HO Pertukaran Zat

Pengantar Biopsikologi
Minggu ke-3
Pertukaran Energi (2)
Ati Harmoni
B. Sistem Pertukaran Zat
Proses dimana organisme melakukan pertukaran gas dengan lingkungannya disebut
respirasi. Respirasi termasuk pengambilan oksigen, pengangkutan dan pengiriman
oksigen ke sel, dan pembuangan karbondioksida.
Pertukaran gas
Untuk menyelenggarakan respirasi, sel membutuhkan pasokan oksigen secara terus
menerus dan alat pembuangan karbon dioksida.
CES (Cairan ekstra sel): gas yang masuk dan keluar sel harus melalui CES
•
•
Pada mikroorganisme akuatik, msl: Amuba, CES adalah air lingkungannya.
Melalui difusi sederhana: penggunaan oksigen oleh mitokondrion menyebabkan
konsentrasi oksigen dalam sel rendah. Oksigen dari luar (air) yang konsentrasinya
lebih tinggi berdifusi ke dalam sel.
Hewan akuatik
Terdapat 3 bagian penting pada sistem pertukaran gas pada hewan akuatik:
1. Suatu cairan beredar yang mengangkut gas. Cairan tetap bergerak dengan
bantuan pompa berotot, yaitu jantung
2. Insang yang menukar gas antara cairan yang beredar (lingkungan interna) dan air
(lingkungan eksterna)
3. Suatu mekanisme untuk menarik persediaan air yang mengandung oksigen
dengan terus menerus di sekeliling insang.
Air versus udara
•
•
•
Oksigen ± 21% dari udara
Sistem pertukaran udara pada hewan daratan lebih sederhana daripada hewan
akuatik
Organisme daratan dihadapkan pada pemeliharaan organ pertukaran gas agar tetap
basah. Hal ini penting karena difusi gas kedalam sel terjadi hanya dari CES. CES
dapat hanya berupa sekedar lapisan tipis cairan.
______________________________________________________________________________________
Sistem Pertukaran Zat
1
Ati Harmoni
•
Diatasi dengan organ pertukaran gas yang meluas ke bagian dalam dari organisme.
Udara dibasahi oleh membran pelengkap.
Sistem pernapasan pada manusia
Gb.2
GGb. 1
Gb.1
Gb. 1 dan 2. Sistem Pertukaran pada manusia.
Pemindahan oksigen dan dan karbondioksida antara hawa dan darah terjadi pada
alveoli
Mekanisme pernapasan pada manusia:
•
•
•
•
•
Efisien karena adanya diafragma.
Diafragma adalah sekat berotot berbentuk kubah, membagi rongga badan menjadi
dua bagian: rongga perut (abdomen) dan rongga dada (toraks).
Permukaan sebelah dalam rongga dada dan permukaan luar paru-paru diselimuti
membran tipis disebut pleura.
Kontraksi diafragma membuat diafragma datar, mengakibatkan peningkatan volume
rongga dada, merentangkan paru-paru dan udara mengalir kedalam. Bila diafragma
kendur, kembali ke posisinya semula, paru-paru kembali ke ukuran semula, hawa
didesak keluar.
Gerakan diafragma dalam pernapasan mengiringi gerakan tulang-tulang rusuk.
______________________________________________________________________________________
Sistem Pertukaran Zat
2
Ati Harmoni
•
Gerakan tulang rusuk dikontrol oleh otot interkostal interna dan otot interkostal
eksterna.
Gb. 3
Pada orang dewasa ketika
istirahat, siklus inspirasi dan
ekspirasi dalam setiap menit
berjumlah 15-18 kali, dan setiap
siklus ± 500 ml hawa dihisap ke
dalam dan dihembuskan keluar.
•
Tabung udara
Gb. 4
Cetakan paru-paru manusia
dengan pola percabangan
dikotom pada sistem bronkial
Peredaran hawa di dalam paru-paru, tergantung pada tabung udara antara paru-paru
dan udara di luar. Pada waktu inspirasi udara masuk ke dalam lubang hidung melalui
rongga hidung (masing-masing satu buah di belakang setiap lubang) ke nasofaring
dan ke faring. Dari faring udara masuk ke trakea melalui glotis. Trakea bercabang
menjadi bronkus kanan dan bronkus kiri, yang masing-masing menuju paru-paru
kanan dan paru-paru kiri. Bronkus-bronkus selanjutnya bercabang-cabang lagi (ratarata 22 kali) menjadi bronkiolus-bronkiolus yang lebih kecil. Setiap bronkiolus
bermuara ke seberkas kantung-kantung kecil mirip anggur yang disebut alveolus.
Terdapat kira-kira 300 juta alveolus dalam kedua paru-paru orang dewasa dengan
______________________________________________________________________________________
Sistem Pertukaran Zat
3
Ati Harmoni
daerah permukaan total 160 m2 untuk pertukaran gas. Hanya dalam alveolus ini
pertukaran gas terjadi.
Dalam keadaan tertentu daerah permukaan gas dari paru-paru dapat berkurang,
misalkan karena infeksi oleh virus atau bakteri pada alveolus yang mengakibatkan
radang paru-paru (pneumonia). Pada pneumonia, getah bening dan lendir berkumpul
dalam alveolus dan bronkiolus, dan mengurangi daerah yang terkena udara. Pasien
bisa kekurangan oksigen.
Pada penderita emfisema, banyak dinding sekat alveolus peka dan robek dan sangat
mengurangi daerah permukaan yang tersedia untuk pertukaran gas. Tidak seperti
pneumonia, keadaan ini berkembang lambat dan jarang sebagai penyebab langsung
kematian. Hilangnya daerah pertukaran gas secara berangsur memaksa jantung
memompa lebih banyak darah ke paru-paru. Tekanan tambahan ini mengganggu
jantung.
Dinding sebelah dalam trakea, bronkus dan bronkiolus semuanya dilapisi epitel
bersilium penghasil lendir. Partikel debu halus yang tak tertapis di hidung akan terjerat
dalam lendir. Silium kemudian akan menyapu partikel-partikel ini ke trakea. Ketika
partikel mendekati glotis, mulailah ekhalasi batuk yang kuat, dan bahan dahak
terlempar ke dalam mulut. Partikel yang cukup halus untuk mencapai alveolus akan
ditelan oleh sel-sel fagosit yang terdapat di dinding alveolus. Penimbunan bahanbahan tersebut (karena tinggal di kota penuh polusi atau karena merokok),
menyebabkan paru-paru berwarna sangat gelap.
•
Kontrol pernapasan
• Laju terjadinya respirasi sel (dan karenanya oksigen digunakan) bervariasi dengan
keadaan umum aktivitas badan. Bergerak badan dengan giat dapat meningkatkan
kebutuhan oksigen untuk jaringan 20-25 kali. Kebutuhan oksigen yang meningkat
dipenuhi dengan meningkatkan laju dan dalamnya pernapasan.
• Konsentrasi karbon dioksida memegang peranan tertentu dalam mengatur laju dan
dalamnya pernapasan.
• Karbon dioksida mengatur pengaruh tersebut melalui pengaruhnya terhadap bagian
otak yang disebut medula oblongata. Bila kandungan karbon dioksida dalam darah
naik di atas batas normal, sel-sel medula oblongata yang sangat peka terhadap
konsentrasi karbon dioksida menanggapi dengan banyaknya dan laju impuls syaraf
yang mengontrol aksi otot interkosta dan diafragma. Terjadilah peningkatan
pertukaran hawa dalam paru-paru yang mengembalikan konsentrasi karbon dioksida
ke konsentrasi normal.
• Pertukaran hawa dalam paru-paru juga dikontrol secara lokal oleh dinding otot licin
bronkiol yang peka terhadap konsentrasi karbondioksida. Konsentrasi karbon
______________________________________________________________________________________
Sistem Pertukaran Zat
4
Ati Harmoni
dioksida yang naik menyebabkan bronkiol membesar dan menyebabkan ketahanan
tabung udara berkurang, sehingga pada waktu yang sama memungkinkan
penambahan oksigen dan meningkatkan jumlah karbon dioksida yang dihembuskan.
• Laju dan dalamnya pernapasan pada limit tertentu juga di bawah kontrol kesadaran.
Kita dapat menahan napas pada waktu terbatas. Jika kandungan karbon dioksida
darah yang mencapai medula oblongata menjadi sangat tinggi, medula akan
menolak kontrol kesadaran tersebut, disebut keadaan "titik cekik".
•
Polusi udara dan kesehatan
Permukaan alveolus menyediakan suatu antar permukaan yang luas dan baik antara
lingkungan interna dan udara. Dalam 24 jam, kita bernapaskan kira-kira 15.000 liter
udara. Karena itu kemurnian udara merupakan suatu hal yang sangat penting.
Sejumlah unsur dalam udara terutama akibat aktivitas manusia dianggap sebagai
kontaminan atau polutan udara. Sumber utama polusi udara sangat bervariasi dan
dibagi menjadi 2 kategori:
• Akibat aktivitas industri dan teknologi: kilang minyak dan pertambangan, listrik,
kendaraan, dsb. Polutan yang dihasilkan:
1. Jelaga (dari bahan bakar yang tidak terbakar) dan abu industri lain
2. Sulfur dioksida (SO2) dari oksidasi bahan bakar yang mengandung senyawa
belerang (arang, minyak)
3. Aneka ragam hidrokarbon (dari pembakaran bensin yang tidak sempurna):
benzopiren, suatu karsinogen yang sangat berbahaya
4. Oksida dari nitrogen (Seperti NO2) dihasilkan oleh ikatan kimiawi O2 dan N2
(dalam silinder dari mesin pembakaran interna)
5. Karbon monoksida (CO) dari pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna.
Dalam sinar matahari yang terang, nitrogen oksida, hidrokarbon, dan oksigen
berinteraksi secara kimiawi membentuk oksidan yang sangat kuat seperti ozon (O3)
dan peroksiasetil nitrat (PAN). Polutan sekunder ini sangat merusak tanaman dan
menyebabkan pembentukan asbut (asap kabut) yang khas dan menyebabkan iritasi
mata yang sangat khas.
• Asap rokok. Asap rokok mengandung sejumlah hidrokarbon, termasuk benzopiren.
Varietas penyakit pada manusia lebih umum pada orang-orang yang telah terkena
polusi udara pada kehidupan di kota atau terkena polusi asap rokok perorangan (atau
teristimewa oleh kedua-duanya). Penyakit ini meliputi bronkitis kronis (dan
kemungkinan akibatnya emfisema), asma, sedikit gangguan peredaran darah, dan
kanker paru-paru.
______________________________________________________________________________________
Sistem Pertukaran Zat
5
Ati Harmoni