Pengangkutan Dan Pertukaran Gas-Gas Pernafasan

A.      Difusi Gas Tekanan Parsial

Dalam tubuh suatu gas akan berdifusi dari daerah berkonsentrasi tinggi menuju daerah berkonsentrasi rendah. Konsentrasi masing-masing gas dalam tempat khusus (udara alveolus dan darah pulmonal) dinyatakan sebagai satu ukuran yang disebut tekanan parsial (P). Tekanan parsial suatu gas yang diukur dalam mmHg adalah tekanan yang dikeluarkan gas dalam suatu campuran gas baik campuran dalam bentuk gas ataupun cairan seperti darah.

Tempat	PO2 (mmHg)	PCO2 (mmHg)
atmosfer	160	0,2
udara alveolar	104	40
darah vena sistemik/arteri pulmonal	40	45
darah vena pulmonal/arteri sistemik	100	40
cairan jaringan	40	50

Karena tekanan parsial mempengaruhi konsentrasi gas akan berdifusi dari daerah yang mempunyai tekanan parsial tinggi menuju daerah tekanan parsial lebih rendah. Udara dalam alveolus mempunyai CO₂ dan PCO₂ yang rendah. Darah dalam kapiler pulmonal yang baru saja beredar dalam tubuh mempunyai PO₂ yang rendah dan PCO₂ yang tinggi oleh karena itu pada respirasi eksternal karbon dioksida berdifusi dari darah menuju udara di alveolus.
Darah yang kembali ke jantung sekarang mempunyai PO₂ yang tinggi dan  PCO₂ yang rendah. Darah kemudian dipompa oleh ventrikel kiri ke sirkulasi sistemik. Darah arteri yang mencapai kapiler sisitemik mempunyai PO₂ yang tinggi dan PCO₂ yang rendah. Sel-sel tubuh mempunyai PO₂ yang rendah dan PCO₂ yang tinggi karena sel secara berkesinambungan menggunakan O₂ dalam respirasi sel (produksi energi) dan menghasilkan CO₂ dalam proses ini. Oleh karena itu, dalam respirasi internal O₂ berdifusi dari darah menuju cairan jaringan (sel-sel) dan CO₂ berdifusi menuju darah. Darah yang memasuki vena untuk kembali memasuki jantung sekarang mempunyai PO₂ yang rendah dan PCO₂ yang tinggi dan kemudian dipompakan oleh bilik kanan menuju paru-paru untuk menjalankan respirasi eksternal.

B. Pertukaran Gas 

1. Pengangkutan Oksigen

Jumlah oksigen (O₂) yang diambil melalui udara pernapasan tergantung pada kebutuhan dan hal tersebut biasanya dipengaruhi oleh jenis pekerjaan, ukuran tubuh, serta jumlah maupun jenis bahan makanan yang dimakan.

Dalam keadaan biasa, manusia membutuhkan sekitar 300 cc O₂ sehari (24 jam) atau sekitar 0,5 cc tiap menit. Kebutuhan tersebut berbanding lurus dengan volume udara inspirasi dan ekspirasi biasa kecuali dalam keadaan tertentu saat konsentrasi O₂ udara inspirasi berkurang atau karena sebab lain, misalnya konsentrasi hemoglobin darah berkurang.

Oksigen yang terkandung dalam udara pernafasan larut dalam lapisan air yang ada di permukaan dinding alveolus. Dinding alveolus tersusun atas epitel pipih dengan ketebalan hanya 10 mm. Selanjutnya, oksigen terlarut itu berdifusi melintasi sel-sel epitel dan sel-sel endothelium kapiler untuk masuk ke dalam plasma darah. Di dalam plasma darah, oksigen berdifusi masuk ke sel-sel darah merah (eritrosit) dan berikatan dengan hemoglobin (Hb) dalam darah yang disebut deoksigenasi dan menghasilkan senyawa oksihemoglobin (HbO₂) seperti reaksi berikut :

 

Hemoglobin yang terdapat dalam butir darah merah (eritrosit) ini tersusun oleh senyawa hemin atau hematin yang mengandung unsur besi (Fe) dan globin yang berupa protein. Senyawa hematin bertanggung jawab atas warna merah pada hemoglobin dan merupakan tempat pengangkutan O2.

Sekitar 97% O₂ dalam bentuk senyawa oksihemoglobin dan hanya 2 – 3% O₂ yang larut dalam plasma darah akan dibawa oleh darah ke seluruh jaringan tubuh. Dan selanjutnya akan terjadi pelepasan O₂ secara difusi dari darah ke jaringan tubuh, seperti reaksi berikut :

(oksihemoglobin) berwarna merah jernih 

Satu molekul hemoglobin mengikat empat molekul O₂. Reaksi ke kanan berlangsung di dalam kapiler darah alveolus paru-paru, sedangkan reaksi ke kiri berlangsung di dalam jaringan tubuh.

Ikatan oksihemoglobin dibentuk dalam paru-paru, yang memiliki PO₂ tinggi namun ikatan ini relatif tidak stabil, dan ketika darah melewati jaringan dengan PO₂ rendah, ikatan pecah dan oksigen dilepas ke jaringan. Pada keadaan konsentrasi O₂ jaringan rendah, O₂ berlebih yang ada di Hemoglobin akan dilepaskan. Ini berarti bahwa jaringan aktif, seperti otot yang bekerja, menerima lebih banyak oksigen untuk menjalankan respirasi sel. Karena itu, hemoglobin sangat berguna untuk membawa O₂ dari paru-paru ke jaringan-jaringan tubuh.

Kecepatan reaksi pengikatan oksigen oleh Hb sangat dipengaruhi oleh kadar O₂, kadar CO₂, tekanan O₂ (PO₂), perbedaan kadar O₂ dan CO₂ dalam jaringan, dan kadar O₂ di udara. Kecepatan difusi O₂ dari alveolus ke dalam kapiler dan difusi CO₂ dari kapiler ke dalam alveolus dipengaruhi oleh:
· Tekanan parsial gas yang tergantung pada persentase dalam seluruh bagian udara; semakin tinggi tekanan parsial, semakin cepat proses difusi berlangsung.
· Permeabilitas epithelium membran respirasi; semakin permeable membran, semakin cepat proses difusi.
· Luas permukaan epithelium atau membran respirasi; semakin luas, proses difusi semakin cepat.
· Kecepatan sirkulasi darah di paru-paru; semakin cepat peredaran darah, proses difusi semakin cepat.
· Kecepatan reaksi kimia yang terjadi di dalam darah; semakin cepat reaksinya proses difusi semakin cepat.

Tekanan seluruh udara lingkungan sekitar 1 atmosfir atau 760 mmHg, sedangkan tekanan O₂ di lingkungan sekitar 160 mmHg. Tekanan oksigen di lingkungan lebih tinggi dari pada tekanan oksigen dalam kapiler alveolus paru-paru yang 105 mmHg dan arteri sistemik 100 mmHg. Oleh karena itu oksigen dapat masuk ke kapiler alveolus secara difusi.

Dari paru-paru, O₂ akan mengalir lewat vena pulmonalis yang tekanan oksigennya 100 mm; menuju ke serambi kiri. Dari serambi kiri darah beroksigen masuk ke bilik kiri. Lalu, O₂ mengalir lewat arteri sistemik yang tekanan oksigennya 100 mmHg menuju ke jaringan tubuh yang tekanan oksigennya 40 mmHg, sehingga O₂ berdifusi keluar dari kapiler dan masuk ke sel-sel tubuh. Di jaringan, O₂ ini akan dipergunakan untuk menghasilkan energi melalui proses pembakaran zat-zat makanan.

Setiap 100 mm³ darah dengan tekanan oksigen 100 mmHg dapat mengangkut 19 cc oksigen. Bila tekanan oksigen hanya 40 mmHg maka hanya ada sekitar 12 cc oksigen yang bertahan dalam darah vena. Dengan demikian kemampuan hemoglobin untuk mengikat oksigen adalah 7 cc per 100 mm³ darah.

 
Tekanan  parsial  O₂  di  lingkungan > alveolus paru-paru > vena pulmolnal dan arteri > jaringan tubuh dan vena. Kadar O₂ di vena lebih kecil dari pada di arteri.

1.      Pengangkutan CO₂

Setelah melakukan proses pembakaran zat-zat makanan, maka akan dihasilkan sisa respirasi berupa karbon dioksida (CO₂). Dari jaringan CO₂ akan mengalir lewat vena sistemik ke jantung. Tekanan CO₂ di jaringan 50 mmHg, lebih tinggi dibandingkan vena sistemik yang hanya 45 mmHg. Dari jantung, CO₂ mengalir lewat arteri pulmonalis yang tekanan karbon dioksidanya sama yaitu 45 mmHg. Dari arteri pulmonalis CO₂ masuk ke paru-paru yang tekanan karbon dioksidanya 40 mmHg, lalu CO₂ dilepaskan ke lingkungan luar yang bertekanan 0,2 mmHg.

Pengangkutan CO₂ oleh darah dapat dilaksanakan melalui tiga cara yakni sebagai berikut:

1.  Sekitar 5% dari seluruh CO₂ yang ditransport larut dalam darah sehingga mempengaruhi pH darah menjadi 4,5 karena terbentuknya asam karbonat (H₂CO₃). Ketika CO₂ memasuki darah, sebagian besar berdifusi menuju sel darah merah, yang di dalamnya terdapat enzim karbonik anhidrase yang mengandung seng. Enzim ini mengatalisis reaksi CO₂ dan air (H₂O)untuk membentuk asam karbonat, menurut reaksi berikut:

2.  Sekitar 30% dari seluruh CO₂ yang ditransport terikat pada hemoglobin dalam bentuk karbomino hemoglobin (HbCO₂) dengan reaksi sebagai berikut:

3.  Sekitar 65% dari seluruh CO₂ yang ditransport terikat dalam gugus ion bikarbonat (HCO₃^-) melalui proses berantai pertukaran klorida (Cl^-). Ion bikarbonat (HCO₃^-) berdifusi keluar dari sel darah merah menuju plasma, meninggalkan ion hidrogen (H⁺) di dalam sel darah merah. Ion H⁺ yang banyak akan cenderung membuat sel darah merah terlalu asam tetapi Hb bertindak sebagai dapar/penyangga untuk mencegah asidosis. Untuk mempertahankan kesimbangan ionik, ion klorida (Cl^-) dari plasma memasuki sel darah merah, hal ini disebut pertukaran klorida. Reaksinya adalah sebagai berikut:

Ketika darah mencapai paru-paru dengan daerah PCO₂ yang lebih rendah, reaksi ini akan membalik, CO₂ akan kembali dibentuk dan berdifusi menuju alveolus untuk diekshalasi.

Kesimpulan

1.      Gas pernafasan berpindah dari tekanan tinggi ke takanan rendah secara difusi.

2.      Pengangkutan oksigen

·         Sebagian besar diikat oleh hemoglobin dalam bentuk HbO₂ (oksihemoglobin).

·         2-3% oksigen terlarut dalam plasma darah.

1.      Pengangkutan karbon dioksida

·    Sekitar 5% dari seluruh CO₂ yang ditransport dalam bentuk asam karbonat (H₂CO₃) yang  larut dalam plasma darah.

·    Sekitar 30% dari seluruh CO₂ yang ditransport dalam bentuk karbominohemoglobin (HbCO₂).

·    Sekitar 65% dari seluruh CO₂ yang ditransport dalam bentuk ion bikarbonat (HCO₃^-) dalam plasma darah.