Di halaman sebelumnya kita telah mempelajari tentang sistem pernapasan pada manusia, di halaman ini kita akan membahas tentang Mekanisme Pertukaran Oksigen dan Karbondioksida pada proses pernapasan manusia. Show Masih ingat? dalam pembahasan sebelumnya, kita telah mengetahui bersama bahwa pernapasan dapat dibedakan dalam tiga macam yaitu pernapasan eksternal (external respiration), pernapasan internal (internal respiration) dan pernapasan seluler (cellular respiration). Nah, agar pembahasan terkait mekanisme pertukaran oksigen dan karbondioksida dapat lebih mudah dipahami, kita akan membahasnya secara terpisah sesuai pembagian di atas. Setuju?. 1. Pernapasan Eksternal Ketika kita menghirup udara dari lingkungan, maka udara akan masuk ke dalam paru-paru kita. Nah, disini akan terjadi pertukaran oksigen dan karbondioksida di dalam paru-paru (lebih tepatnya di alveolus) yang terjadi secara difusi yang disebabkan karena adanya perbedaan tekanan. Udara yang sampai di dalam alveoli memiliki tekanan O2 yang lebih tinggi daripada tekanan O2 di kapiler-kapiler darah alveoli. Akibatnya, O2 akan mengalir masuk ke dalam darah yang kemudian diikat oleh hemoglobin darah. Selain itu di dalam udara yang sampai di alveoli, tekanan CO2 memiliki nilai yang lebih rendah dibandingkan dengan tekanan CO2 di dalam darah. Akibatnya, karbondioksida akan mengalir dari darah menuju menuju kapiler paru-paru. Gambar. Peredaran darah manusia (Sumber: qqsmily.blogspot.com)Mungkin sebagian dari kita bertanya, mengapa tekanan CO2 di dalam darah bisa lebih besar daripada tekanan tekanan CO2 dalam udara yang ada di alveoli? Hal ini disebabkan karena terjadi penumpukan CO2 sebagai akibat dari metabolisme sel. Hemoglobin adalah protein yang terdiri atas hemin dan globin. Hemin memiliki unsur besi (Fe) yang menjadi pusat dari molekul hemoglobin itu sendiri. Dalam unsur besi ini terjadi pengikatan oksigen (proses oksigenasi) sehingga terbentuk oksihemoglobin (HbO2) dimana setiap molekul hemoglobin dapat mengikat sampai 4 molekul O2. Banyaknya pengikatan ini dipengaruhi juga oleh tekanan udara lingkungan. Disaat yang sama ketika sel darah merah masuk ke dalam kapiler paru-paru, sebagian besar yakni sekitar 65%, karbondioksida akan diangkut oleh darah dalam bentuk ion bikarbonat (HCO3–) melalui proses berantai yang disebut dengan proses pertukaran klorida. Sedangkan 30% nya akan berikatan dengan salah satu protein dalam hemoglobin. Pembentukan asam bikarbonat (HCO3–) terjadi karena adanya enzim karbonat anhidrase di dalam darah yang membantu mereaksikan CO2 dengan H2O sehingga membentuk asam karbonat (H2CO3). Asam karbonat ini, nantinya dapat mengalami ionisasi atau disosiasi dengan mengeluarkan atom hidrogen (H+) sehingga asam karbonat akan menjadi asam bikarbonat (HCO3–). Atom hidrogen tersebut kemudian akan ditangkap oleh hemoglobin. Reaksinya sebagai berikut. H2O + CO2 → H2CO3 → HCO3– + H+ Di dalam paru-paru, akan terjadi reaksi serupa hanya saja arahnya terbalik dimana terjadi reaksi antara ion bikarbonat (HCO3–) dan H+ sehingga terbentuklah CO2 dan H2O yang kemudian akan dikeluarkan melalui hidung. Reaksinya dapat ditulis sebagai berikut. HCO3– + H+ → H2CO3 → H2O + CO2 Gambar. Mekanisme pertukaran oksigen dan karbondioksida (Sumber: Biology Concepts & Connections, 2006)2. Pernapasan Internal Pada pernapasan internal, proses pertukaran gas terjadi di dalam jaringan tubuh. Setelah terbentuk oksihemoglobin (HbO2) di dalam paru-paru, jantung akan melakukan pemompaan darah kaya O2 dan miskin CO2 dari paru-paru ke seluruh tubuh. Nah, oksigen yang terikat dalam darah tadi akan dilepas dan menuju ke dalam jaringan tubuh melalui proses difusi. Oksigen ini nantinya akan digunakan untuk metabolisme sel. Lantas bagaimana oksigen dan karbondioksida bisa berdifusi? Oksigen dapat bergerak karena ada perbedaan tekanan oksigen pada darah dan jaringan. Tekanan parsial oksigen di dalam darah lebih besar daripada tekanan oksigen pada jaringan sel. Oleh karena itulah kemudian oksigen akan mengalir menuju ke jaringan sel. Dilain sisi, tekanan karbondioksida pada darah lebih kecil daripada tekanan karbondioksida pada jaringan sel. Hal ini mengakibatkan karbondioksida akan mengalir dari jaringan sel menuju darah. Sebagian besar karbondioksida akan masuk ke dalam plasma darah dan bergabung dengan air membentuk asam karbonat (H2CO3) sedangkan sebagian lainnya akan berikatan dengan hemoglobin membentuk karboksi hemoglobin (HbCO2). Asam karbonat ini kemudian akan diurai menjadi dua ion oleh enzim anhidrase yaitu menjadi ion hidrogen (H+) dan ion bikarbonat (HCO3–). Karbondioksida yang diangkut oleh darah tidak semuanya dibuang keluar tubuh, akan tetapi ada sekitar 10% nya masih terkandung di dalam darah sebagai ion-ion bikarbonat. Ion-ion ini berfungsi sebagai larutan penyangga yang berfungsi menjaga kestabilan keasaman dalam darah (pH darah). 3. Pernapasan Seluler Setelah sampai di jaringan, O2 akan berdifusi masuk ke sel-sel tubuh. Nah, di dalam sel O2 ini nantinya digunakan untuk proses oksidasi sel. Gas sisa yang dihasilkan dari proses oksidasi sel adalah CO2. Jika O2 digunakan makin banyak, maka CO2 yang dihasilkan akan semakin banyak pula. CO2 yang menumpuk kemudian akan mengalir keluar dari sel menuju darah namun setidaknya sekitar kurang dari 5%, CO2 tetap berada di dalam sel.
Pernapasan merupakan satu proses pertukaran gas-gas respirasi yaitu oksigen dan karbondioksida. Fungsi utama pernapasan adalah untuk menyediakan oksigen untukkelangsungan proses metabolisme sel-sel tubuh dan mengeluarkan karbondioksida hasildari metabolisme tersebut. Sistem pernapasan meliputi saluran pernapasan yang berfungsidalam konduksi udara. Bermula dari rongga hidung, pharynx, larynx sehingga paru, organpertukaran gas, dan sistem sirkulasi darah yang membawa oksigen ke jaringan tubuh danmembawa karbon dioksida ke alveolus. Proses bernapas terjadi akibat dari inspirasi danekspirasi, yang diakibatkan oleh kontraksi otot-otot interkostal dan diafragma.Setelahoksigen disalurkan ke paru, akan berlakulah proses difusi dan transportasi gas tersebut kekapiler darah seterusnya ke jaringan dalam tubuh. Setiap makhluk hidup termasuk manusia perlu bernapas untuk kelanjutan hidupnya. Dengan bernapas, manusia memperoleh oksigen yang berguna bagi tubunya dan membuang karbondioksida yang dihasilkan dari dalam tubuhnya. Sistem pernapasan sendiri terdiri dari hidung, faring, laring, trachea, bronkus, bronkiolus, bronkiolus terminalis, bronkiolus respiratorius, duktus alveolaris, dan alveoli. Secara sederhana mekanisme pernapasan merupakan proses perukaran dan transportasi O2 dan CO2. Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Penjelasan Proses Pernapasan Pada Manusia Lengkap Jalur PernapasanSistem respirasi melibatkan sejumlah organ seperti hidung, mulut, faring, trachea, bronchus, dan paru. Fungsi sistem respirasi adalah memfasilitasi pertukaran gas antara atmosfer, paru-paru dan sel-sel jaringan dalam tubuh. Tiga proses dasar terlibat dalam pertukaran gas tersebut. Proses pertama ventilasi paru adalah pengaturan inspirasi dan ekspirasi udara antara atmosfer dan paru. Proses kedua respirasi eksternal (respirasi paru) adalah pertukaran oksigen dan karbondioksida antara paru dan kapiler darah paru. Proses ketiga respirasi internal (respirasi jaringan) adalah pertukaran oksigen dan karbondioksida antara kapiler darah jaringan dan sel-sel jaringan.1 Paru-paru berfungsi dalam pertukaran gas antara udara luar dan darah yaitu oksigen dari udara masuk ke darah, dan karbondioksida dari darah ke luar ke udara. Proses pertukaran gas terjadi melalui lapisan yang terdiri dari epitel alveoli, membran basalis, cairan antarsel endotel kapiler, plasma, membran sel darah merah, dan cairan intrasel darah merah. Di samping itu, terdapat selapis cairan tipis surfaktan di permukaan alveoli yang menjaga supaya alveoli tetap menggelembung. Proses pertukaran gas terjadi secara pasif, bergantung kepada selisih bagian gas yang ada di tiap kompartemen. Proses pertukaran gas terjadi dengan cara difusi. Oksigen masuk ke dalam sel dan dalam mitokondria digunakan untuk proses metabolisme yang penting untuk kelangsunganhidup.sedangkan karbon dioksida (CO2) berjalan arah sebaliknya dengan oksigen. Urutan saluran pernapasan adalah sebagai berikut:
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Pernapasan dan Alat-Alat Pernapasan Kelarutan Gas dalam DarahSalah satu fungsi dari darah adalah mengangkut oksigen dari paru-paru ke jaringan dan mengankut CO2 dari jaringan ke paru-paru untuk dikeluarkan. Oksigen bereaksi secara kimia dengan hemoglobin darah, karena itu kelarutan oksigen dalam darah lebih besar dari kelarutan oksigen dalam air. Bila butir-butir darah merah dihilangkan, berarti hemoglobin juga hilang, cairan darah sisa tersebut dinamakan plasma darah. Plasma darah mengandung bermacam-macam elektrolit yang tak bereaksi dengan oksigen yang akan merendahkan kelarutan oksigen. Jadi kelarutan oksigen dalam plasma darah lebih rendah daripada dalam air. Dalam plasma darah, ada zat yang bereaksi dengan CO2 sehingga kelarutan CO2 dalam plasma lebih besar daripada kelarutan dalam air Prinsip Kesetimbangan Dinamik pada Pertukaran GasSecara umum, difusi adalah peristiwa pertukaran atau perpindahan molekul dari suatu daerah yang kosentrasi molekulnya tinggi ke daerah yang kosentrasi molekulnya rendah.4 Peristiwa difusi merupakan peristiwa pasif yang tidak memerlukan energi ekstra. Peristiwa difusi yang terjadi di dalam paru adalah perpindahan molekul oksigen dari rongga alveoli melintasi membran kapiler alveolar, kemudian melintasi plasma darah, selanjutnya menembus dinding sel darah merah dan akhirnya masuk ke interior sel darah merah sampai berikatan dengan hemoglobin. Membran kapiler alveolar sangat tipis yaitu 0,1 mikrometer atau sepertujuh puluh dari tebal butir darah merah sehingga molekul udara tidak mengalami kesulitan untuk menenbusnya. Peristiwa difusi selain oksigen adalah perpindahan molekul karbondioksida dari darah ke udara alveol. Oksigen dan karbondioksida menembus dinding alveolus dan kapiler pembuluh darah dengan cara difusi. Berarti molekul kedua gas bergerak tanpa menggunakan tenaga aktif. Urutan proses difusi meliputi:
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Sistem Pernapasan Pada Manusia Lengkap Pertukaran Gas di Paru-paruO2 larut secara fisik dalam plasma , namun sebagian besar berdifusi dalam sel darah merah bereaksi dengan deoksiHb membentuk oksiHb sambil melepaskan H+ .Pada saat Hb jenuh dengan O2, afinitas terhadap CO2 ↓ sehingga CO2 yang terikat pada Hb akan terdisosiasi dan berdifusi keluar dari sel darah merah melalui plasma menuju alveoli. Ion H+ yang dilepaskan Hemoglobin berikatan dengan ion HCO3- yang berdifusi ke dalam sel darah merah dari plasma dan saling bertukar tempat dengan Cl-. Reaksi antara H+ dan HCO3- menghasilkan H2CO3. Asam Karbonat pecah menjadi H2O & CO2 dengan bantuan enzim karbonat anhidrase. CO2 berdifusi keluar dari sel darah merah menuju plasma lalu ke alveoli.7 Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pernapasan Dada dan Perut Pertukaran Gas di JaringanCO2 terlarut dalam jumlah kecil dalam plasma namun sebagian besar berdifusi ke dalam sel darah merah bereaksi dg air membentuk H2CO3 atau berikatan dengan Hb membentuk carbamino Hb. Reaksi dikatalisis oleh carbonate anhidrase. Terdisosiasi jd H+ dan HCO3- .Selama pergeseran klorida, ion HCO3- berdifusi keluar dari sel darah merah digantikan oleh Cl-.Selanjutnya HCO3- bertindak sbg buffer mengontrol pH darah. Dalam sel darah merah, ion H+ dibuffer oleh Hb . Pada keadaan dimana Hb berikatan dg H+ Hb punya afinitas yang rendah thd O2. Sejumlah kecil O2 diangkut dalam keadaan terlarut secara fisik berdifusi keluar dari plasma masuk ke dalam sel jaringan. Efek DekompresiBila orang bernapas dalam lingkungan udara bertekanan tinggi dalam jangka waktu lama, jumlah nitrogen yang larut dalam cairan tubuhnya akan banyak sekali. Mengapa demikian ? Darah yang mengalir melalui kapiler paru akan jenuh dengan nitrogen yang tekanannya sama dengan tekanan yang terdapat dalam udara campuran pernapasan. Setelah beberapa jam, cukup banyak nitrogen yang diangkut ke jaringan sehingga jaringan jenuh akan nitrogen. Karena nitrogen tidak di metabolism oleh tubuh, nitrogen akan tetap larut sampai tekanan nitrogen dalam paru turun, pada waktu itulah nitrogen dibuang melalui pernapasan, tetapi pembuangan ini memerlukan waktu beberapa jam dan sekumpulan masalah ini yang disebut “decompression sickness” Mekanisme Bila seorang penyelam telah lama berada di dalam laut sehingga sejumlah besar nitrogen terlarut dalam tubuhnya dan kemudian tiba-tiba naik ke permukaan laut, sejumlah gelembung nitrogen dapat timbul dalam cairan tubuhnya baik intrasel maupun ekstrasel, dan hal ini dapat menimbulkan kerusakan di setiap tempat dalam tubuh, dari derajat ringan hingga berat bergantung pada jumlah dan ukuran gelembung yang terbentuk. Inilah decompression sickness. Selama penyelam itu masih tetap berada di laut, tekanan di luar tubuhnya ( 5000 mm Hg ) akan menekan jaringan tubuh sehingga gas tetap berada dalam keadaan terlarut. Tetapi bila penyelam itu mendadak naik ke permukaan laut, tekanan di luar tubuhnya menjadi hanya 1 atm ( 760 mmHg ), sedangkan tekanan gas dalam cairanb tubuhnya merupakan jumlah dari tekanan uap air, karbon dioksida, oksigen, dan nitrogen atau total 4065 mm Hg, yang jelas jauh lebih besar dari tekanan di luar tubuh dan sekitar 97 % nya disebabkan oleh nitrogen terlarut. Oleh karena itu gas akan keluar dari larutan dan membentuk gelembung-gelembung dalam jaringan, terutama dalam darah yang kemudian menyumbat pembuluh darah. Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Gangguan Sistem Pernapasan – Pengertian, Saluran, Dinding, Udara, Gejala, Penyebab, Cara Mengatasi Mekanisme Pertukaran Gas Selama PernapasanPada semua makhluk hidup pastinya melakukan pernapasan atau respirasi dengan tujuan untuk dapat membakar makanan dan dapat menghasilkan energi. Pengertian respirasi merupakan sebuah proses pengambilan oksigen, pengeluaran karbon dioksida dan pelepasan energi. Reaksi secara sederhana yaitu: C6H12O6 + O2 >>> CO2 + H2O + Energi Proses RespirasiDalam proses respirasi ini meliputi tiga hal yakni sebagai berikut.
Pernapasan pada manusia dan sebagian besar vertebrata merupakan pernapasan yang tidak langsung. Pernapasan tidak langsung ialah udara yang diperlukan tubuh tidak langsung masuk ke dalam sel yang melalui permukaan tubuh, tetapi terjadi dalam saluran pernapasan (alveolus). Hal ini berbeda dengan Invertebrata yang terjadi pernapasan langsung, artinya udara yang diperlukan tubuh langsung masuk ke dalam sel. Terjadinya PernapasanTerjadinya pernapasan tidak langsung pada manusia dan sebagian vertebrata menyebabkan pertukaran gas melalui dua tahap.
Dalam proses pertukaran gas terjadi secara di fusi. Oksigen masuk ke dalam darah yang menyelubungi alveolus. Oksigen di dalam darah diikat oleh hemoglobin (Hb) untuk diangkut ke seluruh jaringan tubuh. Sepanjang hidupnya pada 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. Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Organ Pernapasan Manusia – Pengertian, Jenis, Hidung, Tenggorokan, Bronkiolus, Alveolus, Diafragma, Paru-Paru Mekanisme Pertukaran Gas O2 dan CO2Bernafas yaitu emngabil dan mengeluarkan udara pernapasan melalui paru-paru. Kemudian arti yang lebih khusus adalah pertukaran gas yang terjadi didala sel dengan “lingkungannya”. Pada pernapasan langsung, pengambilan udara pernapasan dilakukan secara langsung oleh permukaan tubuh danj pada peranpasan tidak langsung adalah melalui saluran pernapasan. Manusia bernapas secara tidak langsung, artinya udar pernapasan tidak bertdifusi langsung melalui seluruh permukaan kulit. Selaput tipis tempat berlangsungya difusi gas tersebut terlindung di bagian dalam tubuh, berupa gelembung paru-paru. Pernapasan atau pertukaran gas pada manusia berlangsung melalui dua tahap yaitu pernapasan luar (eksternal) dan pernapasan dalam (internal). Pernapasan luar adalah pertukaran gas di dalam paru-paru. Sehingga berlangsung difusi gas dari luar masuk kedalam aliran darah. Dengan kata lain, pernapasan luar adalah pertukaran gas (O2 dan CO2) anatar udara dan darah. Pada Pernapasan luar, darah kana keluar masuk ke dalam kapiler paru-paru yang mengangkut sebagian besar karbon dioksida sebagai ion bikarbonat () dengan persamaan reaksi seperti berikut ini. Ketika karbon dioksida yang tinggal sedikit keluar dari dalam darah, maka terjadi reaksi seperti di bawah ini. Enzim karbonat anhidrase yang terdapat dalam sel-sel darah merah dapat mempercepat reaksi. Ketika reaksi berlangsung hemoglobin melepaskan ion-ion hydrogen yang telah diangkut; H Hb menjadi Hb. Hb merupakan singkatan dari haemoglobin, yaitu jenis protein dalam sel darah merah. Selanjutnya hemoglobin siap untuk mengikat oksigen dan menjadi oksihemoglobin. Untuk memudahakn penulisan Hb yang mengikat oksigen disingkat HbO2. Selama pernapasan luar, di dalam paru-paru akan terjadi pertukaran gas yaitu CO2 meninggalakan darah dan O2 masuk ke dalam secara difusi. Terjadinya difusi O2 dan CO2 ini karena adanya perbedaan tekan parsial. Tekanan udara luar sebeasr 1 atm (760 mmHg), sedangkan tekanan parsial O2 di paru-paru 760m mmHg. Tekanan parsial pada kapiler darah arteri 100 mmHg, dan di vena 40mmHg. Hal ini emnyebabkan O2 berdifusi dari udara ke dalam darah. Sementara itu, tekanan parsial CO2 dalam vean 47 mmHg, teakan parsial CO2 dalam arteri 41 mmHg dan tekan parsial dalam alveolus 40mmHg. Oleh karena itu CO2 berdifusi dari darah ke alveolus. Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Sistem Pernapasan Vertebrata dan Invertebrata Pada pernapasan dalam (pertukaran gas didalam jaringan tubuh) darah masuk kedalam jaringan tubuh, oksigen meninggalakan hemoglobin dan berdifusi masuk kedalam cairan jaringan tubuh. Reaksinya sebagai berikut. Difusi oksigen keluar dari darah dan masuk ke dalam cairan jaringan dapat terjadi, karena tekanan oksigen di dalam cairan jaringan lebih rendah dibandingkan di dalam darah. Hal ini disebabkan karena sel-sel secar terus menerus menggunakannya dalam respirasi selular. Perlu diketahui bahwa tekanan parsial O2 pada kapiler darah 100 mmHg dan tekan parsial O2 dalam jaringan tubuh kurang dari 40 mmHg. Sebaliknya tekanan karbon dioksida adalah tinggi, karena karbon dioksida secara terus-menerus dihasilkan oleh sel-sel tubuh. Tekanan parsial CO2 dalam jaringan 60 mmHg dan dalam kapiler darah 41 mmHg. Peristiwa inilah yang menyebabkan O2 dapat dapat berdifusi ke dalam jaringan dan CO2 berdifusi ke luar jaringan. Dalam keadaan biasa tubuh kita menghasilkan 200 mL karbon dioksida per hari. Pengangkutan CO2 di dalam darah dapat dilakukan dengan tiga cara berikut.
Daftar Pustaka
|