TEKANAN GAS PADA PROSES PERNAPASAN MANUSIA

Pengertian pernapasan

Pernapasan atau respirasi adalah pertukaran gas antara makhluk hidup (organisme) dengan lingkungannya. Secara umum, pernapasan dapat diartikan sebagai proses menghirup oksigen dari udara serta mengeluarkan karbon dioksida dan uap air. Dalam proses pernapasan, oksigen merupakan zat kebutuhan utama. Oksigen untuk pernapasan diperoleh dari udara di lingkungan sekitar.

Pernapasan pada manusia mencakup dua proses, yaitu :

1.  Pernapasan eksternal
Adalah pernapasan dimana pertukaran oksigen dan karbon dioksida yang terjadi antara udara dalam gelembung paru-paru dengan darah dalam kapiler.

2.  Pernapasan internal
Adalah pernapasan dimana pertukaran oksigen dan karbon dioksida antara darah dalam kapiler dengan sel-sel jaringan tubuh.

Dalam proses pernapasan, oksigen dibutuhkan untuk oksidasi (pembakaran) zat makanan. Zat makanan yang dioksidasi tersebut yaitu gula (glukosa). Glukosa merupakan zat makanan yang mengandung energi. Proses oksidasi zat makanan, yaitu glukosa, bertujuan untuk menghasilkan energi. Jadi, pernapasan atau respirasi yang dilakukan organisme bertujuan untuk mengambil energi yang terkandung di dalam makanan.

Hasil utama pernapasan adalah energi. Energi yang dihasilkan digunakan untuk aktivitas hidup, misalnya untuk pertumbuhan, mempertahankan suhu tubuh, pembelahan sel-sel tubuh, dan kontraksi otot

B.      Sistem Pernapasan pada Manusia

Manusia bernapas secara tidak langsung. Artinya, udara untuk pernapasan tidak berdifusi secara langsung melalui permukaan kulit. Difusi udara untuk pernapasan pada manusia terjadi di bagian dalam tubuh, yaitu gelembung paru-paru (alveolus). Pada pernapasan secara tidak langsung, udara masuk ke dalam tubuh manusia dengan perantara alat-alat pernapasan.

Alat-alat Pernapasan pada manusia terdiri dari rongga hidung, faring (tekak), laring (pangkal tenggorokan), trakea (batang tenggorokan), bronkus (cabang tenggorokan), dan pulmo (paru-paru).

Alat pernapasan manusia

1.      Rongga Hidung

Rongga hidung merupakan jalan masuk oksigen untuk pernapasan, dan jalan keluar karbon dioksida serta uap air sisa pernapasan. Di dalam rongga hidung terjadi penyaringan udara dari debu-debu yang masuk bersama udara. Udara yang masuk ke dalam rongga hidung juga mengalami proses penghangatan agar sesuai dengan suhu tubuh kita. Demikian juga pula kelembapan udara diatur agar sesuai dengan kelembapan tubuh kita.

2.      Faring (tekak)

Faring berbentuk seperti tabung corong yang terletak di belakang rongga hidung dan mulut. Faring berfungsi sebagai jalan bagi udara dan makanan. Selain itu, faring juga berfungsi sebagai ruang getar untuk menghasilkan suara.

Alat pernapasan manusia bagian atas

3.      Laring (pangkal tenggorokan)

Laring terdapat di antara faring dan trakea. Dinding laring tersusun dari sembilan buah tulang rawan. Salah satu tulang rawan tersusun dari dua lempeng kartilago hialin yang menyatu dan membentuk segitiga. Bagian ini disebut jakun.

Di dalam laring terdapat epiglotis dan pita suara. Epiglotis merupakan kartilago elastis yang berbentuk seperti daun. Epiglotis dapat membuka dan menutup. Pada saat menelan makanan, epiglotis menutup sehingga makanan tidak masuk ke tenggorokan tetapi menuju kerongkongan. Pita suara merupakan selaput lendir yang membentuk dua pasang lipatan dan dapat bergetar menghasilkan suara.

Pita suara manusia

4.      Trakea (batang tenggorokan)

Trakea berbentuk seperti pipa yang terletak memanjang di bagian leher dan rongga dada (toraks). Trakea tersusun dari cincin tulang rawan dan otot polos. Dinding bagian dalam trakea berlapis sel-sel epitel berambut getar (silia) dan selaput lendir. Trakea bercabang dua, yang satu menuju paru-paru kiri dan yang lain menuju paru-paru kanan. Cabang trakea disebut bronkus.

5.      Pulmo (paru-paru)

Paru-paru terletak di dalam rongga dada bagian atas. Rongga dada dan rongga perut dipisahkan oleh sekat, yaitu diafragma. Paru-paru terbagi menjadi dua bagian, yaitu paru-paru kanan dan paru-paru kiri. Paru-paru kanan terdiri dari tiga gelambir dan paru-paru kiri terdiri dari dua gelambir. Paru-paru dibungkus oleh selaput paru-paru tipis yang disebut pleura.

Di dalam paru-paru, masing-masing bronkus bercabang-cabang membentuk bronkiolus. Selanjutnya, bronkiolus bercabang-cabang menjadi pembuluh halus yang berakhir pada gelembung paru-paru yang disebut alveolus (jamak = alveoli). Alveoli menyerupai busa atau sarang tawon. Jumlah alveoli kurang lebih 300 juta. Dinding alveolus sangat tipis dan elastis. Pada alveolus inilah terjadi difusi atau pertukaran gas pernapasan, yaitu oksigen dan karbon dioksida.

Alveoli yang terdapat di dalam paru-paru manusia

C.      Mekanisme Pernapasan

Pernapasan merupakan suatu proses yang terjadi dengan sendirinya (secara otomatis). Walaupun kita dalam keadaan tidur, proses pernapasan berjalan terus. Pada saat kita bernapas ada dua proses yang terjadi yaitu inspirasi (proses masuknya udara ke dalam paru-paru) dan ekspirasi (proses keluarnya udara dari paru-paru). Inspirasi dan ekspirasi terjadi antara 15 – 18 kali setiap menit. Proses inspirasi dan ekspirasi diatur oleh otot-otot diafragma dan otot antar tulang rusuk.

1.       Pernapasan Dada

Terjadi karena aktivitas otot antartulang rusuk. Bila otot antartulang rusuk berkerut (berkontraksi), maka tulang-tulang rusuk akan terangkat dan volume rongga dada akan membesar. Keadaan ini menyebabkan penurunan tekanan udara di dalam paru-paru. Karena tekanan udara di luar tubuh lebih besar, maka udara dari luar yang kaya oksigen masuk ke dalam paru-paru. Dengan demikian terjadilah inspirasi.

Bila otot-otot antartulang rusuk mengendor (relakasasi), yaitu kembali pada posisi semula, maka tulang-tulang rusuk akan tertekan. Akibatnya, volume rongga dada mengecil. Keadaan ini mengakibatkan naiknya tekanan udara di dalam paru-paru.

Pada saat insipirasi (a) rongga dada membesar dan (b) diafragma mendatar

2.       Pernapasan Perut

Pernapasan perut terjadi karena aktivitas otot-otot diafragma yang membatasi rongga perut dan rongga dada. Bila otot diafragma berkontraksi, maka diafragma akan mendatar. Keadaan ini mengakibatkan rongga dada membesar sehingga tekanan udara di paru-paru mengecil. Akibatnya, udara luar yang kaya oksigen masuk ke dalam paru-paru melalui saluran pernapasan. Dengan demikian, terjadilah inspirasi.

Sebaliknya, bila otot diafragma relaksasi (kembali pada posisi semula), maka kedudukan diafragma melengkung ke atas. Keadaan ini mengakibatkan rongga dada membesar. Akibatnya, udara dari paru-paru yang kaya karbon dioksida terdorong ke luar. Dengan demikian terjadilah ekspirasi.

D. Tekanan Udara, Volume, dan Kapasitas Paru

Tekanan Udara dan Hubungannya dengan Pernapasan

Zat cair dan gas mempunyai banyak karakteristik yang sama. Namun demikian, zat cair dan gas dapat dibedakan dalam beberapa hal. Misalnya, zat cair hampir tidak dapat dimampatkan, sedangkan gas dapat dimampatkan dengan mudah. Zat cair cenderung mempunyai massa jenis yang lebih besar daripada gas. Fase gas dari suatu zat biasanya mempunyai temperatur lebih tinggi daripada fase cairnya. Oleh karena itu molekul-molekul gas mampu menyeruak bebas dari suatu tempat ke tempat lain. Gas mampu melepaskan diri dari wadah yang terbuka, sedangkan zat cair tidak bisa. Zat cair dan gas secara bersama disebut fluida yang artinya zat alir atau zat yang mempunyai kemampuan untuk mengalir.

Gas tidak memiliki bentuk atau volume yang tetap dan mengisi semua ruang yang ada. Partikel-partikel dalam gas bebas bergerak dalam ruang dan saling bertumbukan saru sama lain. Tumbukan antara partikel gas dengan dinding wadah akan menyebabkan tekanan. Semakin banyak jumlah tumbukan maka semakin tinggi tekanan yang terjadi.

Tekanan merupakan konsep yang paling penting dalam fluida. Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang diberikan per satuan luas, yang dapat dituliskan sebagai

dengan:
F = gaya yang diberikan
A = luas tempat gaya itu bekerja
P = tekanan

Definisi tekanan ini berlaku umum, pada zat padat, zat cair, dan gas. Pengukuran tekanan merupakan peristiwa yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Ban harus dipompa sampai tekanan yang sesuai, tekanan darah seharusnya berada dalam jangkauan normal, dan tekanan dalam mata yang terlampau besar (glaucoma) dapat menyebabkan kebutaan. Udara yang mengalir didalam saluran napas merupakan salah satu macam peristiwa terkait tekanan, khususnya tekanan udara dalam tubuh manusia.

Secara umum, udara mengalir karena ada perbedaan tekanan. Udara mengalir dari tekanan yang lebih tinggi ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Perbedaan tekanan udara di paru terjadi akibat adanya daya kekuatan yang bekerja pada sistem pernapasan sehingga dapat mengatasi kekuatan-kekuatan yang melawan gerak udara ketika masuk ke paru.

Udara dari lingkungan luar dapat masuk kedalam paru-paru karena terdapat perbedaan tekanan antara lingkungan luar dengan tekanan dalam paru-paru. Secara umum, inspirasi terjadi karena rongga paru-paru yang berkontraksi dan mengembang sehingga terjadi peningkatan ukuran rongga. Peningkatan ukuran rongga dada ini menyebabkan tekanan didalam paru-paru menurun sehingga lebih kecil dari pada tekanan dilingkungan luar. Perbedaan tekanan ini menyebabkan udara terhisap masuk kedalam paru-paru. Ketika otot-otot rongga dada mengalami relaksasi, maka ukuran rongga dada pun mengalami penurunan sehingga menyebabkan tekanan didalam paru-paru meningkat dan menjadi lebih tinggi daripada tekanan dilingkungan luar. Hal ini mendorong udara keluar dari dalam paru-paru sehingga terjadilah apa yang disebut dengan ekspirasi.

Penjelasan diatas merupakan penerapan dari salah satu hukum fisika yang berkaitan dengan pernapasan, yakni hukum Boyle. Sebenarnya ada beberapa hukum fisika yang terkait dengan pernapasan, diantaranya hukum Dalton (tentang tekanan parsial), Hukum Boyle (PV = konstan), serta hukum Laplace. Namun demikian, disini hanya akan dibahas tentang hukum Boyle saja. Hukum Boyle menyatakan bahwa tekanan pada suatu massa gas yang tetap berbanding terbalik dengan volumenya. Jika pada suatu temperatur tertentu volume meningkat, maka tekanan akan berkurang, dan sebaliknya. Hal ini berarti bahwa jika volume diperkecil menjadi setengahnya, maka tekanan akan menjadi dua kali lipat, hal ini disebabkan karena lebih banyak partikel gas yang bertumbukan dengan dinding wadah. Perhatikan gambar!

Hukum Boyle itu sendiri berbunyi:

“Hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup selalu tetap bila suhu gas tidak berubah.”

Hukum Boyle tersebut dapat dinyatakan dengan rumus:

P1V1 = P2V2

dengan
P1 = tekanan awal
P2 = tekanan akhir
V1 = volume awal
V2 = volume akhir

atau dikenal juga dengan rumus:

PV = konstan

dengan
P = tekanan
V = volume

Hukum Boyle inilah yang menjelaskan mengapa tekanan udara diluar bisa menjadi lebih rendah atau lebih tinggi daripada tekanan udara diparu-paru. Gerakan pernapasan menyebabkan perubahan volume toraks (dada) dan perubahan tekanan gas dalam rongga dada yang mengakibatkan udara mengalir ke dalam atau ke luar rongga dada. Seperti saat ketika inspirasi, dimana diafragma berkontraksi dan mendatar serta otot-otot antariga (interkostal) berkontraksi. Volume toraks akan bertambah dan tekanan paru-paru berkurang (hukum Boyle). Karena volume paru meningkat, maka tekanan dalam paru akan lebih rendah daripada tekanan atmosfer sehingga udara akan tertarik masuk ke paru.

Demikian pula halnya ketika ekspirasi, dimana diafragma berelaksasi dan bergerak ke atas dan otot-otot antariga berelaksasi. Volume toraks akan berkurang dan tekanan paru bertambah (hukum Boyle). Karena volume paru berkurang, maka tekanan dalam paru akan lebih tinggi dari tekanan atmosfer sehingga udara keluar dari paru-paru.

Volume dan Kapasitas Paru Manusia

Bagian ini akan menjelaskan tentang volume dan kapasitas paru manusia. Volume udara dalam paru-paru dan kecepatan pertukaran udara saat inspirasi dan ekspirasi dapat diukur melalui spirometer. Apa itu volume dan kapasitas paru? Pelajari bagian ini baik-baik!

1)      Volume

Macam-macam volume udara dalam paru-paru manusia dijelaskan sebagai berikut.

1.1)      Volume tidal (VT) adalah volume udara yang masuk dan keluar paru-paru selama ventilasi normal biasa. VT pada dewasa muda sehat berkisat 500 ml untuk laki-laki dan 380 ml untuk perempuan.

1.2)      Volume cadangan inspirasi (VCI) atau disebut juga volume komplementer adalah volume udara yang diperoleh ketika menarik napas dalam-dalam (inspirasi maksimum). VCI berkisar 3.100 ml pada laki-laki dan 1.900 ml pada perempuan.

1.3)      Volume cadangan ekspirasi (VCE) atau disebut juga volume suplementer adalah volume udara yang diperoleh ketika menghembuskan napas sekuat-kuatnya. VCE biasanya berkisar 1.200 ml pada laki-laki dan 800 ml pada perempuan.

1.4)     Volume residual (VR) adalah volume udara sisa dalam paru-paru setelah melakukan ekspirasi kuat. Volume residual penting untuk kelangsungan aerasi dalam darah saat jeda pernapasan. Rata-rata volume ini pada laki-laki sekitar 1.200 ml dan pada perempuan 1.000 ml.

Kapasitas

Macam-macam kapasitas udara dalam paru-paru manusia dijelaskan sebagai berikut.

2.1)      Kapasitas residual fungsional (KRF) adalah penambahan volume residual dan volume cadangan ekspirasi (KRF = VR + VCE). Kapasitas ini merupakan jumlah udara sisa dalam sistem respiratorik setelah ekspirasi normal. Nilai rata-ratanya adalah 2.200 ml.

2.2)      Kapasitas inspirasi (KI) adalah penambahan volume tidal dan volume cadangan inspirasi (KI = VT + VCI). Nilai rata-ratanya adalah 3.500 ml.

2.3)      Kapasitas vital (KV) adalah jumlah dari volume udara tidal, volume udara komplementer, dan volume udara suplementer.

SUMBER: http://aviskariska.blogspot.com/2018/01/tekanan-gas-pada-proses-pernapasan.html

                 https://prodiipa.wordpress.com/kelas-viii/rahasia-dibalik-pernapasan/konsep-tekanan-  dan-hubungannya-dengan-pernapasan/