Sistem Pernapasan pada Manusia

Setiap sel di tubuh memerlukan O2 untuk respirasi dan membuang CO2 sebagai sisa metabolisme. Namun, tidak semua sel memiliki akses untuk mempertukarkan gas-gas tersebut ke lingkungan. Pada dasarnya pernapasan merupakan serangkaian pengambilan oksigen melalui alat pernapasan dan pengeluaran sisa oksidasi yang berupa karbon dioksida dan uap air. Paru-paru merupakan organ terbesar pada sistem pernapasan. Paru-paru memiliki peranan yang sangat penting dalam proses pernapasan karena merupakan tempat pertukaran gas oksigen (O2) dan karbon dioksida (CO2).

Pernapasan meliputi proses inspirasi dan ekspirasi. Inspirasi adalah pemasukan udara luar ke dalam tubuh melalui alat-alat pernapasan. Ekspirasi merupakan pengeluaran udara pernapasan dari alat pernapasan. Pada beberapa makhluk hidup tingkat tinggi seperti hewan vertebrata dan manusia, masuknya oksigen ke dalam tubuh terjadi melalui perantaraan alat-alat pernapasan. Proses respirasi berlangsung dalam tiga tahap, antara lain berikut ini.

1. Respirasi Eksternal. Respirasi eksternal adalah proses pertukaran oksigen dan karbon dioksida antara udara di atmosfer dan udara di dalam paru-paru. Hal ini berlaku pada hewan yang hidup di darat. Bagi hewan-hewan yang hidupnya di air, respirasi eksternal merupakan proses pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida antara udara di dalam medium air dan udara dalam insang.
2. Pengangkutan Gas Oksigen dan Karbon Dioksida. Pengangkutan atau transportasi gas terdiri atas dua proses, yaitu transportasi oksigen dari kapiler paru-paru atau kapiler insang diedarkan ke seluruh sel-sel organisme dan transportasi karbon dioksida dari sel-sel organisme ke kapiler paru-paru atau insang.
3. Respirasi Internal. Oksigen yang diperoleh dari lingkungan digunakan pada proses pembakaran untuk menghasilkan energi, sedangkan sebagai hasil sampingannya adalah karbon dioksida yang harus dikeluarkan dari tubuh. Proses respirasi internal sering kali disebut sebagai respirasi seluler, karena proses respirasi ini terjadi di dalam sel, yaitu di dalam sitoplasma dan mitokondria.

1. Organ Pernapasan

Udara, terutama oksigen masuk ke dalam tubuh melalui alat-alat pernapasan yang terdiri atas rongga hidung, trakea, bronkus, dan alat paru-paru.

1. Rongga hidung. Di dalam rongga hidung dilapisi selaput lendir (mukosa) dan banyak ditumbuhi rambut-rambut halus sehingga udara yang masuk ke hidung sebelum masuk trakea disaring terlebih dahulu dan mengeluarkan partikel-partikel yang tersaring. rongga hidung memiliki fungsi, yaitu: menyaring udara yang masuk hidung; menghangatkan udara sehingga udara dari luar akan sama suhunya dengan tubuh; dan melembapkan udara.
2. Trakea (batang tenggorokan). Trakea dibentuk oleh tulang tulang rawan yang berbentuk cincin yang terdiri atas 15 - 20 cincin. Bagian dalam trakea terdapat sel-sel epitel bersilia yang mempunyai fungsi untuk mengeluarkan benda asing yang masuk ke alat pernapasan bersama udara.
3. Bronkus (cabang batang tenggorokan). Bronkus adalah saluran yang menghubungkan trakea dengan paru-paru. Bronkus di dalam paru-paru bercabang-cabang yang semakin kecil disebut bronkiolus.
4. Paru-paru (pulmo). Paru-paru diselubungi suatu kantong berselaput, yaitu pleura parietalis dan pleura viseralis. Paru-paru terdiri atas paru-paru kiri dan paru-paru kanan. Paru-paru kiri terdiri atas dua lobus, sedangkan paru-paru kanan terdiri atas tiga lobus. Bronkiolus bercabang-cabang lagi menjadi lebih kecil dan berakhir pada kantong-kantong udara yang disebut alveolus. Alveolus merupakan tempat pertukaran oksigen dengan karbon dioksida. Jumlah alveolus 300 juta buah, dengan luas jika dibentangkan sekitar 70 m2. Dengan keadaan luas paru-paru seperti itu, maka respirasi menjadi lebih efisien dan perolehan oksigen akan menjamin hidup manusia.

2. Mekanisme Pernapasan Manusia

Terdapat dua mekanisme pernapasan pada manusia, yaitu inspirasi atau inhalasi dan ekspirasi atau ekshalasi. Efisiensi pertukaran udara di paru-paru didukung dengan adanya diafragma, yaitu suatu sekat berotot berbentuk kubah yang membatasi rongga dada dengan rongga perut. Inspirasi atau inhalasi dikenal sehari-hari sebagai proses menarik napas atau memasukkan udara ke dalam paru-paru, sedangkan ekspirasi atau ekshalasi sama dengan mengembuskan udara dari paru-paru ke luar.

a. Inspirasi

Dalam pernapasan terjadi proses inspirasi dan ekspirasi. Berdasarkan proses ini, pernapasan pada manusia dibedakan menjadi dua macam, yaitu pernapasan dada dan pernapasan perut.

Setiap orang memiliki volume udara yang berbeda-beda. Hal ini dipengaruhi oleh ukuran paru-paru, cara bernapas, dan kekuatan orang dalam bernapas. Untuk orang dewasa, volume paru-paru rata-rata 5 - 6 liter.

• Paru-paru dapat menampung sekitar 5.000 ml udara yang disebut kapasitas total paru-paru. 
• Apabila kita bernapas biasa, volume udara yang dapat keluar masuk lebih kurang 500 ml. Udara ini biasa disebut udara tidal. 
• Jika kita menarik napas dalam-dalam maka volume udara yang masih dapat masuk sekitar 1.500 ml. Udara ini disebut udara komplementer. 
• Sebaliknya, udara suplementer adalah jika kita mengembuskan napas sekuat-kuatnya masih dapat mengeluarkan volume udara sebanyak 1.500 ml. Ternyata, setelah kita mengeluarkan udara suplementer volume udara yang masih tersisa di dalam paru-paru kira-kira 1.500 ml. Sisa udara ini disebut udara residu. 
• Kemampuan paru-paru mengeluarkan udara sekuat-kuatnya dan mengambil udara sebanyak-banyaknya disebut dengan kapasitas vital paru-paru. Volume udara ini lebih kurang 3.500 ml.

Tidak semua udara yang masuk ke paru-paru dipergunakan dalam proses pertukaran gas. Terdapat sekitar 150 ml udara yang menempati bagian-bagian saluran pernapasan di luar alveolus. Oleh karena itu, jika setiap menit kita bernapas 12 kali maka udara segar yang mencapai alveolus bukan 500 ml x 12 = 6.000 ml, melainkan (500 – 150) ml x 12 = 4.200 ml. Jumlah ini dinamakan ventilasi alveolar. Kecepatan bernapas dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain suhu, oksigen, dan karbon dioksida.

Frekuensi paru-paru merupakan kecepatan bernapas. Frekuensi pernapasan pada setiap orang berbeda-beda. Frekuensi pernapasan ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

Pertukaran gas antara oksigen dan karbon dioksida terjadi di alveolus dan di sel jaringan tubuh melalui proses difusi. Oksigen akan berdifusi masuk ke darah dalam kapiler darah yang menyelubungi alveolus. Kemudian, oksigen akan diikat oleh hemoglobin. Hemoglobin adalah zat warna merah pada sel darah merah.

Difusi bergantung pada perbedaan dalam kualitas yang disebut tekanan parsial. Pada waktu tekanan udara luar suatu atmosfer (760 mmHg), besarnya tekanan oksigen paru-paru 150 mmHg, di arteri 100 mmHg, di vena 40 mmHg, dan di jaringan 40 mmHg, sehingga oksigen dapat berdifusi ke sel-sel jaringan tubuh. Proses difusi berlangsung sederhana, yaitu hanya dengan gerakan molekul-molekul secara bebas melalui membran sel dari tekanan tinggi ke tekanan rendah.

Kemudian oksigen diangkut oleh plasma darah dan hemoglobin (Hb). Oksigen yang diangkut hemoglobin dalam bentuk oksihemoglobin dan oksimioglobin. Makin tinggi tekanan parsial oksigen di alveolus, maka semakin banyak oksigen yang terikat oleh hemoglobin. Sementara hanya 2-3% oksigen yang larut ke dalam plasma darah. Karbon dioksida berdifusi ke aliran darah karena perbedaan tekanan darah.

Hemoglobin akan mengangkut oksigen ke jaringan tubuh yang kemudian akan berdifusi masuk ke sel-sel tubuh untuk digunakan dalam proses respirasi. Proses difusi ini terjadi karena tekanan parsial oksigen pada kapiler tidak sama dengan tekanan parsial oksigen di sel-sel tubuh. Di dalam sel-sel tubuh, oksigen digunakan untuk proses respirasi di dalam mitokondria. Hasil dari respirasi menghasilkan karbon dioksida dan dibawa ke dalam kapiler vena melalui difusi.

Tekanan karbon dioksida dalam jaringan 60 mmHg, dalam vena 47 mmHg, dalam arteri 41 mmHg, dan di dalam alveolus 35 mmHg. Dalam keadaan biasa, tubuh kita menghasilkan 200 ml karbon dioksida per hari. Karbon dioksida diangkut oleh tiga cara, yaitu:

1. Karbon dioksida larut dalam plasma, dan membentuk asam karbonat dengan enzim anhidrase (7% dari seluruh karbon dioksida).
2. Karbon dioksida terikat pada hemoglobin dalam bentuk karbomino hemoglobin (23% dari seluruh karbon dioksida).
3. Karbon dioksida terikat dalam gugus ion bikarbonat melalui proses berantai pertukaran klorida (70% dari seluruh karbon dioksida).

Bernapas merupakan proses kontak langsung antara tubuh bagian dalam dan udara luar. Berikut akan dijelaskan beberapa kelainan yang dapat mengganggu saluran pernapasan.