departemen fisika fk usu

RESPIRASI
OLEH :
Dr. KERIAHEN BANGUN DAFK
DEPARTEMEN FISIKA
FK USU
Pernafasan.
Mesin”manusia ini sebenarnya tersusun dari trilyunan
“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.
Jalan nafas.
Dimulai dari hidung yang mempunyai bulubulubulu dan lendir untuk menyaring dan
melembabkan udara yang masuk,melewati
pintu masuk Tuba Eusthachius yang
menghubungkan rongga telinga hidung dan
mulut (tanpa masuk kedalamnya),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.
Gambar 1.1. Diagram skematik yang memperlihatkan jalan-jalan utama udara menuju paru
Alveoli
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, 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,maka m olekul2
olekul2 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.
Mekanisme bernafas
Bernafas sesuai dengan hukum 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.
Interaksi antara darah dan paru.
paru.
O2 dimasukkan dan CO2 dibuang.
Tekanan darah di paru lebih rendah,kira - kira
15% dari tekanan darah sirkulasi darahbesar.
1/5 dari volume darah di tubuh (kira(kira-kira 1liter)
ada di paru - paru.
Dalam sekali waktu yaitu kirakira-kira 1 detik yang
berkontak dengan udara di alveoli
hanya70ml,artinya 70ml darah bila disebar
diseluruh permukaan dinding alveoli yang luasnya
kira--kira 80 m
kira
m²² maka tebalnya kirakira-kira sama
dengan tebal sebutir darah merah.
80 m2 sama dengan luas permukaan alveoli bila
semuanya dilebarkan.
Difusi :
Diparu
--->
---> difusi terjadi dalam gas dan
cairan.
Dijaringan--Dijaringan
--->
> difusi terjadi dalam cairan
(antara O2 dan CO2)
Molekul bergerak terus menerus,dengan jarak
antara 1 tumbukan dengan yang berikutnya dapat
dihitung :
Ket :
D =λ√ N
λ
= Jarak antara rata2 tiap tumbukan.
D = Jarak yg ditempuh sebuah molekul
sesudah N kali
N = Jumlah kali tumbukan.
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
2Ŷ 2π
2πR
gelembung bawah terhadap sisi yang atas ;
2Ŷ 2π
2πR
2. Gaya yang ingin memecahkan yaitu selisih tekanan didalam dan
diluar gelembung yaitu;
P π R²
Karena gelembung belum pecah haruslah kedua persamaan diatas
sama, maka--maka---
2Ŷ 2π
2πR =
P π R²
P = 4Ŷ / R
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.
Inilah yang sering menyebabkan kematian pada
neonatus prematur yang disebut dgn
RDS(Respiratory Distress Syndrom).
Contoh seharisehari-hari adalah detergent dan zat
yang memudahkan susu instant untuk larut lebih
mudah,yang semua bersifat mengurangi
tegangan permukaan.
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
kira--kira 20
kira
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.
Hukum Boyle berlaku pada pernafasan;
Inspirasi
volume 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 10m dibawah permukaan laut tekanan akan bertambah ±
1atm.
Misalnya bila kita menyelam dikedalaman 10m,maka tekanan disana adalah 2
atm yaitu :
1atm(tek.udara dipermukaanlaut) 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.
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
tinggi..Keracunan CO dan CO2 bisa
terjadipada kasus bunuh diri atau kecelakaan karena
kebocoran gas atau knalpot mobil .
2.Pada gas ganggrene dimana penyebabnya
adalah
bakteri anaerob artinya tak tahan
oxygen sehingga bakterinya mati dan ganggrene
progressifnya berhenti
berhenti..
3.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,sehingga dia
tidak dapat dituntun untuk bernapas secara
benar)..
benar)
4.Untuk pengobatan beberapa jenis kanker yang
diketahui selsel-selnya lebih sensitif terhadap
terapinya bila diberi oxygen bertekanan tinggi
tinggi..
Resistensi jalan nafas
Kita dapat menghirup nafas dan
menghembuskan nafas krn;
Saat inspirasi-inspirasi--
gaya
gaya-- gaya di jalan nafas
cenderung membuka jalan nafas.
Saat expirasi --
--gaya
gaya--gaya di jalan nafas
cenderung menutup jalan nafas.
Untuk bernafas kita mengalami di alatalat-alat
pernafasan.
Ini bisa disamakan dengan hukum pada
listrik;
V
v = voltage
V = I * R-----R------
R = ---I = kuat arus
I
R = resistensi
Maka disini persamaannya menjadi
ΛP
Rg =
Rg
jalan nafas
= --------
ΛV / Λ t
resistensi
ΛP=
perbedaan
tekanan
Λv/Λt
=kecepatan
volume aliran
udara.
Resistensi jalan nafas dinyatakan dalam,
Pa / liter / detik atau cmH2 O/liter/detik.
Pada orang dewasa; Rg = 3,3cm H2 O/l/dtk
atau sama dengan 330 Pa/liter/detik.afas