PDF - 10.5 MB

5/24/2011
RESPIRASI
OLEH :
Dr. KERIAHEN BANGUN DAFK
DEPARTEMEN FISIKA
FK USU
Pernafasan.
Mesin”manusia ini sebenarnya tersusun dari trilyunan
“mesin
mesin”” yang sangat kecil—
kecil—> selsel-sel hidup pada
tubuh..Setiap mesin miniatur ini harus memiliki sistem
tubuh
penyediaan bahan bakar yaitu oxigen dan metode
untuk membuang produk sisa.
sisa.
Ada 2 sistem yang ambil bagian dalam proses ini
ini;;
1. Sistem kardiovaskular yang bertindak sebagai transport
darah..
darah
..
2. Sistem pulmonaris yang bertindak sebagai penyalur O2 dan
pembuang produk sisa utamanya,CO2
utamanya,CO2 dari jaringan.
jaringan.
Karena sistem kardiovaskular dan sistem paru bekerja
sama dan berinteraksi dengan erat,maka salah satu
sistem sering mempengaruhi yang lain.
1
5/24/2011
2
5/24/2011
Jalan nafas.
Dimulai dari hidung yang mempunyai bulubulubulu dan lendir untuk menyaring dan
melembabkan udara yang masuk,
masuk, melewati
pintu masuk Tuba Eusthachius yang
menghubungkan rongga telinga hidung dan
mulut (tanpa masuk kedalamnya),
kedalamnya),baru
baru
masuk ketrachea melalui epiglotis dan
kemudian bercabang 2 menjadi bronchus
kanan dan kiri di bifurcatio.
bifurcatio. Bronchus
bercabang sekitar 15 x menjadi bronchiolus
yang berujung jadi beribuberibu-ribu Alveolus.
Alveolus.Dan
alveoluslah unit terakhir dari jalan nafas ini
dimana pertukaran gas terjadi.
terjadi.
3
5/24/2011
Gambar 1.1. Diagram skematik yang memperlihatkan jalan-jalan utama udara menuju paru
4
5/24/2011
5
5/24/2011
1.
2.
Alveoli tempat dimana darah mempertukarkan muatannya
yaitu O2 dan CO
CO2
2 berlebih dibawa darah dan udara.
udara.Disini
perjumpaan 2 proses yaitu proses :
Perfusi yaitu transportasi darah sampai ke jaringan kapiler
paru dan proses ventilasi yaitu transportasi udara ke
permukaan alveolus.
alveolus.
Pertukaran gas O2 dan CO
CO2
2 kedalam dan keluar darah
dikendalikan oleh hukum fisika,
fisika, difusi
difusi..
Difusi adalah percampuran yang disebabkan sifat molekul
molekul2
2
yang terus bergerak
bergerak.. Bila konsentrasi molekul
molekul2
2 pada sebuah
ruangan tidak sama,
sama, maka molekul2
molekul2 yang bergerak ini akan
terus bergerak
bergerak..
Karena molekul pada bagian yang berkonsentrasi lebih tinggi
akan lebih banyak pindah ke bagian yang berkonsentrasi
lebih rendah dari pada yang dari rendah ke konsentrasi
tinggi maka akhirnya akan tercapai konsentrasi yang
homogen pada seluruh ruangan gas atau cairan tersebut.
tersebut.
6
5/24/2011
Mekanisme bernafas
Bernafas sesuai dengan hukum Boyle.
Boyle.
Menarik nafas karena muskulus interkostalis
eksternus berkontraksi,hingga iga terangkat
serentak dengan menurunnya diafragma sehingga
volume intrathorakal membesar yang menurut
hukum Boyle akan menyebabkan tekanan
intrathorakal menurun mengakibatkan udara masuk
dari luar kedalam paru ,sebaliknya
Mengembuskan nafas karena muskulus interkostalis
relaks,iga menurun,disertai diafragma menaik-menaik-volume intrathorakalis mengecilmengecil- tekanan naik-naik-- udara keluar.
keluar.
7
5/24/2011
8
5/24/2011
9
5/24/2011
Interaksi antara darah dan paru
paru..
O2 dimasukkan dan CO2 dibuang
dibuang..
Tekanan darah di paru lebih rendah,
rendah, kira - kira
15% dari tekanan darah sirkulasi darah besar.
besar.
1/5 dari volume darah di tubuh (kirakira-kira 1liter)
ada di paru - paru
paru..
Dalam sekali waktu yaitu kirakira-kira 1 detik yang
berkontak dengan udara di alveoli hanya 70 ml,
artinya 70 ml darah bila disebar diseluruh
permukaan dinding alveoli yang luasnya kirakira-kira
80 m²
m² maka tebalnya kirakira-kira sama dengan tebal
sebutir darah merah.
merah.
80 m2 sama dengan luas permukaan alveoli bila
semuanya dilebarkan.
dilebarkan.
10
5/24/2011
11
5/24/2011
Difusi :
Diparu
--->
---> difusi terjadi dalam gas dan
cairan..
cairan
Dijaringan --->
---> difusi terjadi dalam cairan
(antara O2 dan CO2)
Molekul bergerak terus menerus,dengan jarak antara 1
tumbukan dengan yang berikutnya dapat dihitung :
Ket :
λ
D
N
= Jarak antara rata2 tiap tumbukan.
tumbukan.
= Jarak yg ditempuh sebuah molekul sesudah N kali
= Jumlah kali tumbukan.
tumbukan.
D =λ√N
Hukum Laplace
.
Gelembung sabun dapat bertahan untuk tidak pecah karena ada 2
gaya yang seimbang yang kerjanya berbeda :
1. Gaya yang ingin mempertahankan yaitu tegangan permukaan
berupa gaya permukaan yang dilakukan oleh sisi parohan 2Ŷ 2π
2π R
gelembung bawah terhadap sisi yang atas ;
2Ŷ 2π
2π R
2. Gaya yang ingin memecahkan yaitu selisih tekanan didalam dan
diluar gelembung yaitu;
yaitu;
P π R²
Karena gelembung belum pecah haruslah kedua persamaan diatas
sama,, maka--sama
maka---
2Ŷ 2π
2π R =
P π R²
P = 4Ŷ / R
12
5/24/2011
Inilah hukum Laplace juga berlaku pada alveoli,
artinya makin kecil jarijari- jari alveolinya makin
susah ia dibuka .Untunglah ada cairan sejenis
surfaktan yang melapisi permukaan dinding
alveoli yang mengurangi tegangan permukaan
yang memungkinkan alveoli terbuka kembali
sesudah akhir expirasi.Pada neonatus yang lahir
prematur belum ada DPLnya (DiPalmit Lecitin )
yang bersifat mengurangi tegangan permukaan.
permukaan.
Inilah yang sering menyebabkan kematian pada
neonatus prematur yang disebut dgn
RDS(Respiratory Distress Syndrom
Syndrom)).
Contoh seharisehari-hari adalah detergent dan zat
yang memudahkan susu instant untuk larut lebih
mudah,yang semua bersifat mengurangi
tegangan permukaan.
permukaan.
13
5/24/2011
Bila pada bayi baru lahir tidak terus menangis
maka kita takut ia tidak bisa mengembangkan
paru--parunya dan kemungkinan ia tak sanggup
paru
karena tanpa DPL perlu tenaga besar untuk
membuka alveoli yang sebelumnya tertutup
karena belum dipakai.
dipakai.
Untung sekarang sudah ada ditemukan zat
yang sejenis DPL yang sifatnya adalah
menurunkan tegangan permukaan,
permukaan, misalnya
yang bernama Survanta dan nampaknya
berhasil untuk bayi membuka alveoli paruparuparunya sehingga pernafasan paru bisa
dimulai..
dimulai
Untuk melihat bukti adanya tegangan
permukaan ini lihat gambar dibawah.
dibawah.
Juga bisa kita perhatikan bagaimana
orang berselancar (Surfing)
(Surfing)dimana
dimana
mereka memanfaatkan tegangan
permukaan laut itu hingga ia tetap bisa ia
diberada atas permukaan laut yang
bergelombang..
bergelombang
14
5/24/2011
15
5/24/2011
Hukum Dalton
Tekanan gas campuran adalah sama dengan jumlah tekanan
masing2
masing
2 gas bila ia sendiri mengisi seluruh ruangan itu
itu..
Tekanan masing 2 gas ini disebut tekanan parsial gas
tersebut..
tersebut
Udara kita ini terdiri bermacam gas tapi paling banyak
adalah nitrogen(80
nitrogen(80%
%) dan oxigen tambah CO2
CO2 tambah gas
lainnya kirakira-kira 20
20%
%, jadi bila tekanan udara dalam suatu
ruangan 1 atm berarti tekanan parsial nitrogennya 0,8 atm
dan tekanan parsial oxigennya 0,2 atm.
atm.Tekanan parsial ini
penting kita ketahui misalnya apa efeknya bila kita naik ke
ketinggian atau turun atau menyelam kedasar laut.
laut.
Hukum Boyle.
Tekanan berbanding terbalik dengan volume.
P = Tekanan
V = Volume
P*V=C
C = Constant.
16
5/24/2011
Hukum Boyle berlaku pada respirasi
Inspirasi
vol paru menaik
tek.intrapleural kurang
Expirasi
volume paru kurang-
tek.intrapleural naik
Perbedaan tekanan inilah yang akan menimbulkan
aliran udara.
Penting juga kita ketahui bahwa paru yang dibawa ke dalam penyelaman akan
mendapat tekanan lebih tinggi karena dibawah permukaan laut tekanan akan
meninggi sesuai kedalamannya.
Tiap pertambahan 10 m dibawah permukaan laut tekanan akan bertambah
± 1 atm.
atm
Misalnya bila kita menyelam dikedalaman 10 m,maka tekanan disana adalah
2 atm yaitu :
1atm(tek.udara di permukaan laut) ditambah
1atm (1atm = 76 cm Hg = 76 x 13,6cm air = ± 10 m air.).
Paru akan segera menyesuaikan diri dan untuk mengimbangi tekanan dari luar
yang tinggi ia akan menaikkan juga tekanan diparu dengan jalan mengecilkan
volumenya. Jadi disini ia akan memperkecil volumenya agar tekanan dalamnya
sesuai dengan sekitarnya,jadi volumenya menjadi ½ dari volume sebelumnya.
Misalnya volume parunya didarat 6 liter menjadi 3 liter dikedalaman 10 m.
Hukum Henry
Jumlah gas yang terlarut dalam cairan sebanding dengan
tekanan gas yang berada diatas cairan itu
itu..
Contoh sehari
sehari--hari ialah pada minuman bergas misalnya
bir,coca cola,champagne yang begitu dibuka tutupnya terus
keluar buih gasnya.
gasnya.
Dalam respirasi kita melihat bahaya yang ditimbulkan gas
Nitrogen yang dalam penyelaman akan mempunyai tekanan
parsial yang terlalu tinggi yang bisa menimbulkan Nitrogen
narcose dan bila terlalu cepat naik kepermukaan akan
menimbulkan Bend dan Decompression sickness.
sickness.
Diketinggian karena tekanan udara berkurang maka tekanan
parsial O2 juga berkurang menyebabkan O2 yang terlarut
dalam plasma juga berkurang yang kalau berlamaberlama-lama
akan memacu tubuh untuk membentuk Hb lebih banyak
agar semua O2 yang ada dapat diikat dan diangkut
keseluruh tubuh-tubuh--
penduduk yang tinggal dipegunungan
misalnya di peg.
peg.Himalaya mempunyai darah dengan kadar
Hb yang lebih tinggi.
tinggi.
17
5/24/2011
Aplikasi hukum Dalton dan hukum Henry adalah
concentrasi Nitrogen dalam darah penyelam yang turun
ke kedalaman misalnya 40 m dibawah permukaan laut.
laut.
Bila didarat tekanan udara 1 atm,sedang consentrasi
Nitrogennya sekitar 80% maka tekanan partialnya
didarat adalah 0,8 atm. Tapi kalau ia berada 40 m
dibawah air maka Nitrogennya menjadi 80% dari 5 atm
=4 atm.
Ini sangatlah besar dan menurut hk Henry maka ia akan
terlarut didarah sebanding dengan tekanannya dan bila
sampai kejaringan otak akan menimbulkan Nitrogen
Narcose dan juga masuk kejaringan dan kalau penyelam
ini naik cepat kepermukaan Nitrogen di jaringan akan
berlomba keluar hingga berbentuk emboli gas yang
menyebabkan keluhan sakit diotot dan sendi yang kita
sebut Bend.
Sebaliknya bila kita pergi ke ketinggian dimana
tekanan atmosfer akan berkurang maka menurut hk
Dalton,bila tekanan partiel Oxygen didarat 1 atm
dan consentrasinya sekitar 20% maka diketinggian
dimana tekanan udara < 1 atm,maka Oxygennya
kurang dari O,2 atm.
Maka kita akan merasa sesak seperti kekurangan
Oxygen.
Tubuhpun bereaksi memperbanyak eritrosit karena
disangkanya kurangnya Oxygen disebabkan kurang
(Hb)
Hb) sebagai pengangkut.
pengangkut.
Terjadilah Hb yang tinggi yg disebut Polisitemia
Vera.
18
5/24/2011
19
5/24/2011
HOT (Hyperbaric Oxygen
Theraphy)
Merupakan ruangan yang dapat diatur tekanannya
Dan bila diberi Oxygen bertekanan tinggi dapat dipakai
untuk mengatasi beberapa keadaan yang berbahaya
misalnya::
misalnya
1. Keracunan CO dan CO2.
HbCO lebih kuat ikatannya dari HbO2. jadi untuk
mengusir CO haruslah diberi Oxygen bertekanan
tinggi.. Keracunan CO dan CO2 bisa terjadipada kasus
tinggi
bunuh diri atau kecelakaan karena kebocoran gas
atau knalpot mobil .
2.
3.
4.
Pada gas ganggrene dimana penyebabnya adalah
bakteri anaerob artinya tak tahan oxygen sehingga
bakterinya mati dan ganggrene progressifnya
berhenti..
berhenti
Pada decompression sickness, dimana penyelam ini
salah waktu naik kepermukaan.
kepermukaan.(disini biasanya yang
diperlukan adalah bisanya diatur tekanan ruangan
yang diperlukan karena mungkin orangnya tidak
sadar lagi
lagi,, sehingga dia tidak dapat dituntun untuk
bernapas secara benar
benar..
Untuk pengobatan beberapa jenis kanker yang
diketahui selsel-selnya lebih sensitif terhadap terapinya
bila diberi oxygen bertekanan tinggi
tinggi..
20
5/24/2011
Alat alat yang dipakai untuk mengukur
volume,tekanan dan kecepatan aliran
dari udara pernafasan dalam kegitan
pernafasan..
pernafasan
1. Spirometer.
Spirometer.
Alat ini seperti gambar dibawah dan
banyak kegiatan pernafasan dapat
diukur..
diukur
21
5/24/2011
22
5/24/2011
Volume alun nafas=
nafas= tidal volume (0,5L)
Kapasitas vital=Vital Capacity
Vol.cadangan expirasi=Expiratory
expirasi=Expiratory reserve
Volume
Vol Cadangan Inspirasi=
Inspirasi=Inspiratory reserve
volume
Respiratory minute Volume=jumlah
Volume=jumlah udara yang
digunakan dalam 1 menit
Kecepatan maksimum ekpirasi sesudah inspirasi
maksimum,, dapat diukur dengan peak flow
maksimum
meter. Untuk orang normal dapat
mengexpirasikan 70% dari kapasitas vital
dalam 0,5 detik
detik,, 85% dalam 1 detik
detik..
Kecepatan aliran puncak yang normal adalah
350 –500 liter/menit
liter/menit..
Kecepatan udara expirasi ini sangat
mengagumkan karena bila orang batuk atau
bersin tanpa menutup mulut,kecepatan udara
di trachea bisa sama dengan kecepatan suara
diudara..
diudara
Ini memang perlu untuk mengeluarkan benda
asing karena kecepatan sangat tinggi maka
Hk.Bernoullii dimana
berlakulah disana Hk.Bernoull
tekanannya bisa sangat rendah sehingga ada
bagian yang kollaps.
kollaps.
23
5/24/2011
Tidak semua udara yang kita hirup menambah
Oxygen ke darah,karena ada dead space.
space.
Anatomic dead space yaitu volume dari trachea
dan bronchus karena diruang itu tidak terpajan
oleh udara.Volumenya
udara.Volumenya sekitar 150 cc
cc..
Fisiologic dead space yaitu volume alveoli yang
kapilernya tidak terisi darah,sehingga di alveoli
ini tidak terjadi penyerapan Oxygen.
Sewaktu kecepatan cairan /gas
meningkat di bagian sempit tabung,
tabung,
sebagian dari energi potensial (tekanan)
tekanan)
diubah menjadi energi kinetik sehingga
dibagian ini tekanan menurun,
menurun, P2 lebih
kecil daripada P1 dan P3
24
5/24/2011
Hukum Bernoulli:
½ ρ v2 + p + ρ g h = C
(konstan)
konstan)
Atau
ρgh1 + p1 + ½ ρv12 = ρgh2 + p2 +
1/2
ρv22
Apabila tabung mengecil secara bertahap
maka udara yang mengalir akan makin
cepat sampai kecepatan kritis sehingga
aliran yang tadinya laminer berubah jadi
aliran turbulensi.
turbulensi.
Inilah prinsip bunyi bunyi nafas yang
patologis
25
5/24/2011
Alat pengukur kecepatan aliran udara
pada pernafasan
2. Pneumotachometer
Alat mengukur kecepatan aliran udara
expirasi dan inspirasi.
inspirasi.
Q =cepat
=cepat aliran
P
P =perbedaan tekanan
Q = ----R=
=Resistensi
Resistensi tetap dari alat
R
26
5/24/2011
27
5/24/2011
28
5/24/2011
29
5/24/2011
Resistensi jalan nafas
Kita dapat menghirup nafas dan
menghembuskan nafas krn;
krn;
Saat inspirasi
inspirasi---
gaya
gaya-- gaya di jalan nafas
cenderung membuka jalan nafas.
nafas.
Saat expirasi --
--gaya
gaya--gaya di jalan nafas
cenderung menutup jalan nafas.
nafas.
Untuk bernafas kita mengalami di alatalat-alat
pernafasan..
pernafasan
Ini bisa disamakan dengan hukum pada
listrik :
V
v = voltage
V = I * R-----R------
R = ---I = kuat arus
I
R = resistensi
30
5/24/2011
Maka disini persamaannya menjadi
ΛP
Rg = --------ΛV / Λ t
Rg =
resistensi
jalan nafas
ΛP=
perbedaan
tekanan
Λv/Λt
=kecepatan
volume aliran
udara..
udara
Resistensi jalan nafas dinyatakan dalam,
dalam,
Pa / liter / detik atau cmH2 O/liter/detik
O/liter/detik..
Pada orang dewasa;
dewasa; Rg = 3,3cm H2 O/l/dtk
O/l/dtk
atau sama dengan 330 Pa/liter/detik.afas
Pa/liter/detik.afas
31