Mekanisme pertukaran gas selama pernapasan

Menghirup adalah gerakan aktif yang dihasilkan dari kontraksi otot yang disebut diafragma. Diafragma besar, otot seperti lembaran di bawah paru-paru (lihat gambar di bawah). Ketika diafragma berkontraksi, tulang rusuk mengembang dan isi perut bergerak ke bawah.

Ini menghasilkan volume dada yang lebih besar, yang mengurangi tekanan udara di dalam paru-paru. Dengan tekanan udara lebih rendah di dalam daripada di luar paru-paru, udara mengalir ke paru-paru. Ketika diafragma rileks, kejadian sebaliknya terjadi. Volume rongga dada berkurang, tekanan udara di dalam paru-paru meningkat, dan udara mengalir keluar dari paru-paru, seperti udara yang keluar dari balon.

Pernapasan tergantung pada kontraksi diafragma
Pernapasan tergantung pada kontraksi diafragma

Semua mahluk hidup pasti melakukan pernapasan atau respirasi dengan tujuan untuk membakar makanan dan menghasilkan energi. Pengertian respirasi adalah proses pengambilan oksigen, pengeluaran karbon dioksida, dan pelepasan energi. Reaksi secara sederhana, yaitu:

C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O + Energi

Proses respirasi meliputi tiga hal berikut ini.

  1. Bernapas, yaitu mengambil dan mengeluarkan udara
  2. Pertukaran gas, yaitu pertukaran gas dari udara ke sel atau dari saluran pernapasan ke sel
  3. Reaksi enzimatis, yaitu penggunaan oksigen dalam sel untk metabolisme dengan bantuan enzim respirasi (sitokrom).

Pernapasan pada manusia dan sebagian besar vertebrata merupakan pernapasan tidak langsung. Pernapasan tidak langsung adalah udara yang diperlukan tubuh tidak langsung masuk ke dalam sel melalui permukaan tubuh, tetapi terjadi dalam saluran pernapasan (alveolus). Hal ini berbeda dengan invertebrata yang terjadi pernapasan langsung, artinya udaa yang diperlukan tubuh langsung masuk ke dalam sel.

Terjadinya pernapasan tidak langsung pada manusia dan sebagian vertebrata menyebabkan pertukaran gas melalui dua tahap.

  1. Pertukaran gas dari udara bebas ke dalam sel darah terjadi dalam aleveolus dengan kapiler-kapiler darah, yang dinamakan pernapasan luar (respirasi eksternal).
  2. Pertukaran gas dari darah dalam kapiler dengan sel-sel/jaringan tubuh yang dinamakan pernapasan dalam (respirasi internal).

Proses pertukaran gas terjadi secara difusi. Oksgen masuk kedalam darah yang menyelubungi alveolus. Oksigen didalam darah diikat oleh hemoglobin (Hb) untuk diangkut ke seluruh jaringan tubuh.

Sepanjang hidupnya manusia memasukan oksigen ke dalam tubuh secara terus menerus. Manusia tidak dapat bertahan lama untuk tidak bernapas. Berhentinya oksigen dapat merusak/mematikan sel-sel tubuh.

Proses Pernapasan

Di bawah ini adalah bagian-bagian paru-paru di mana oksigen bergerak dari paru-paru ke dalam darah. Jika alveoli di bawahnya berwarna ungu, mereka bisa menyerupai sekelompok anggur. Tentu saja, karena alveoli berada di paru-paru, mereka harus sangat kecil untuk menyediakan area yang cukup untuk pertukaran gas. Faktanya, ada sekitar 300 juta alveoli di paru dewasa.

Perjalanan Udara selama bernapas

Tarik napas besar melalui hidung. Saat Anda menarik napas, Anda mungkin merasakan udara melewati tenggorokan Anda dan melihat dada Anda membesar. Sekarang buang napas dan amati peristiwa yang terjadi sebaliknya. Menghirup dan menghembuskan napas mungkin tampak seperti tindakan sederhana, tetapi itu hanya bagian dari proses respirasi yang kompleks, yang meliputi empat langkah ini:

  • Ventilasi
  • Pertukaran gas paru
  • Transportasi gas
  • Pertukaran gas periferal

Ventilasi

Respirasi dimulai dengan ventilasi. Ini adalah proses memindahkan udara masuk dan keluar dari paru-paru. Paru-paru adalah organ-organ tempat pertukaran gas terjadi antara darah dan udara.

  • Udara memasuki sistem pernapasan melalui hidung. Saat udara melewati rongga hidung, lendir dan rambut menjebak partikel di udara. Udara juga dihangatkan dan dibasahi sehingga tidak akan merusak jaringan paru-paru yang rapuh.
  • Selanjutnya, udara melewati faring, tabung panjang yang digunakan bersama dengan sistem pencernaan. Sebuah lipatan jaringan ikat yang disebut epiglottis menutup ketika makanan ditelan untuk mencegah tersedak.
  • Dari faring, udara selanjutnya melewati laring, atau kotak suara. Laring berisi pita suara, yang memungkinkan kita menghasilkan suara vokal.
  • Setelah laring, udara bergerak ke trakea, atau pipa angin. Ini adalah tabung panjang yang mengarah ke dada.
  • Di dada, trakea membelah saat memasuki paru-paru untuk membentuk bronkus kanan dan kiri. Bronkus mengandung tulang rawan, yang mencegah mereka dari kolaps. Lendir di bronkus menjebak partikel yang tersisa di udara. Struktur kecil seperti rambut yang disebut silia melapisi bronkus dan menyapu partikel dan lendir ke arah tenggorokan sehingga mereka dapat dikeluarkan dari tubuh.
  • Akhirnya, udara berpindah dari bronkus ke saluran yang lebih kecil yang disebut bronkiolus. Bronkiolus berakhir di kantung udara kecil yang disebut alveoli.

Pertukaran Gas di Paru-paru

Pertukaran gas paru adalah pertukaran gas antara udara yang dihirup dan darah. Ini terjadi di alveoli paru-paru. Alveoli (tunggal, alveolus) adalah kelompok mirip anggur yang dikelilingi oleh jaringan kapiler paru berdinding tipis. Setelah Anda menarik napas, ada konsentrasi oksigen yang lebih besar di dalam alveoli daripada di dalam darah kapiler paru, sehingga oksigen berdifusi dari alveoli ke dalam darah melintasi kapiler (lihat gambar di bawah). Karbon dioksida, sebaliknya, lebih terkonsentrasi dalam darah kapiler paru daripada di alveoli, sehingga berdifusi dalam arah yang berlawanan.

Alveoli adalah kantung kecil di paru-paru tempat pertukaran gas terjadi.
Alveoli adalah kantung kecil di paru-paru tempat pertukaran gas terjadi.

Transportasi Gas

Setelah darah di kapiler paru jenuh dengan oksigen, ia meninggalkan paru-paru dan bergerak ke jantung. Jantung memompa darah yang kaya oksigen ke arteri, yang membawanya ke seluruh tubuh. Akhirnya, darah mengalir ke kapiler yang memasok jaringan tubuh. Kapiler ini disebut kapiler perifer.

Pertukaran Gas Periferal

Sel-sel tubuh memiliki konsentrasi oksigen yang jauh lebih rendah daripada darah teroksigenasi di kapiler perifer. Karena itu, oksigen berdifusi dari kapiler perifer ke sel-sel tubuh. Karbon dioksida diproduksi oleh sel-sel sebagai produk sampingan dari respirasi seluler, sehingga lebih terkonsentrasi di dalam sel daripada di dalam darah kapiler perifer. Akibatnya, karbon dioksida berdifusi ke arah yang berlawanan.

Kembali ke Paru

Karbon dioksida dari sel-sel tubuh bergerak dalam darah dari kapiler perifer ke vena dan kemudian ke jantung. Jantung memompa darah ke paru-paru, tempat karbon dioksida berdifusi ke dalam alveoli. Kemudian, karbon dioksida keluar dari tubuh melalui struktur lain dari sistem pernapasan, membawa proses respirasi lingkaran penuh.

Pertukaran Gas dan Homeostasis

Pertukaran gas diperlukan untuk menyediakan sel dengan oksigen yang mereka butuhkan untuk respirasi sel. Sel tidak bisa bertahan lama tanpa oksigen. Pertukaran gas juga diperlukan untuk membawa limbah karbon dioksida. Beberapa karbon dioksida dalam darah larut membentuk asam karbonat, yang menjaga pH darah dalam kisaran normal.

PH darah mungkin menjadi tidak seimbang jika laju pernapasan terlalu cepat atau terlalu lambat. Ketika bernafas terlalu cepat, darah mengandung terlalu sedikit karbon dioksida dan menjadi terlalu mendasar. Ketika bernafas terlalu lambat, darah mengandung terlalu banyak karbon dioksida dan menjadi terlalu asam. Jelas, untuk mempertahankan pH darah yang tepat, laju pernapasan harus diatur.

Ringkasan

  • Respirasi dimulai dengan ventilasi, proses memindahkan udara masuk dan keluar paru-paru.
  • Pertukaran gas di paru-paru terjadi di dinding tipis arteri paru-paru di kantung udara kecil yang disebut alveoli.
  • Darah teroksigenasi diangkut oleh sistem peredaran darah dari paru-paru ke jaringan di seluruh tubuh.
    Pertukaran gas antara darah dan sel-sel tubuh terjadi di dinding kapiler perifer.
  • Pertukaran gas membantu mempertahankan homeostasis dengan memasok sel-sel dengan oksigen, membawa limbah karbon dioksida, dan mempertahankan pH darah yang tepat.