rongga dada membesar dan tekanan menjadi kecil sehingga udara luar masuk.

b. Fase ekspirasi, merupakan fase berelaksasinya otot diafragma (kembali ke posisi semula) sehingga volume rongga dada mengecil dan tekanan menjadi lebih besar. Akibatnya, udara keluar dari paru-paru keluar.

·        Mekanisme Pertukaran Gas Oksigen dan Karbondioksida

Udara lingkungan dapat dihirup masuk ke dalam tubuh makhluk hidup melalui dua cara, yakni pernapasan secara langsung dan pernapasan tak langsung. Pengambilan udara secara langsung dapat dilakukan oleh permukaan tubuh lewat proses difusi. Sementara udara yang dimasukan ke dalam tubuh melalui saluran pernapasan dinamakan pernapasan tidak langsung.

Saat kita bernapas, udara diambil dan dikeluarkan melalui paruparu. Dengan lain kata, kita melakukan pernapasan secara tidak langsung lewat paru-paru. Walaupun begitu, proses difusi pada pernapasan langsung tetap terjadi pada paru-paru. Bagian paru-paru yang mengalami proses difusi dengan udara yaitu gelembung halus kecil atau alveolus. Oleh karena itu, berdasarkan proses terjadinya pernapasan, manusia mempunyai dua tahap mekanisme pertukaran gas. Pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida yang dimaksud yakni mekanisme pernapasan eksternal dan internal.

Sumber : http://arinazulfayunitayunus.files.wordpress.com/2012/05/1-72.jpg

a. Pernafasan Eksternal

Ketika kita menghirup udara dari lingkungan luar, udara tersebut akan masuk ke dalam paru-paru, udara yang masuk mengandung oksigen tersebut akan diikat darah lewat difusi. Pada saat yang sama, darah yang mengandung karbondioksida akan dilepas. Proses pertukaran O₂ dari udara dalam alveolus dengan CO₂ dalam kapiler darah disebut dengan pernafasan eksternal. 

Pada pernapasan eksternal, darah akan masuk ke dalam kapiler paru-paru yang mengangkut sebagian besar karbondioksida sebagai ion bikarbonat (HCO₃) dengan persamaan reaksi sebagai berikut: 

                         H + HCO₃      =             H₂CO₃

Sisa karbondioksida berdifusi keluar dari dalam darah dan melakukan reaksi sebagai berikut:

                                                 H₂CO₃                        =             H₂O + CO₂

Enzim karbonat anhidrase yang terdapat dalam sel-sel darah merah dapat mempercepat reaksi. Ketika reaksi berlangsung, hemoglobin melepaskan ion-ion hidrogen yang telah diangkut: HHb menjadi Hb. Selanjutnya hemoglobin mengikat oksigen dan menjadi oksihemoglobin (HbO₂) :

             Hb + O₂         =          HbO₂

Selama pernapasan eksternal, di dalam paru-paru akan terjadi pertukaran gas yaitu CO₂ meninggalkan darah dan O₂ masuk ke dalam darah melalui difusi. Proses difusi dapat terjadi pada paru-paru (alveolus) karena ada perbedaan tekanan parsial antara udara dan darah dalam alveolus. Tekana parsial membuat konsentrasi O₂ dan CO₂ pada darah dan udara berbeda.

Tekanan parsial O₂ yang kita hirup akan lebih besar dibandingkan pada alveolus. Dengan kata lain, konsentrasi oksigen pada udara lebih tinggi dibandingkan konsentrasi oksigen pada darah. Oleh karena itu, O₂ dari udara akan berdifusi menuju darah pada alveolus.

Sementara itu, tekanan parsial CO₂ dalam darah lebih besar dibandingkan tekanan parsial pada udara. Sehingga konsentrasi CO₂ dalam darah lebih tinggi dibandingkan konsentrasi CO₂ dalam udara. Akibatnya, CO₂ pada darah berdifusi menuju udara dan akan dibawa keluar tubuh lewat hidung.

 b.      Pernapasa Internal

Pada pernapasan internal darah masuk kedalam jaringan tubuh, O₂ meninggalkan hemoglobin dan berdifusi masuk kedalam cairan jaringan tubuh.

Hb O₂                  =          Hb + O₂

Difusi oksigen keluar dari darah dan masuk ke dalam cairan jaringan dapat terjadi karena tekanan O₂ didalam jaringan lebih rendah dibandingkan tekanan oksigen dalam darah. Hal ini disebabkan karena sel-sel secara terus menerus menggunakan O₂ dalam respirasi selular. Oleh karena itu, O2 dalam darah mengalir menuju cairan jaringan.

Sementara itu, tekanan karbondioksida pada darah lebih rendah dibandingkan tekanan karbondioksida dalam jaringan. Akibatnya CO₂ diangkut darah, sebagian kecilnya berikatan dengan hemoglobin membentuk karboksihemoglobin (HbCO₂): 

CO₂ + Hb           =          HbCO₂

Namun sebagian besar karbondioksida tersebut masuk kedalam plasma darah dan bergabung dengan air menjadi asam bikarbonat ( H₂CO₃). Oleh enzim anhidrase, asam karbonat akan segera terurai menjadi dua ion yakni, hidrogen dan ion bikarbonat.

H₂CO₃               =          H + HCO₃

CO₂ yang diangkat darah ini tidak semuanya dibebaskan keluar tubuh  oleh paru-paru, akan tetapi hanya 10% nya saja. Sisanya yang berupa ion-ion bikarbonat yang tetap berada dalam darah. Ion-ion bikarbonat didalam berfungsi sebagai buffer atau larutan penyangga. Lebih tepatnya, ion tersebut berperan penting dalam menjaga stabilitas Ph ( derajat keasaman ) darah.

l Kecepatan Bernapas

 Sistem pernapasan tidak terlepas dari pengaturan oleh sistem saraf. Kita dapat menahan napas selama beberapa menit. Namun, kemudian kita akan merasakan dorongan yang sangat kuat untuk menarik napas. Bagian otak yang berperan dalam mengatur pernapasan adalah bagian medula oblongata Ketika kandungan O2 dalam darah sedikit, medula oblongata akan mengirimkan impuls kepada otot tulang rusuk atau diafragma untuk berkontraksi. Ketika darah banyak mengandung CO2, pH darah akan mengalami perubahan. Perubahan pH ini dideteksi oleh medula oblongata. Sebagai respons, medula oblongata mengirimkan impuls pada otot tulang rusuk untuk berkontraksi lebih cepat atau lebih pendek sehingga volume rongga dada menjadi lebih besar dan napas menjadi lebih dalam. Dengan demikian, lebih banyak oksigen yang dapat diikat oleh darah dalam kapiler. Selain medula oblongata, bagian lain dari sistem saraf yang ikut mengatur pernapasan adalah bagian pons varoli di otak. Pada umumnya, laju pernapasan sesuai dengan laju penambahan karbon dioksida dalam darah atau laju pengurangan oksigen  dalam darah dan jaringan. Hal tersebut dipengaruhi oleh jenis aktivitas. Ketika melakukan aktivitas berat, kita akan terengah-engah. Hal tersebut terjadi karena peningkatan metabolisme dalam jaringan, terutama otot sehingga terjadi peningkatan kadar karbon dioksida dalam darah.

  

l  Berbagai Jenis Volume Udara Pernapasan

Sumber:http://4.bp.blogspot.com/-tV875UOLZLo/UMqweFRQkQI/AAAAAAAAEAA/ u5ghTBbqyEA/ s1600/Grafik-volume-udara-pernapasan-pada-manusia.jpg

Jenis Volume	Ukuran Volume	Pengertian
Tidal	500 cc	Volume udara yang masuk dan keluar paruparu saat terjadi pernapasan biasa.
Suplemen	1500 cc	Volume udara yang masih dapat dikeluarkan dari paru-paru setelah ekspirasi normal.
Komplemen	1500 cc	Volume udara yang masih dapat dihirup setelah inspirasi normal.
Vital	3500 cc	Jumlah volume tidal + volume suplemen + volume komplemen atau volume maksimal yang dapat dikeluarkan dalam satu ekspirasi setelah inspirasi maksimal.
Residu	1000 cc	Volume udara yang tersisa di dalam paruparu setelah melakukan ekspirasi maksimal.
Total	4500 cc	Jumlah volume Vital + Volume Residu. Volume udara seluruhnya yang dapat ditampung paru-paru

l Gangguan dan Penyakit  pada Sistem Pernapasan

a. Alergi, karena debu dapat menimbulkan bersin-bersin, lalu rongga hidung membengkak dan gatal sehingga terjadi batuk-batuk baik ringan maupun berat. Reaksi alergi dapat dikurangi dengan memberikan senyawa antihistamin atau pereda alergi.

b. Selesma (pilek yang mengiringi influensa), merupakan kondisi hidung berair atau mungkin tersumbat lendir diikuti dengan hilangnya sensitivitas indera penciuman. Selesma disebabkan oleh infeksi virus. Pada umumnya dapat sembuh sendiri setelah beberapa hari.

c. Mimisan, terjadi akibat pecahnya pembuluh darah yang ada di dalam hidung. Mimisan sering terjadi pada anak-anak. Namun, dapat pula terjadi pada orang dewasa yang memiliki hipertensi dan gejala stroke.

d. Polip, merupakan jenis tumor jinak yang menyumbat sebagian jalan udara pada hidung. Sering menimbulkan suara yang sengau dan dapat mengakibatkan kesulitan bernapas. Polip dapat dibuang melalui operasi.

e. Rhinitis, merupakan radang selaput hidung yang disebabkan oleh bakteri. Dapat pula disebabkan oleh selesma maupun alergi.

f. Sinusitis, berupa peradangan yang bisa menyebabkan sakit kepala dan nyeri pada tulang pipi.

g. Laringitis, merupakan peradangan pada kotak suara yang menimbulkan suara menjadi lirih bahkan mungkin dapat tidak terdengar sama sekali. Dapat disembuhkan dengan jalan mengistirahatkan pita suara.

h. Trakheitis, berupa peradangan pada trakhea yang pada umumnya disebabkan oleh infeksi virus.

i. Bronkhitis, merupakan peradangan pada bronkhus yang disebabkan oleh infeksi dan dapat diperparah oleh asap, misalnya asap rokok dan asap polusi.

j. Pneumonia, diawali dengan adanya gejala radang pada paruparu dan paru-paru terisi dengan cairan radang. Pneumonia disebabkan oleh infeksi bakteri atau virus. Dapat pula disebabkan oleh asap rokok dan asap polusi.

k. Pleuritis, berupa radang selaput yang menyelubungi paru yang disebut sebagai selaput pleura. Radang ini sering diikuti rasa nyeri.

l. Tuberkulosis paru, merupakan penyakit yang disebabkan oleh parasit.

m. ISPA (infeksi saluran pernapasan atas), terjadi pada anak-anak atau penduduk di wilayah yang kurang sehat.

n. Asma (sesak napas), disebabkan oleh faktor genetik, dapat berupa penyempitan saluran napas dan paru-paru.

o. Emfisema, merupakan pembengkakan paru-paru karena pembuluh darah nya kemasukan udara.

p. Kanker paru-paru, merupakan salah satu yang paling berbahaya. Sel-sel kanker pada paru-paru terus tumbuh tidak terkendali. Penyakit ini lamakelamaan dapat menyerang seluruh tubuh. Salah satu pemicu kanker paru-paru adalah kebiasaan merokok.

Nah, untuk lebih memaham sistem pernafasan manusia, berikut animasi pembelajaran mengenai sistem pernafasan manusia.

--UJI KRITIS DAN ANALISIS--

LEMBAR KERJA SISWA 

(LKS)

KEGIATAN 1

     A.   Tujuan

      Mengetahui volume pernapasan pada paru-paru

    B.    Alat dan Bahan

1.      Timbangan badan

2.      Baskom

3.      Selang

4.      Gelas Ukur

5.      Botol aqua ukuran 1,5 liter

6.      Spidol

7.      Air

8.      Pewarna makanan

C.  Langkah Kegiatan

Sumber: http://1.bp.blogspot.com/-xKnKtJ_G4YM/TVqOPrvazSI/AAAAAAAAB7E/odLEq5F-QjM/s200/respirometer%2B2.jpg

1. Timbanglah berat badan naracoba.

2. Isi botol aqua sampai penuh dengan air yang sebelumnya telah diberi pewarna secara bertahap sebanyak 10 mL sambil diberi skala dengan menggunakan spidol.

3. Isilah baskom dengan air sampai penuh.

4. Masukkan botol aqua  yang berisi air ke dalam baskom dalam posisi terbalik.

5. Masukkan selang ke dalam botol aqua dengan salah satu ujungnya yang ditutupi dengan jari.

6. Tariklah napas secara biasa dan hembuskan secara biasa pula melalui selang.

7. Amati volume air yang turun pada botol aqua (volume air yang turun adalah volume kapasitas tidal).

8. Minta naracoba untuk berlari-lari selama dua menit.

9. Tarik napas secara biasa dan hembuskan secara biasa setelah selasai berlari.

10. Amati volume air yang turun.

11. Setelah naracoba kembali dalam kondisi rileks, lakukan langkah 6-10 dengan menarik napas sedalam-dalamnya kemudian menghembuskan secara biasa dan menarik napas secara biasa kemudian menghembuskan sedalam-dalamnya.

12. Lakukan langkah di atas untuk naracoba dengan berat badan yang berbeda.

D. Tabel Pengamatan

  

NO	Naracoba	Berat badan	Volume kapasitas
			Tidal		Inspirasi		Ekspirasi
			Sebelum berlari	Sesudah berlari	Sebelum berlari	Sesudah berlari	Sebelum berlari	Sesudah berlari
1
2
3

E.     Pertanyaan

1.         Berapakah volume kapasitas tidal, inspirasi, dan ekspirasi paru-paru?

2.       Bagaimanakah hasil pengukuran yang diperoleh dari setiap naracoba sama? Jika tidak, apa alasannya?

3.         Bagaimana pengaruh aktifitas terhadap kapasitas paru-paru?

4.         Bagaimana pengaruh berat badan terhadap kapasitas paru-paru?

5.         Bagaimanakah kesimpulan dari kegiatan ini ?

LEMBAR KERJA SISWA 

(LKS) 

KEGIATAN 2

      A.    Tujuan

        Mengetahui bahwa udara yang keluar dari paru-paru mengandung karbondioksida dan uap air.

     B.    Alat dan bahan

1.      Gelas

2.      Air kapur

3.      Selang plastik

4.      Cermin

       C.  Cara kerja

1.  Membuat air kapur dengan cara memasukkan satu genggam kapur padat ke dalam 1 liter air, kemudian diaduk sampai rata. Agar partikel kapur mengendap, larutan tersebut didiamkan selama satu hari. Mengambil air jernih di atas endapan kapur dan mencatat tingkat kejernihannya.

2.  Menyediakan dua buah tabung reaksi. Memberi tanda gelas piala satu dengan angka 1 dan gelas piala lain dengan angka 2. Mengisi masing-masing gelas piala dengan air kapur sebanyak 100 ml. Mencatat kejernihan atau warna air kapur dalam masing-masing gelas kimia dalam tabel pengamatan.

3.  Menghembuskan nafas ke dalam air dari gelas piala 1 melalui sedotan limun, gelas 2 tanpa diberi hembusan nafas. Mengamati perubahan warna yang terjadi pada gelas piala. Membandingkan hasil reaksi tersebut.

4.  Mengambil kaca dan hembuskan nafas ke permukaan kaca. Mencatat apa yang terjadi.

      D.    Pertanyaan

             1. Apakah yang terjadi pada air kapur setelah kamu menghembuskan napas ke dalamnya?

         2. Apakah yang menyebabkan hal ini terjadi? Jelaskan!

         3. Buatlah kesimpulan!

    4. Bagaimanakah permukaan cermin? Buatlah kesimpulan! Diskusikan dengan teman   sekelompokmu.

--Knowledge is not enough; we must apply. Willing is not enough; we must do--