SISTEM PERNAPASAN MANUSIA

Tujuan Pembelajaran

Peserta didik mampu menjelaskan struktur dan fungsi organ pernapasan, mekanisme pernapasan, volume dan kapasitas pernapasan, bahaya asap rokok bagi pernapasan, serta gangguan/kelainan pada sistem pernapasan manusia.

A. Pengertian Sistem Pernapasan

Secara umum, pernapasan (respirasi) merupakan proses menghirup dan menghembuskan udara. Namun secara fisiologis, pernapasan meliputi 2 proses, yaitu pernapasan eksternal dan pernapasan internal.

Pernapasan eksternal adalah proses pertukaran oksigen (O₂) dengan karbondioksida (CO₂) dengan lingkungan eksternal (antara tubuh dengan lingkungan luar tubuh), sedangkan pernapasan internal adalah proses metabolisme dengan penggunaan oksigen (O₂) serta pembentukan karbondioksida (CO₂) dan air (H₂O) yang terjadi pada mitokondria dalam sel (respirasi sel).

Dalam hal ini, akan dijelaskan mengenai pernapasan eksternal.

Sistem pernapasan pada manusia memiliki beberapa fungsi :

1. Mengambil oksigen (O₂) dari atmosfer ke dalam sel tubuh
2. Melepaskan karbondioksida (CO₂) dari dalam tubuh ke atmosfer
3. Mengatur suhu tubuh
4. Menjaga pH darah tetap stabil (7,35-7,45) dengan mengubah jumlah karbondioksida (CO₂) dan asam karbonat (H₂CO₃) sebagai penghasil ion H⁺
5. Membantu berbicara, menyanyi, atau pembentukan vokal lainnya
6. Sebagai sistem pertahanan terhadap benda asing yang terhirup
7. Mengeluarkan, memodifikasi, mengaktifkan/menginaktifkan berbagai bahan yang mengalir melalui sirkulasi paru-paru
8. Meningkatkan aliran balik vena kembali ke jantung
9. Sebagai indera penciuman (reseptor olfaktori di hidung)

B. Alat Pernapasan

Sistem pernapasan terdiri atas :

1. Saluran dan organ pernapasan : Hidung, faring (tekak), laring (pangkal tenggorokan), trakea (batang tenggorokan), bronkus (cabang batang tenggorokan), dan pulmo (paru-paru).
2. Pompa ventilasi paru-paru : Dinding dada, otot pernapasan, pusat saraf (di otak), dan saraf (penghubung pusat pernapasan dengan otot pernapasan).

Urutan organ pernapasan manusia :

Hidung → Faring → Laring → Trakea → Bronkus → Bronkiolus → Paru-paru → Alveolus

Hidung berfungsi sebagai :

1. Menyaring partikel yang terhirup (oleh rambut halus dan lapisan mukosa bersilia)
2. Melembapkan dan menghangatkan udara yang masuk (sekresi serosa (encer) dan mukosa (lendir)).
3. Mematikan mikroorganisme (oleh leukosit di dalam selaput lendir mukosa)
4. Sebagai indera penciuman (reseptor olfaktori)

Pada bagian rongga hidung lebih dalam sampai ke bronkus dilapisi oleh epitel bersilia (untuk mendorong kotoran ke arah faring agar bisa keluar) dan sel goblet (menghasilkan mukus/lendir untuk menangkap partikel asing).

Faring merupakan saluran bersama sistem pernapasan dan sistem pencernaan. Faring memiliki 2 saluran, yaitu trakea yang dilalui udara ke paru-paru dan esofagus yang dilalui makanan ke lambung. Esofagus selalu tertutup kecuali saat menelan makanan agar udara tidak masuk ke lambung saat bernapas.

Laring terletak di depan faring hingga bawah trakea. Laring terdiri atas kepingan tulang rawan, ligamen, dan membran. Selain itu, juga terdapat tonjolan jakun (Adam’s apple), epiglotis, dan pita suara.

Epiglotis berupa katup tulang rawan, berfungsi membantu laring menutup saat menelan.

Pita suara merupakan jaringan elastik yang melintang di pintu masuk laring. Pita suara berjumlah 2, yaitu pita suara palsu (bagian atas) dan pita suara sejati (bagian bawah). Pita suara palsu tidak berotot sehingga tidak menghasilkan suara, sedangkan pita suara sejati memiliki 2 buah otot sehingga mampu menghasilkan suara).

Pita suara laki-laki lebih tebal dan panjang daripada pita suara perempuan sehingga suara laki-laki lebih berat daripada perempuan. Hal tersebut bisa terjadi karena pita suara laki-laki bergetar lambat sehingga menghasilkan frekuensi yang rendah dan sebaliknya untuk pita suara perempuan.

Trakea merupakan saluran lanjutan dari laring, panjangnya 9-11 cm, dan dibentuk oleh 16-20 cincin tulang rawan berbentuk huruf C. Fungsi tulang rawan untuk mempertahankan trakea agar tetap terbuka. Bagian dalamnya dilapisi oleh selaput lendir dari sel-sel epitel bersilia dan sel goblet. Silia hanya bergerak menuju laring sehingga debu dan benda asing lainnya bisa dikeluarkan.

Bronkus merupakan cabang kanan dan kiri dari trakea dan memiliki struktur yang sama dengan trakea. Bronkus kanan lebih besar dan pendek (6-8 cincin tulang rawan/kartilago) daripada bronkus kiri yang lebih panjang dan ramping (9-12 cincin rawan/kartilago). Cabang bronkus disebut bronkiolus. Bronkiolus tidak memiliki cincin kartilago tapi masih memiliki sel-sel bersilia. Di ujung bronkiolus, terdapat alveolus.

Pulmo (paru-paru) merupakan organ pernapasn utama. Paru-paru kanan memiliki 3 lobus sedangkan kiri memiliki 2 lobus (karena paru-paru sebelah kiri sebagian ruangnya ditempati oleh jantung). Di dalam paru-paru, terdapat alveolus. Setiap alveolus mengandung satu lapisan sel sel epitel skuamosa (pipih) dan dikelilingi oleh pembuluh kapiler tempat pertukaran O₂ dan CO₂. Sel epitel skuamosa tipis dan datar berfungsi untuk mempermudah difusi O₂ dan CO₂ saat respirasi. Paru-paru terbungkus oleh beberapa lapisan pleura :

1. Pleura parietal, melapisi dinding rongga dada, diafragma, dan mediastinum (rongga diantara paru-paru kanan dan kiri)
2. Pleura visera, melapisi permukaan paru-paru dan bersambungan dengan pleura parietal di bagian bawah paru-paru
3. Rongga pleura, ruangan berisi cairan pelumas diantara pleura parietal dan pleura visera. Pelumas berfungsi untuk mengurangi gesekan saat paru-paru mengembang dan mengempis serta membantu paru-paru tetap menempel pada dinding dada saat bernafas
4. Resesus pleura, rongga pleura yang kosong.

C. Mekanisme Pernapasan

Mekanisme pernapasan tergantung pada :

1. Perubahan volume rongga dada (toraks)
2. Perubahan tekanan (tekanan atmosfer/udara, tekanan intraalveolus, dan tekanan intrapleura)

Hubungan antara tekanan dan volume gas dinyatakan dalam hukum Boyle, yaitu volume gas berbanding terbalik dengan tekanan pada suhu konstan.

Mekanisme pernapasan terbagi menjadi 2, yaitu :

1. Pernapasan dada (dilakukan oleh antartulang rusuk)

Saat inspirasi: tulang rusuk terangkat, rongga dada membesar

Saat ekspirasi: tulang rusuk turun, rongga dada mengecil

• Pernapasan perut (dilakukan oleh otot diafragma)

Saat inspirasi: diafragma berkontraksi (turun)

Saat ekspirasi: diafragma relaksasi (naik)

Dalam 1 siklus pernapasan, terjadi 1 kali menghirup udara (inspirasi) dan 1 kali menghembuskan udara (ekspirasi). Saat inspirasi, volume paru-paru meningkat/rongga dada membesar sehingga tekanan udara turun dan udara masuk. Saat ekspirasi, volume paru-paru berkurang/rongga dada mengecil sehingga tekanan udara naik dan udara keluar.

D. Pengendalian dan Kecepatan Pernapasan

Pengendali pernafasan ada 3, yaitu : Medula oblongata (utama) yang ada di sistem saraf, Pons Varolii (pengatur irama nafas) yang ada di otak, dan saraf vagus (menghubungkan paru-paru ke otak).

Saat kandungan O₂ darah sedikit (banyak mengandung CO₂), maka pH darah berubah. Perubahan pH darah tersebut dideteksi oleh medula oblongata. Medula oblongata mengirimkan impuls ke otot tulang rusuk/diafragma untuk berkontraksi lebih kuat sehingga rongga dada membesar dan napas lebih dalam. Akibatnya, banyak O₂ yang masuk ke tubuh dan diikat oleh darah.

Saat melakukan aktivitas berat, terjadi peningkatan metabolisme tubuh terutama pada otot. Tubuh membutuhkan banyak energi sehingga lebih banyak membutuhkan O₂ dan terjadi peningkatan CO₂ dalam darah. Hal ini menyebabkan pernapasan lebih cepat dan pendek (terengah-engah).

Saat pingsan ataupun saat tidur, pernapasan dikendalikan oleh medula oblongata dan Pons Varolii secara otomatis melalui sistem saraf otonom. Kesadaran otak tidak aktif tetapi medula oblongata tetap aktif karena bersifat refleks dan otomatis. Medula oblongata mendeteksi kadar CO₂, O₂, dan pH darah kemudian mengirim impuls ke otot tulang rusuk/diafragma.

Frekuensi pernapasan dipengaruhi oleh :

1. Jenis kelamin : Kecepatan pernapasan perempuan lebih tinggi daripada laki-laki karena paru-paru perempuan menampung udara lebih kecil (4,2 L) daripada laki-laki (5,7 L)
2. Umur : Bayi/balita memiliki frekuensi pernapasan lebih cepat daripada orang dewasa karena bayi/balita memiliki ukuran paru-paru yang kecil sedangkan sel-sel tubuhnya masih mengalami perkembangan dan pertumbuhan sehingga lebih banyak membutuhkan O₂. Pada lansia, frekuensi pernapasan lebih cepat karena kontraksi otot-otot pernapasan dan diafragma menurun.
3. Suhu tubuh : Saat demam/suhu tubuh tinggi, kebutuhan O₂ lebih banyak sehingga frekuensi pernapasan meningkat.
4. Posisi dan aktivitas tubuh : Berdiri dan melakukan aktivitas membutuhkan O₂ lebih banyak karena tubuh lebih banyak membutuhkan energi daripada saat tubuh dalam posisi santai.
5. Emosi, rasa sakit, dan ketakutan : Terjadi impuls yang merangsang pusat pernapasan sehingga menghirup udara semakin kuat dan frekuensi meningkat.
6. Status kesehatan : Apabila memiliki riwayat penyakit, maka tubuh membutuhkan banyak O₂ untuk menghasilkan energi tubuh. Adanya penyakit juga menghambat pengiriman O₂ ke sel-sel tubuh.
7. Ketinggian tempat : Semakin tinggi suatu tempat (seperti pegunungan) maka kadar O₂ semakin rendah sehingga frekuensi pernapasan meningkat.

E.  Transpor dan Pertukaran Gas

1. Pertukaran O₂ dan CO₂

O₂ dari udara di alveolus masuk ke darah karena kadar O₂ di alveolus lebih tinggi daripada di darah.

CO₂ dari darah keluar ke alveolus karena kadar CO₂ di darah lebih tinggi.

Proses ini berlangsung secara difusi (dari konsentrasi tinggi ke rendah)

• Transpor O₂

Terikat hemoglobin ±98%. O₂ berikatan dengan hemoglobin dalam eritrosit membentuk oksihemoglobin (HbO₂). Sisanya ±2% terlarut dalam plasma, jumlahnya sedikit tapi berperan dalam menjaga tekanan parsial O₂.

• Transpor CO₂

CO₂ hasil metabolisme sel diangkut ke paru-paru dengan 3 cara :

• Sebagai ion bikarbonat (±70%)

CO₂ bereaksi dengan air (H₂O) membentuk asam karbonat H₂CO₃ dan terurai menjadi ion bikarbonat HCO₃^–.

• Terikat hemoglobin (±23%)

CO₂ berikatan dengan hemoglobin membentuk karbaminohemoglobin

• Terlarut dalam plasma (±7%)

CO₂ larut langsung dalam darah

F.  Volume dan Kapasitas Paru-paru

      Volume adalah jumlah udara pada 1 jenis pernapasan.

1. Volume Tidal (VT), udara masuk dan keluar saat bernapas normal (±500 mL)

2.  Volume Cadangan Inspirasi (VCI), udara cadangan yang masih bisa dihirup setelah inspirasi normal (±3.000 mL)

3.  Volume Cadangan Ekspirasi (VCE), udara cadangan yang masih bisa dikeluarkan setelah ekspirasi normal (±1.500 mL)

4.  Volume Residu, udara yang tersisa di paru-paru setelah ekspirasi maksimal (±1.200 mL)

5.  Volume respirasi per menit, volume tidal di tiap frekuensi pernapasan per menitnya (VT x frekuensi pernapasan per menit)

      Kapasitas adalah gabungan beberapa volume paru.

1.   Kapasitas Inspirasi (KI) = VT + VCI

2.   Kapasitas Residu Fungsional (KRF) = VCE + VR

3.   Kapasitas Vital (KV) = VCI + VT + VCE

4.   Kapasitas total paru-paru (KTP) = KV + VR

Volume dan kapasitas paru-paru dapat diukur dengan alat spirometer. Berikut grafik spirometer yang dapat disajikan untuk mengetahui volume dan kapasitas paru-paru.

G.   Bahaya Rokok bagi Paru-paru dan Pernapasan

Rokok adalah benda beracun yang sangat berbahaya bagi orang yang merokok (perokok aktif) dan orang di sekitar perokok yang tidak merokok (perokok pasif).

Asap rokok mengandung kurang lebih 4.000 bahan kimia yang 200 diantaranya beracun dan 43 jenis lainnya dapat menyebabkan kanker bagi tubuh. Beberapa zat di dalam rokok yang sangat berbahaya, yaitu:

1. Nikotin, zat kimia yang sangat toksik (beracun), dapat merusak jantung dan sirkulasi darah, bersifat karsinogen karena mampu memicu kanker paru-paru. Nikotin termasuk obat perangsang dan bersifat adiktif, yang membuat pemakainya kecanduan.

2. Tar, substansi hidrokarbon yang bersifat lengket dan menempel pada paru-paru. Tar dapat merusak sel paru-paru dan menyebabkan kanker.

3. Karbon monoksida (CO), gas beracun yang dapat mengakibatkan berkurangnya kemampuan darah mengikat O₂.

H. Gangguan Sistem Pernapasan

1.    Tuberkulosis (TBC) : Disebabkan oleh infeksi bakteri Mycobacterium tuberculosis yang menular melalui udara. TBC bisa mengakibatkan penderita mengalami batuk darah.

2.    Faringitis : Disebabkan oleh infeksi virus seperti influenza atau bakteri seperti Streptococcus sp., dan Corynebacterium sp., merokok, menelan racun, alergi, dan asam lambung. Faringitis mengakibtkan penderitanya merasakan sakit saat menelan makanan.

3.    Difteri : Disebabkan oleh bakteri Corynebacterium diphteriae, dengan gejala sulit bernapas dan menelan, sakit tenggorokan,

4.    Pneumonia : Infeksi pada jaringan paru (alveoli) yang menyebabkan peradangan dan penumpukan cairan/nanah, sehingga pertukaran oksigen terganggu.

5.    Kanker paru-paru : Penyakit akibat pertumbuhan sel abnormal di paru-paru yang tidak terkendali, sering berhubungan dengan kebiasaan merokok atau paparan zat berbahaya dan faktor genetik.

6.    Hiperkapnia : Kondisi meningkatnya kadar karbon dioksida (CO₂) dalam darah akibat gangguan pernapasan.

7.    Hipoksemia : Keadaan kadar oksigen dalam darah lebih rendah dari normal.

8.    Sianosis : Perubahan warna kulit, bibir, atau kuku menjadi kebiruan akibat kekurangan oksigen dalam darah.

9.    Asfiksia : Kondisi kekurangan oksigen yang berat karena gangguan pernapasan atau sumbatan jalan napas.

10.  Penyakit PPOK (Penyakit Paru Obstruktif Kronik) : Kelompok penyakit paru yang menyebabkan hambatan aliran udara, meliputi :

– Asma : penyempitan saluran napas yang bersifat kambuhan dan reversible.

– Bronkitis kronik : peradangan bronkus dengan produksi lendir berlebih.

– Emfisema : kerusakan alveoli yang menyebabkan penurunan elastisitas paru.

11. Dispnea : Perasaan sesak atau kesulitan bernapas.

12.  Apnea tidur : Gangguan tidur dengan henti napas berulang kali saat tidur.

13. SIDS (Sudden Infant Death Syndrome) : Kematian mendadak pada bayi secara tiba-tiba tanpa penyebab yang jelas.

14. Influenza / Parainfluenza : Infeksi virus saluran pernapasan yang menyebabkan demam, batuk, pilek, dan nyeri otot.

15.  Flu burung : Infeksi virus influenza dari unggas (H5N1) yang dapat menular ke manusia dan menyebabkan gangguan pernapasan berat. Dapat menyebabkan kematian.

16.  SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) : Penyakit infeksi saluran pernapasan berat yang disebabkan oleh virus corona, dapat menimbulkan pneumonia berat. Dapat menyebabkan kematian.

I.    Teknologi Sistem Pernapasan

1.    Trakeostomi : Tindakan medis berupa pembuatan lubang pada trakea (batang tenggorok) untuk membuka jalan napas secara langsung.

2.    Pulmotor : Alat bantu pernapasan manual/otomatis yang digunakan untuk memberikan napas buatan pada pasien yang mengalami henti napas.

3.    Terapi oksigen : Pemberian oksigen tambahan untuk membantu memenuhi kebutuhan oksigen tubuh pada pasien dengan gangguan pernapasan.

4.    Terapi oksigen hiperbarik : Terapi pemberian oksigen murni dalam ruang bertekanan tinggi untuk meningkatkan kadar oksigen dalam darah dan jaringan tubuh.

Penyusun : Neny Tri Astuti, S.Si.

Daftar Pustaka

Irnaningtyas dan Sagita, S. 2024. Biologi untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta : Penerbit Erlangga.

OpenAI. 2026. ChatGPT: Pencarian gambar alat trakeostomi, pulmotor, terapi oksigen, dan terapi oksigen hiperbarik. https://chat.openai.com

Dolewak. 2023. Wisata Pernapasan: Animasi Edukasi. YouTube.