Kamis, 20 Juni 2013

Sistem Pernafasan Pada Mamalia



 Alat pernafasan setiap makhluk tidaklah sama, pada hewan invertebrata memiliki alat pernafasan dan mekanisme pernafasan yang berbeda dengan hewan vertebrata. Ada dua jenis respirasi yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup yaitu respirasi internal dan respirasi eksternal. Respirasi internal adalah proses absorpsi oksigen dan pelepasan karbon dioksida dari sel. Sedangkan respirasi eksternal adalah proses penggunaan oksigen oleh sel tubuh dan pembuangan sisa hasil metabolisme sel yang berupa O2 ( Wiwi Isnaeni, 2006).
Sistem respirasi pada unggas (ayam) terdiri dari nasal cavities, larynx, trachea (windpipe), syrinx (voice box), bronchi, bronchiale dan bermuara di alveoli. Oleh karena unggas memerlukan energi yang sangat banyak untuk terbang, maka unggas memiliki sistem respirasi yang memungkinkan untuk berlangsungnya pertukaran oksigen yang sangat besar per unit hewan. Untuk melengkapi kebutuhan oksigen yang tinggi tersebut maka anatomi dan fisiologi sistem respirasi unggas sangat berbeda dengan mammalia. Perbedaan utama adalah fungsi paru-paru. Pada mammalia, otot diafragma berfungsi mengontrol ekspansi dan kontraksi paru-paru. Unggas tidak memiliki diafragma sehingga paru-paru tidak mengembang dan kontraksi selama ekspirasi dan inspirasi. Paru-paru hanyalah sebagai tempat berlangsungnya pertukaran gas di dalam darah (Sembiring, 2009).
Terdapat lima fungsi utama dari sistem respirasi, yaitu:
1. Menyediakan permukaan untuk pertukaran gas antara udara dan sistem aliran darah.
2. Sebagai jalur untuk keluar masuknya udara dari luar ke paru-paru.
3. Melindungi permukaan respirasi dari dehidrasi, perubahan temperatur, dan berbagai keadaan lingkungan yang merugikan atau melindungi sistem respirasi itu sendiri dan jaringan lain dari patogen.
4. Sumber produksi suara termasuk untuk berbicara, menyanyi, dan bentuk komunikasi lainnya.
5. Memfasilitasi deteksi stimulus olfactory dengan adanya reseptor olfactory di superior portion pada rongga hidung.
Apabila dibandingkan dengan mammalia, paru-paru ayam relatif lebih kecil secara proporsional dengan ukuran tubuhnya. Paru-paru tersebut mengambang dan berkontraksi hanya sedikit karena tidak terdapat diafragma sejati. Paru-paru maupun kantung udara berfungsi sebagai cooling mechanism (mekanisme pendinginan) bagi tubuh apabila panas tubuh dikeluarkan lewat pernapasan dalam bentuk uap air. Laju respirasi diatur oleh kandungan karbon dioksida dalam darah. Apabila kandungan karbon dioksida meningkat, maka laju pernapasan juga akan meningkat. Laju pernapasan bervariasi antara 15-25 siklus/menit pada ayam yang sedang istirahat .
2.1.1 Organ Sistem Respirasi Pada Ayam
Burung bernafas menggunakan paru-paru dan dibantu dengan pudi-pundi udara/paru-paru tambahan. Fungsi pundi-pundi udara adalah :
1. Membantu penafasan
2. Menjaga suhu tubuh dan mencegah kehilangan panas tubuh
3. Membantu memperkeras suara dengan dengan memperbesar ruang siring
4. Meringankan tubuh pada saat terbang (Wiryadi, 2008).
Ayam merupakan salah satu ternak yang termasuk dalam kelas aves. Adapun organ-organ yang berkaitan dalam sistem pernafasan paada aves, yaitu:
1. Nares Anteriores (lubang hidung), berjumlah sepasang terdapat pada pangkal rostrum bagian dorsal.
2. Nares Posteriores, lubang pada palatum, hanya 1 buah, terletak di tengah.
3. Glottis, terletak tepat di belakang pangkal lidah dan melanjutkan ke caudal, ke dalam larynx. Glottis ini berhubungan dengan rongga mulut melalui celah yang disebut rima Glottis
4. Larink, bagian yang disokong oleh cartilago cricoidea, dan cartilago arytenoidea yang berjumlah sepasang.
5. Trachea adalah lanjutan larynx ke arah caudal. Ini berupa suatu pipa mempunyai cincin-cincin tulang yang disebut annulus trechealis.
6. Bronchus adalah percabangan trachea ke kanan dan ke kiri, disebut Bronchus dexter dan sinister. Tempat percebangan branchiatadi disebut bifurcatio tracheae. Bronchi ini masih terbagi, ke dalam bronchi leteralis yang masing-masing akan terbagi lagiparabronchi.
7. Pulmo, terdapat pada ujung-ujung bronchi berjumlah sepasang, melekat pada dinding dorsal thorax. Pulmo ini dibungkus oleh selaput yang disebut pleura.
Pulmo mempunyai hubungan dengan kantong-kantong hawa yang disebut saccus pneumaticus yang terdiri dari:
a. Saccus abdominalis, terdapat diantara lipatan intestinum.
b. Saccus trhoracalis anterior, terletak pada dinding sisi tubuh pada rongga dada sebelah muka.
c. Saccus thoracolis posterior, terletak tepat di belakang saccus thoracolis anterior.
d. Saccus interclavicularis, terletak di median, hanya satu buah dan berhubungan dengan kedua pulmo.
e. Saccus cervicalis, terletak pada pangkal leher, berjumlah sepasang.
f. Saccus axillaris, yaitu saccus yang dibentuk oleh penonjolan sisi-sisi dari saccus interreclavicularis yang terdapat pada daerah ketiak.
8. Syrinx, terdapat pada bifurcatio tracheae. Tersusun dari beberapa annulus trachealis yang paling caudal dan annulus bronchialisyang paling cranial. Alat ini membatasi suatu ruangan yang agak melebar yang disebut tympanum.
Pada bagian trachea yang tercaudal terdapat suatu cartilago yang terletak melintang dan ventral ke dorsal, yang disebut pessulus. Pessulus ini menyokong suatu lipatan yang disebut membran seminularis. Adapun otot-otot yang terdapat di trachea dan syarinx, yaitu:
1. Musculus syringealis intrinsic, sepasang berorigo pada dinding trchea, dan berinsertio pada syrinx.
2. Musculus sterno trachealis, sepasang berorigo pada sternum dan berisertio pada trachea.
Suara pada aves dihasilkan oleh getaran dari membrana seminularis. Getaran ini terjadi karena hasil kerja otot-otot di atas.
Rongga hidung dilengkapi dengan silia (bulu getar) yang berperan menyaring partikel-partikel yang tercampur udara yang dihirup ayam, seperti debu maupun bibit penyakit (virus maupun bakteri). Sedangkan pada bagian trakea, bronkus dan bronkeolus dilengkapi dengan sel-sel epitel yang juga mempunyai bulu getar dan sel tak bersilia yang akan menghasilkan lendir yang mengandung enzim proteolitik dan surfaktan. Adanya enzim dan surfaktan (penurun tegangan permukaan) tersebut mampu menghancurkan beberapa mikroorganisme patogen.
Silia hidung hanya mampu menahan partikel berukuran 3,7-7,0 mikron, sedangkan partikel yang lebih kecil lagi akan lolos dan bertahan di saluran pernapasan ayam. Perlu diketahui juga ukuran partikel yang berada di udara kebanyakan memiliki diameter 1-5 mikron, sedangkan ukuran virus atau bakteri lebih kecil lagi contohnya bakteri Mycoplasmaberukuran 0,25-0,5 mikron atau virus AI hanya berdiameter 0,08-0,12 mikron. Bisa dibayangkan jika silia mengalami kerusakan (misalnya oleh kadar amonia yang tinggi), maka bibit penyakit akan dengan mudah masuk ke saluran pernapasan dan pada akhirnya ayam akan mengalami gangguan pernapasan yang berujung pada terjadinya kasus penyakit.
2.1.2 Skema Respirasi Pada Ayam
Dalam sistem respirasi burung tidak memiliki diafragma, melainkan, udara berpindah dan keluar dari sistem pernapasan melalui perubahan tekanan pada kantung udara. Otot yang berada di dada menyebabkan sternum yang akan mendorong ke luar. Hal ini mengakibatkan tekanan negatif di udara kantung, sehingga udara memasuki sistem pernapasan.
2.1.3 Siklus Respirasi Pada Ayam
Siklus respirasi pada ayam berbeda dengan sistem respirasi pada ternak ruminansia. Karena ruminansia termasuk ternak mamalia, namun secara garis besar siklus respirasi pada ayam sama dengan siklus respirasi pada aves. Berikut adalah siklus-siklus respirasdi yang terdapat pada ayam:
a. Selama inspirasi pertama, perjalanan udara melalui lubang hidung, ( juga disebut nares yang terletak di sambungan antara bagian atas paruh atas dan kepala). Seperti dalam mamalia, udara bergerak melalui lubang hidung ke rongga hidung. Dari rongga hidung udara melalui larink dan ke trakhea. Udara bergerak melalui trakhea ke syrink, yang terletak di titik sebelum trakhea membagi dua. Yang kemudian mengalir melalui syrink. Udara tidak pergi langsung ke paru-paru, tetapi perjalanan ke posterior (kantung udara ekor). Sejumlah kecil udara akan melewati melalui kantung udara ekor untuk paru-paru.
b. Selama expirasi pertama, udara dipindahkan dari posterior menuju ke kantung udara melalui ventrobronchi dan dorsobronchi ke paru-paru. Bronkus akan membelah udara ke saluran kapiler dengan diameter yang lebih kecil. Darah kapiler mengalir melalui kapiler udara dan ini adalah tempat oksigen dan karbondioksida dipertukarkan.
c. Ketika burung mengulangi inspirasi kedua kalinya, udara bergerak ke kantung-kantung udara tengkorak.
d. Ekpirasi kedua udara bergerak keluar dari udara tengkorak kantung, melalui syrink ke trakhea, melalui laring, dan akhirnya melalui rongga hidung dan keluar dari lubang hidung (Foster dan Smith, 2007)
2.1.4 Macam-Macam Sistem Mekanisme Respirasi Pada Ayam
Sistem mekanisme pernafasan pada ayam menjadi dua macam, yaitu:
1. Pernafasan pada waktu istirahat
Pernapasan pada burung di saat hinggap adalah sebagai berikut. Burung mengisap udara lalu udara mengalir lewat bronkus ke pundi-pundi hawa bagian belakang bersamaan dengan itu udara yang sudah ada di paru-paru mengalir ke pundi – pundi hawa, udara di pundi-pundi belakang mengalir ke paru-paru lalu udara menuju pundi – pundi hawa depan. Kecepatan respirasi pada berbagai hewan berbeda bergantung dari berbagai hal, antara lain, aktifitas, kesehatan, dan bobot tubuh.
Pernafasan ini dilakukan ketika aves dalam kondisi istirahat. Pars ternalis costae dan pars vertibralis costae, keduanya dihubungkan oleh suatu persendiaan, sehingga dapat digerakkan. Adapun fase-fase yang terjadi ketika pernafasan istirahat, yaitu:
a. Fase inspiratio, pada fase ini costae bergerak ke arah cranioventral, sehingga cavum thornealis membesar, pulmo mengembang sehingga udara masuk ke dalam pulmo.
b. Fase expiratio, pada fase ini costae kembali ke kedudukan semula, cavum thornealis mengecil. Polmu mengempis, udara keluar dari pulmo.
2. Pernafasan pada waktu terbang
Saat terbang pergerakan aktif dari rongga dada tidak dapat dilakukan karena tulang dada dan tulang rusuk merupakan pangkal perlekatan otot yang berfungsi untuk terbang. Pada saat terbang, kantung udara berperan sangat penting. Inspirasi dan ekspirasi dilakukan bergantian oleh kantung udara di antara tulang coracoid (interclavicular sac) dan kantung udara di bawah tulang ketiak (subsapular sac). Saat mengepakan sayap (sayap diangkat ke atas), kantong udara di antara tulang coracoid terjepit sehingga udara kaya oksigen pada bagian itu masuk ke paru-paru (inspirasi). Saat sayap terkepak turun, kantung udara di bawah ketiak terjepit sementara kantung udara di antara tulang coracoid mengembang, sehingga udara masuk ke kantung udara di antara coracoid (ekspirasi). Semakin tinggi burung terbang, maka semakin cepat kepakan sayapnya, karena kadar oksigen pada udara di lapisan atas semakin kecil atau menipis (Campbell,1999).
Atau lebih mudahnya adalah sebagai berikut, pada waktu terbang saccus yamng berfungsi adalah saccus intercravicularis dan saccus axillaris. Apabila sayap diturunkan saccus axillaris akan terjepit, sehingga saccus intercravicularis longgar dan sebaliknya apabila sayap diangkat maka saccus axillaris akan membesar sedangkan saccus intercravicularismengecil, sehingga dapat terjadi pergantian udara dari luar ke dalam paru-paru.
2.1.5 Perbedaan Sistem Respirasi pada Unggas (Ayam) dengan Mamalia
Paru-paru pada mamalia pertukaran oksigen denagn karbondioksida terjadi di kantung mikroskopis yang terdapat di paru-paru yang kemudian disebut dengan alveoli. Sedangkan pada paru-paru ayam, pertukaran gas terjadi di dinding mikroskopis tubulus, yang biasa disebut dengan kapiler udara.
Sistem pernapasan ayam lebih efisien dibandingkan pada mamalia. mentransfer oksigen lebih dengan masing-masing pernafasan. Ini juga berarti bahwa racun dalam udara juga ditransfer lebih efisien. Ini adalah salah satu alasan mengapa asap dari teflon beracun untuk aves, tetapi tidak untuk mamalia pada konsentrasi yang sama. Ketika membandingkan ayam dan mamalia dengan berat yang sama, ayam memiliki tingkat pernafasan yang lebih lambat. Respirasi pada ayam memerlukan dua siklus pernafasan untuk memindahkan udara melalui sistem pernapasan keseluruhan. Dalam mamalia, hanya satu siklus pernapasan diperlukan.

pengertian Pernafasan pada mamalia
 Pernafasan mempunyai 2 arti yang sangat berbeda :
1). pernafasan oksigen (O2 ) dalam matabolisme karbohidrat dan berbagai molekul organik lainnya,
2). suatu proses yang melibatkan pertukaran O2 dan CO2 di antara berbagai sel suatu organisme dan lingkungan luar.
Sebagian besar sel tubuh memperoleh energi dari reaksi kimia yang melibatkan O2. Sel itu harus mampu melenyapkan CO2 yang merupakan hasil akhir utama dari metabolisme oksidasi. Organisme bersel satu pertukaran O2 dan CO2 terjadi secara langsung dengan lingkungan luar, tetapi hal itu sama sekali tidak mungkin untuk sebagian besar sel organisme yang kompleks seperti manusia maupun hewan/ternak. Oleh karena itu, evaluasi hewan besar memerlukan perkembangan suatu sistem khusus yaitu sistem respirasi (pernafasan) untuk pertukaran O2 dan CO2 bagi hewan tersebut dengan lingkungan sekitarnya meliputi : paru-paru, jalan udara ke paru-paru, dan struktur dada yang bertanggung jawab terhadap gerakan udara keluar dan masuk ke paru-paru.

Mekanisme Ventilasi (Pertukaran Udara) Pulmonalis
Paru-paru dapat membesar dan berkontraksi dengan 2 jalan : 1). dengan gerakan turun naik diafragma akan memanjang dan memperpendek rongga dada, dan 2). dengan pengangkatan dan penekanan tulang rusuk akan mengangkat/memperbesar dan menurunkan/memperkecil diameter anteroposterior rongga dada.
Pernafasan normal dilakukan hampir sempurna oleh gerakan inspirasi (menghirup) diafragma. Selama inspirasi diafragma menarik ke bawah permukaan bagian bawah paru-paru. Selama ekspirasi (menghembus) diafragma berelaksasi dan mendorong paru-paru ke belakang, dinding dada dan struktur perut mendorong paru-paru. Selama bernafas berat, dorongan ke belakang tidak cukup kuat untuk menyebabkan respirasi cepat, hal itu dapat dicapai dengan kontraksi urat perut yang mendorong isi perut ke atas melawan diafragma bagian bawah. Cara kedua untuk memperbesar paru-paru adalah dengan meningkatkan/memperbesar ruangan dada melalui rib cage. Hal itu akan memperbesar paru-paru karena dalam posisi istirahat secara alamiah, tulang rusuk miring ke bawah, sehingga memungkinkan tulang dada bergerak ke belakang di depan kolumnis spinalis. Namun, bila rib cage terangkat, tulang rusuk langsung mengarah ke belakang. Dengan demikian, tulang dada pada waktu itu bergerak ke belakang menjauhi spinosus yang menyebabkan anteroposterior dada menjadi lebih besar kira-kira 20% selama respirasi maksimum dibandingkan selama ekspirasi. Oleh karena itu, berbagai otot tersebut yang mengangkat rongga dada dapat diklasifikasikan sebagai urat daging inspirasi, dan urat daging yang menekan rongga dada adalah urat daging ekspirasi.

Kapasitas dan Volume Paru-paru
Suatu metode sederhana untuk mempelajari pertukaran udara paru-paru adalah mancatat volume udara yang bergerak ke dalam dan ke luar paru-paru disebut spirometer. Sebuah alat spirometer terdiri dari sebuah silinder yang berada dalam sebuah ruangan berisi air yang keseimbangannya dapat diatur melalui suatu pemberat. Dalam selinder terdapat campuran udara pernafasan biasanya udara atau O2 ; suatu tabung yang menghubungkan mulut dengan ruang udara. Karena nafas masuk dan ke luar ruang udara maka silinder terangkat/naik dan turun, dan suatu grafik akan terlihat pada kertas yang terdapat pada silinder yang berputar. Untuk memudahkan menjelaskan berbagai kejadian pertukaran udara paru-paru maka udara dalam paru-paru telah dibagi menjadi 4 volume dan 4 kapasitas.
Volume paru-paru bagian kiri terdiri atas 4 volume yang berbeda dan bila dijumlahkan semuanya sama dengan volume maksimum paru-paru yang masih dapat diharapkan. Arti penting dari masing-masing volume tersebut adalah sebagai berikut.
1.      Volume tidal (tidal volume = TV) adalah volume udara pada waktu inspirasi atau ekspirasi normal, dan volumenya kira-kira 500 ml.
2.      Volume cadangan inspirasi (inspiratory reserve volume = IRV) adalah volume ekstra udara yang masih dapat dihirup setelah inspirasi normal sebagai volume udara tambahan terhadap volume volume tidal, dan biasanya volume udara itu kira-kira 3000 ml.
3.      Volume cadangan ekspirasi (expiratory reseve volume = ERV) adalah jumlah udara yang masih dapat dikeluarkan dengan berekspirasi sekuat-kuatnya (maksimum) pada saat akhir ekspirasi normal, biasanya volume ini kira-kira 1100 ml.
4.      Volume residu (residual volume = RV) adalah volume udara yang masih tinggal di dalam paru-paru setelah melakukan respirasi maksimum. Volume residu ini rata-rata 1200 ml.
Kapasitas paru-paru dalam siklus paru-paru kadang-kadang perlu mempertimbangkan 2 atau lebih volume udara tersebut di atas secara bersama-sama. Penggabungan ini disebut kapasitas paru-paru. Kapasitas paru-paru berbeda-beda dapat dijelaskan sebagai berikut ini.
1.      Kapasitas inspirasi (inspiratory capacity/IC) = volume tidal (TV) + volume cadangan inspirasi (IRV). Ini adalah sejumlah udara (kira-kira 3500 ml) yang berarti seseorang bernafas mulai dengan tingkat ekspirasi normal dan memperbesar paru-parunya hingga maksimum.
2.      Kapasitas residu fungsional (functional residual capacity/FRC) = volume cadangan ekspirasi (ERV) + volume residu (RV). Ini adalah sejumlah udara yang tinggal dalam paru-paru pada akhir ekspirasi normal (kira-kira 2300 ml).
3.      Kapasitas vital (vital capacity/VC) = volume cadangan inspirasi (IRV) + volume tidal (TV) + volume cadangan ekspirasi (ERV). Ini adalah jumlah udara maksimum yang dapat dikeluarkan dari paru-paru setelah ekspirasi dan dilanjutkan dengan ekspirasi maksimum.
4.      Kapasita total paru-paru (total lung capacity/TLC) adalah volume maksimum paru-paru yang masih dapat diperbesar dengan inspirasi sekuat mungkin (kira-kira 5800 ml). TLC = IRV + TV + ERV + RV.
Sebagai contoh dapat dikemukakan di sini bahwa laki-laki mempunyai VT = 400 ml, VC = 4800 ml, IRV = 3100 ml, IC = 3600 ml, ERV = 1200 ml, RV = 1200 ml, FRC = 2000 ml, TLC = 6000 ml. Sapi betina (dalam keadaan tidur) mempunyai TV = 3100 ml; sedangkan dalam posisi berdiri adalah 3800 ml.
Semua volume dan kapasitas paru-paru wanita 20 – 25% lebih rendah dibandingkan laki-laki, dan volume serta kapasitasnya lebih besar pada orang yang bertubuh besar dan olahragawan dibandingkan dengan orang yang bertubuh kecil dan menderita asma.

Pertanyaan : Bila masing-masing nilai dari IRV, TV, ERV diketahui dapatkah Anda menghitung kapasitas vital (VC) paru-paru? Coba jelaskan cara membuat formulanya!

Difusi Gas Melalui Membrana Respirasi
Unit alat pernafasan terdiri dari bronkhiolus, berbagai saluran alveoli, atrium dan alveoli (kira-kira 300 juta pada kedua paru-paru, masing-masing alveolus mempunyai diameter kira-kira 0,25 mm). Dinding alveoli sangat tipis, dan di antara banyak dinding itu terdapat berbagai kapiler yang cukup kuat. Aliran darah pada dinding kapiler merupakan suatu sheet dari peredaran darah. Jadi jelaslah bahwa gas alveoli hampir sama dengan gas darah kapiler. Konsekwensinya pertukaran gas antara udara alveoli dan darah volmonaris terjadi di seluruh membrana terminal paru-paru. Membrana ini disebut membrana respirasi atau membrana vulmonaris.

Transportasi O2 dan CO2
Gas dapat mengaliri suatu tempat ke tempat lain dengan jalan difusi dan hal ini selalu disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan dari satu tempat terhadap tempat lainnya. Jadi, O2 berdifusi dari alveoli ke dalam pembuluh darah kapiler pulmonaris karena perbedaan tekanan yang dalam hal ini tekanan O2 (PO2) di dalam alveoli lebih besar dibandingkan dengan PO2 di dalam darah pulmonaris. Darah pulmonaris diangkut melalui sirkulasi darah menuju berbagai jaringan perifir. Di sana PO2 lebih rendah dalam sel dibandingkan dengan yang di dalam darah arteri yang masuk ke dalam berbagai pembuluh darah kapiler. Di situ lagi PO2 jauh lebih tinggi dalam darah kapiler menyebabkan O2 berdifusi ke luar dari pembuluh kapiler dan seluruh cairan interstisial menuju sel.
Karena O2 dimetabolisasikan dengan makanan dalam sel untuk membentuk CO2 maka tekanan CO2 (PCO2) meningkat mencapai nilai tinggi dalam sel yang menyebabkan CO2 berdifusi dari sel ke dalam jaringan kapiler. CO2 dalam darah diangkut ke kapiler pulmonaris. CO2 itu berdifusi ke luar dari darah dan menuju ke dalam alveoli karena PCO2 di dalam alveoli lebih rendah dibandingkan dengan yang di dalam darah. Hal yang mendasar di sini adalah bahwa angkutan O2 dan CO2 ke dan dari berbagai jaringan tergantung dari difusi dan aliran darah secara berturut-turut.

Faktor yang Mempengaruhi Difusi Gas
Prinsip dan formula terjadinya difusi gas melalui membrana respirasi sama dengan difusi gas melalui air dan berbagai jaringan. Jadi, faktor yang menentukan betapa cepat suatu gas melalui membrana tersebut adalah : 1). ketebalan membrana, 2).luas permukaan membrana, 3).koefisien difusi gas dalam substansi membrana, dan 4). perbedaan tekanan antara kedua sisi membrana.
Sering terjadi kecepatan difusi melalui membrana tidak proporsional terhadap ketebalan membrana sehingga setiap faktor yang meningkatkan ketebalan melebihi 2 – 3 kali dibandingkan dengan yang normal dapat mempengaruhi secara sangat nyata pertukaran gas pernafasan normal. Khusus pada olahragawan, luas permukaan membrana respirasi sangat mempengaruhi prestasi dalam pertandingan maupun latihan. Luas permukaan paru-paru yang berkurang dapat berpengaruh serius terhadap pertukaran gas pernafasan. Dalam hal koefisien difusi masing-masing gas kaitannya dengan perbedaan tekanan ternyata CO2 berdifusi melalui membrana kira-kira 20 kali lebih cepat dari O2, dan O2 dua kali lebih cepat dari N2. Dalam hal perbedaan tekanan gas, tekanan gas parsial menyebabkan gas mengalir melalui membrana respirasi. Dengan demikian, bila tekanan parsial suatu gas dalam alveoli lebih besar dibandingkan dengan tekanan gas dalam darah seperti halnya O2 , difusi terjadi dari alveoli ke arah dalam, tetapi bila tekanan gas dalam darah lebih besar dibandingkan dengan dalam alveoli seperti halnya CO2 maka difusi terjadi dari darah ke dalam alveoli.

Kapasitas Difusi Membrana Respirasi
Kemampuan seluruh membrana respirasi untuk terjadinya pertukaran gas antara alveoli dan darah pulmonaris dapat diekspresikan dengan istilah kapasitas difusinya, yang dapat didefinisikan sebagai volume gas yang berdifusi melalui membrana tadi setiap menit untuk setiap perbedaan tekanan 1 mm Hg. Kapasitas difusi O2 laki-laki muda dewasa pada waktu istirahat rata-rata 21 ml per menit per mm Hg. Rata-rata perbedaan tekanan O2 menembus membrana respirasi selama dalam keadaan normal yaitu dalam keadaan bernafas tenang kira-kira 11 mm Hg. Peningkatan tekanan itu menghasilkan kira-kira 230 ml O2 berdifusi normal melalui membrana respirasi setiap menit; dan itu sama dengan kecepatan tubuh menggunakan O2. Di lain pihak, kapasitas difusi CO2 belum pernah dihitung karena kesukaran teknis. Sebenarnya sangat penting diketahui kapasitas difusi yang tinggi dari CO2 itu. Bila tidak demikian maka membrana respirasi banyak mengalami kerusakan. Akibatnya, kapasitasnya membawa O2 ke dalam darah sering tidak cukup sehingga menyebabkan kematian seseorang jauh lebih cepat daripada ketidakseimbangan yang serius dari difusi CO2.

Mekanisme Respirasi
Selama respirasi, terjadi gerakan dada (thorax) dan perut. Pada inspirasi sternum coracoid , furcula, dan rusuk bergerak ke depan dan ke bawah. Rusuk vertebral ditarik ke depan dan ke dalam. Jadi, pada inspirasi diameter vertikal dada bertambah besar dan diameter melintangnya bertambah kecil. Paru-paru membesar pada saat inspirasi, dan tulang rusuk serta dada tertarik ke arah dalam.

Bahan diskusi : Coba kaitkan hubungan antara volume paru-paru dan aktivitas kerja fisik dan non fisik yang dilakukan. Jelaskan komentar Anda.

PERNAFASAN UNGGAS

Organ Pernafasan dan Fungsinya
Alat pernafasan pada burung (unggas) terbagi atas paru-paru mempunyai bronkhus tertier yang lebih banyak jumlahnya dibandingkan dengan paru-paru ayam. Ayam mempunyai 7 kantong hawa, yaitu sepasang kantong hawa servikalis, sepasang abdominalis, sepasang torakalis, dan sebuah kantong hawa klavikularis. Kalkun mempunyai 8 kantong hawa dan sebuah kantong hawa servikalis (sama dengan klavikularis), 2 pasang kantong torakalis, 2 pasang kantong abdominalis.
Pada umumnya kebanyakan jenis burung kecil hanya sedikit atau tidak memiliki pneumatic bones, sedangkan jenis burung yang besar mempunyai banyak pneumatic bones. Jadi, ternyata bahwa ada tidaknya pneumatic bones hanya berperan kecil dalam kemampuan terbang. Ada pendapat yang menyangkal bahwa humerus pada ayam itu merupakan pneumatic bones, tetapi ada pendapat lain yang menyatakan bahwa pneumatic bones pada ayam meliputi hampir semua vertebre servikalis, 2 tulang rusuk yang pertama, tulang dada, humerus, dan bagian setengah bawah korakoid. Semua pneumatic bones tidak berhubungan dengan kantong hawa, tetapi humerus berhubungan dan beberapa jenis burung dapat bernafas melalui humerus pada kondisi tertentu.

Mekanisme Pernafasan

Selama pernafasan (respirasi), terjadi gerakan dada (thorax = thorak) dan perut. Pada inspirasi, sternum korakoid, furkula, dan rusuk bergerak ke depan dan ke bawah. Rusuk vertebral ditarik ke depan dan ke dalam. Jadi, pada inspirasi diameter vertical thorak bertambah besar dan diameter melintangnya bertambah kecil. Paru-paru membesar pada saat inspirasi, dan tulang rusuk serta dada tertarik ke arah dalam.

Kecepatan Bernafas
Kecepatan bernafas pada bangsa burung tergantung pada ukuran badan, seks, rangsangan, dan berbgai faktor lain. Pada umumnya bangsa burung yang lebih kecil mempunyai kecepatan (frekuensi) pernafasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang lebih besar, misalnya pada bangsa unggas jantan seperti merpati, itik, angsa, kalkun, dan anak ayam adalah 28, 42, 20, 28, dan 16 kali/menit secara berturut-turut; sedangkan yang betina 16, 110, 40, 49, dan 28 secara berturut-turut. Kecepatan bernafas bertambah bila suhu badan meningkat. Pada anak ayam yang suhu badannya 43,5oC – 44,5oC , kecepatannya bisa mencapai 140 – 170 kali/menit.

Pernafasan Selama Terbang
Persediaan dan kecepatan oksigen (O2) berdifusi dalam paru-paru sangat penting artinya bagi bangsa burung pada waktu terbang. Pada waktu terbang konsumsi oksigen bisa 10 – 15 kali lebih banyak dibandingkan dengan pada keadaan istirahat. Konsumsi itu juga tergantung pada kecepatan terbang. Pada kecepatan terbang 35 km/jam, oksigen yang diperlukan rata-rata 21,9 ml/g/jam atau 12,8 kali lebih banyak dibandingkan dengan keadaan tidak terbang, dan pada kecepatan terbang 40 km/jam konsumsi oksigen 23ml/g/jam.
Konsumsi oksigen paling tinggi pada waktu terbang menaik dan paling rendah pada waktu terbang menurun. Beberapa peneliti mengasumsikan bahwa pernafasan (aliran udara paru-paru) ada hubungan (sinkronisasi) dengan berbagai gerakan sayap pada waktu terbang. Pada waktu sayap bergerak ke bawah, terjadi ekspirasi.

Difusi O2 dari Kapiler ke Cairan Interstisial
Pada kapiler jaringan, O2 berdifusi ke dalam jaringan oleh suatu proses penting yang sama dengan yang terjadi dalam paru-paru. Dengan demikian tekanan O2 (PO2) dalam cairan interstisial di luar kapiler rendah dan diperkirakan sangat bervariasi, rata-rata sekitar 40 mm Hg, sedangkan di dalam darah arteri tinggi sekitar 95 mm Hg. Oleh karena itu, pada kapiler tekanannya berbeda sampai 55 mm Hg yang menyebabkan difusi O2. Pada waktu itu, darah yang mengalir melalui kapiler banyak O2 berdifusi ke dalam jaringan dan PO2 kapiler mendekati 40 mm Hg dalam cairan jaringan. Konsekwensinya, darah venous yang meninggalkan jaringan mengandung O2 yang sangat penting untuk berbagai aktivitas.
Pertanyaan : Mengapa kontribusi O2 meningkat bila aktivitas tubuh unggas meningkat?
Difusi O2 dari Cairan Interstisial ke Dalam Sel
Selama O2 masih digunakan oleh sel, tekanan O2 intraseluler tetap lebih rendah dibandingkan dengan tekanan O2 cairan interstisial. O2 berdifusi melalui membrana sel dengan sangat cepat. Oleh karena itu, PO2 intraseluler hampir sama dengan PO2 di dalam cairan interstisial. Namun, dalam banyak hal ada yang perlu dipertimbangkan misalnya jarak antara kapiler dan sel. Dengan demikian, PO2 intraseluler normal berkisar dari yang terendah 5 mm Hg sampai yang tertinggi 60 mm Hg dengan rata-ratanya 23 mm Hg yang merupakan nilai yang diberikan pada sel tersebut. Kira-kira hanya 1 – 3 mm Hg PO2 yang diperlukan untuk mendukung sepenuhnya proses metabolisme sel. Jadi dapat dilihat bahwa walau PO2 rendah namun cukup aktual dan aman untuk metabolisme sel.
Transportasi CO2 ke Paru-paru
Karena pembentukan CO2 dalam sel sangat banyak dan terus-menerus maka PO2 intraseluler berdifusi kira-kira 20 kali lebih mudah dibandingkan O2 yang berdifusi dari sel dengan sangat cepat ke dalam darah kepiler. Darah arteri masuk kapiler jaringan mengandung CO2 pada tekanan kira-kira 40 mm Hg. Mengalirnya darah melalui kapiler, PCO2 meningkat sampai 45 mm Hg.
Untuk mengeluarkan CO2 dari darah pulmonaris, PCO2 vena kira-kira 45 mm Hg. Sedangkan dalam alveoli sekitar 40 mm Hg. Perbedaan tekanan awal untuk difusi hanya 5 mm Hg jauh lebih rendah dari difusi O2 menembus membrana. Walau demikian, karena koefisien difusi 20 kali lebih besar dari koefisien difusi O2 maka kelebihan CO2 dalam darah dengan cepat dikirim ke dalam alveoli.



 Alat pernafasan setiap makhluk tidaklah sama, pada hewan invertebrata memiliki alat pernafasan dan mekanisme pernafasan yang berbeda dengan hewan vertebrata. Ada dua jenis respirasi yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup yaitu respirasi internal dan respirasi eksternal. Respirasi internal adalah proses absorpsi oksigen dan pelepasan karbon dioksida dari sel. Sedangkan respirasi eksternal adalah proses penggunaan oksigen oleh sel tubuh dan pembuangan sisa hasil metabolisme sel yang berupa O2 ( Wiwi Isnaeni, 2006).
Sistem respirasi pada unggas (ayam) terdiri dari nasal cavities, larynx, trachea (windpipe), syrinx (voice box), bronchi, bronchiale dan bermuara di alveoli. Oleh karena unggas memerlukan energi yang sangat banyak untuk terbang, maka unggas memiliki sistem respirasi yang memungkinkan untuk berlangsungnya pertukaran oksigen yang sangat besar per unit hewan. Untuk melengkapi kebutuhan oksigen yang tinggi tersebut maka anatomi dan fisiologi sistem respirasi unggas sangat berbeda dengan mammalia. Perbedaan utama adalah fungsi paru-paru. Pada mammalia, otot diafragma berfungsi mengontrol ekspansi dan kontraksi paru-paru. Unggas tidak memiliki diafragma sehingga paru-paru tidak mengembang dan kontraksi selama ekspirasi dan inspirasi. Paru-paru hanyalah sebagai tempat berlangsungnya pertukaran gas di dalam darah (Sembiring, 2009).
Terdapat lima fungsi utama dari sistem respirasi, yaitu:
1. Menyediakan permukaan untuk pertukaran gas antara udara dan sistem aliran darah.
2. Sebagai jalur untuk keluar masuknya udara dari luar ke paru-paru.
3. Melindungi permukaan respirasi dari dehidrasi, perubahan temperatur, dan berbagai keadaan lingkungan yang merugikan atau melindungi sistem respirasi itu sendiri dan jaringan lain dari patogen.
4. Sumber produksi suara termasuk untuk berbicara, menyanyi, dan bentuk komunikasi lainnya.
5. Memfasilitasi deteksi stimulus olfactory dengan adanya reseptor olfactory di superior portion pada rongga hidung.
Apabila dibandingkan dengan mammalia, paru-paru ayam relatif lebih kecil secara proporsional dengan ukuran tubuhnya. Paru-paru tersebut mengambang dan berkontraksi hanya sedikit karena tidak terdapat diafragma sejati. Paru-paru maupun kantung udara berfungsi sebagai cooling mechanism (mekanisme pendinginan) bagi tubuh apabila panas tubuh dikeluarkan lewat pernapasan dalam bentuk uap air. Laju respirasi diatur oleh kandungan karbon dioksida dalam darah. Apabila kandungan karbon dioksida meningkat, maka laju pernapasan juga akan meningkat. Laju pernapasan bervariasi antara 15-25 siklus/menit pada ayam yang sedang istirahat .
2.1.1 Organ Sistem Respirasi Pada Ayam
Burung bernafas menggunakan paru-paru dan dibantu dengan pudi-pundi udara/paru-paru tambahan. Fungsi pundi-pundi udara adalah :
1. Membantu penafasan
2. Menjaga suhu tubuh dan mencegah kehilangan panas tubuh
3. Membantu memperkeras suara dengan dengan memperbesar ruang siring
4. Meringankan tubuh pada saat terbang (Wiryadi, 2008).
Ayam merupakan salah satu ternak yang termasuk dalam kelas aves. Adapun organ-organ yang berkaitan dalam sistem pernafasan paada aves, yaitu:
1. Nares Anteriores (lubang hidung), berjumlah sepasang terdapat pada pangkal rostrum bagian dorsal.
2. Nares Posteriores, lubang pada palatum, hanya 1 buah, terletak di tengah.
3. Glottis, terletak tepat di belakang pangkal lidah dan melanjutkan ke caudal, ke dalam larynx. Glottis ini berhubungan dengan rongga mulut melalui celah yang disebut rima Glottis
4. Larink, bagian yang disokong oleh cartilago cricoidea, dan cartilago arytenoidea yang berjumlah sepasang.
5. Trachea adalah lanjutan larynx ke arah caudal. Ini berupa suatu pipa mempunyai cincin-cincin tulang yang disebut annulus trechealis.
6. Bronchus adalah percabangan trachea ke kanan dan ke kiri, disebut Bronchus dexter dan sinister. Tempat percebangan branchiatadi disebut bifurcatio tracheae. Bronchi ini masih terbagi, ke dalam bronchi leteralis yang masing-masing akan terbagi lagiparabronchi.
7. Pulmo, terdapat pada ujung-ujung bronchi berjumlah sepasang, melekat pada dinding dorsal thorax. Pulmo ini dibungkus oleh selaput yang disebut pleura.
Pulmo mempunyai hubungan dengan kantong-kantong hawa yang disebut saccus pneumaticus yang terdiri dari:
a. Saccus abdominalis, terdapat diantara lipatan intestinum.
b. Saccus trhoracalis anterior, terletak pada dinding sisi tubuh pada rongga dada sebelah muka.
c. Saccus thoracolis posterior, terletak tepat di belakang saccus thoracolis anterior.
d. Saccus interclavicularis, terletak di median, hanya satu buah dan berhubungan dengan kedua pulmo.
e. Saccus cervicalis, terletak pada pangkal leher, berjumlah sepasang.
f. Saccus axillaris, yaitu saccus yang dibentuk oleh penonjolan sisi-sisi dari saccus interreclavicularis yang terdapat pada daerah ketiak.
8. Syrinx, terdapat pada bifurcatio tracheae. Tersusun dari beberapa annulus trachealis yang paling caudal dan annulus bronchialisyang paling cranial. Alat ini membatasi suatu ruangan yang agak melebar yang disebut tympanum.
Pada bagian trachea yang tercaudal terdapat suatu cartilago yang terletak melintang dan ventral ke dorsal, yang disebut pessulus. Pessulus ini menyokong suatu lipatan yang disebut membran seminularis. Adapun otot-otot yang terdapat di trachea dan syarinx, yaitu:
1. Musculus syringealis intrinsic, sepasang berorigo pada dinding trchea, dan berinsertio pada syrinx.
2. Musculus sterno trachealis, sepasang berorigo pada sternum dan berisertio pada trachea.
Suara pada aves dihasilkan oleh getaran dari membrana seminularis. Getaran ini terjadi karena hasil kerja otot-otot di atas.
Rongga hidung dilengkapi dengan silia (bulu getar) yang berperan menyaring partikel-partikel yang tercampur udara yang dihirup ayam, seperti debu maupun bibit penyakit (virus maupun bakteri). Sedangkan pada bagian trakea, bronkus dan bronkeolus dilengkapi dengan sel-sel epitel yang juga mempunyai bulu getar dan sel tak bersilia yang akan menghasilkan lendir yang mengandung enzim proteolitik dan surfaktan. Adanya enzim dan surfaktan (penurun tegangan permukaan) tersebut mampu menghancurkan beberapa mikroorganisme patogen.
Silia hidung hanya mampu menahan partikel berukuran 3,7-7,0 mikron, sedangkan partikel yang lebih kecil lagi akan lolos dan bertahan di saluran pernapasan ayam. Perlu diketahui juga ukuran partikel yang berada di udara kebanyakan memiliki diameter 1-5 mikron, sedangkan ukuran virus atau bakteri lebih kecil lagi contohnya bakteri Mycoplasmaberukuran 0,25-0,5 mikron atau virus AI hanya berdiameter 0,08-0,12 mikron. Bisa dibayangkan jika silia mengalami kerusakan (misalnya oleh kadar amonia yang tinggi), maka bibit penyakit akan dengan mudah masuk ke saluran pernapasan dan pada akhirnya ayam akan mengalami gangguan pernapasan yang berujung pada terjadinya kasus penyakit.
2.1.2 Skema Respirasi Pada Ayam
Dalam sistem respirasi burung tidak memiliki diafragma, melainkan, udara berpindah dan keluar dari sistem pernapasan melalui perubahan tekanan pada kantung udara. Otot yang berada di dada menyebabkan sternum yang akan mendorong ke luar. Hal ini mengakibatkan tekanan negatif di udara kantung, sehingga udara memasuki sistem pernapasan.
2.1.3 Siklus Respirasi Pada Ayam
Siklus respirasi pada ayam berbeda dengan sistem respirasi pada ternak ruminansia. Karena ruminansia termasuk ternak mamalia, namun secara garis besar siklus respirasi pada ayam sama dengan siklus respirasi pada aves. Berikut adalah siklus-siklus respirasdi yang terdapat pada ayam:
a. Selama inspirasi pertama, perjalanan udara melalui lubang hidung, ( juga disebut nares yang terletak di sambungan antara bagian atas paruh atas dan kepala). Seperti dalam mamalia, udara bergerak melalui lubang hidung ke rongga hidung. Dari rongga hidung udara melalui larink dan ke trakhea. Udara bergerak melalui trakhea ke syrink, yang terletak di titik sebelum trakhea membagi dua. Yang kemudian mengalir melalui syrink. Udara tidak pergi langsung ke paru-paru, tetapi perjalanan ke posterior (kantung udara ekor). Sejumlah kecil udara akan melewati melalui kantung udara ekor untuk paru-paru.
b. Selama expirasi pertama, udara dipindahkan dari posterior menuju ke kantung udara melalui ventrobronchi dan dorsobronchi ke paru-paru. Bronkus akan membelah udara ke saluran kapiler dengan diameter yang lebih kecil. Darah kapiler mengalir melalui kapiler udara dan ini adalah tempat oksigen dan karbondioksida dipertukarkan.
c. Ketika burung mengulangi inspirasi kedua kalinya, udara bergerak ke kantung-kantung udara tengkorak.
d. Ekpirasi kedua udara bergerak keluar dari udara tengkorak kantung, melalui syrink ke trakhea, melalui laring, dan akhirnya melalui rongga hidung dan keluar dari lubang hidung (Foster dan Smith, 2007)
2.1.4 Macam-Macam Sistem Mekanisme Respirasi Pada Ayam
Sistem mekanisme pernafasan pada ayam menjadi dua macam, yaitu:
1. Pernafasan pada waktu istirahat
Pernapasan pada burung di saat hinggap adalah sebagai berikut. Burung mengisap udara lalu udara mengalir lewat bronkus ke pundi-pundi hawa bagian belakang bersamaan dengan itu udara yang sudah ada di paru-paru mengalir ke pundi – pundi hawa, udara di pundi-pundi belakang mengalir ke paru-paru lalu udara menuju pundi – pundi hawa depan. Kecepatan respirasi pada berbagai hewan berbeda bergantung dari berbagai hal, antara lain, aktifitas, kesehatan, dan bobot tubuh.
Pernafasan ini dilakukan ketika aves dalam kondisi istirahat. Pars ternalis costae dan pars vertibralis costae, keduanya dihubungkan oleh suatu persendiaan, sehingga dapat digerakkan. Adapun fase-fase yang terjadi ketika pernafasan istirahat, yaitu:
a. Fase inspiratio, pada fase ini costae bergerak ke arah cranioventral, sehingga cavum thornealis membesar, pulmo mengembang sehingga udara masuk ke dalam pulmo.
b. Fase expiratio, pada fase ini costae kembali ke kedudukan semula, cavum thornealis mengecil. Polmu mengempis, udara keluar dari pulmo.
2. Pernafasan pada waktu terbang
Saat terbang pergerakan aktif dari rongga dada tidak dapat dilakukan karena tulang dada dan tulang rusuk merupakan pangkal perlekatan otot yang berfungsi untuk terbang. Pada saat terbang, kantung udara berperan sangat penting. Inspirasi dan ekspirasi dilakukan bergantian oleh kantung udara di antara tulang coracoid (interclavicular sac) dan kantung udara di bawah tulang ketiak (subsapular sac). Saat mengepakan sayap (sayap diangkat ke atas), kantong udara di antara tulang coracoid terjepit sehingga udara kaya oksigen pada bagian itu masuk ke paru-paru (inspirasi). Saat sayap terkepak turun, kantung udara di bawah ketiak terjepit sementara kantung udara di antara tulang coracoid mengembang, sehingga udara masuk ke kantung udara di antara coracoid (ekspirasi). Semakin tinggi burung terbang, maka semakin cepat kepakan sayapnya, karena kadar oksigen pada udara di lapisan atas semakin kecil atau menipis (Campbell,1999).
Atau lebih mudahnya adalah sebagai berikut, pada waktu terbang saccus yamng berfungsi adalah saccus intercravicularis dan saccus axillaris. Apabila sayap diturunkan saccus axillaris akan terjepit, sehingga saccus intercravicularis longgar dan sebaliknya apabila sayap diangkat maka saccus axillaris akan membesar sedangkan saccus intercravicularismengecil, sehingga dapat terjadi pergantian udara dari luar ke dalam paru-paru.
2.1.5 Perbedaan Sistem Respirasi pada Unggas (Ayam) dengan Mamalia
Paru-paru pada mamalia pertukaran oksigen denagn karbondioksida terjadi di kantung mikroskopis yang terdapat di paru-paru yang kemudian disebut dengan alveoli. Sedangkan pada paru-paru ayam, pertukaran gas terjadi di dinding mikroskopis tubulus, yang biasa disebut dengan kapiler udara.
Sistem pernapasan ayam lebih efisien dibandingkan pada mamalia. mentransfer oksigen lebih dengan masing-masing pernafasan. Ini juga berarti bahwa racun dalam udara juga ditransfer lebih efisien. Ini adalah salah satu alasan mengapa asap dari teflon beracun untuk aves, tetapi tidak untuk mamalia pada konsentrasi yang sama. Ketika membandingkan ayam dan mamalia dengan berat yang sama, ayam memiliki tingkat pernafasan yang lebih lambat. Respirasi pada ayam memerlukan dua siklus pernafasan untuk memindahkan udara melalui sistem pernapasan keseluruhan. Dalam mamalia, hanya satu siklus pernapasan diperlukan.

pengertian Pernafasan pada mamalia
 Pernafasan mempunyai 2 arti yang sangat berbeda :
1). pernafasan oksigen (O2 ) dalam matabolisme karbohidrat dan berbagai molekul organik lainnya,
2). suatu proses yang melibatkan pertukaran O2 dan CO2 di antara berbagai sel suatu organisme dan lingkungan luar.
Sebagian besar sel tubuh memperoleh energi dari reaksi kimia yang melibatkan O2. Sel itu harus mampu melenyapkan CO2 yang merupakan hasil akhir utama dari metabolisme oksidasi. Organisme bersel satu pertukaran O2 dan CO2 terjadi secara langsung dengan lingkungan luar, tetapi hal itu sama sekali tidak mungkin untuk sebagian besar sel organisme yang kompleks seperti manusia maupun hewan/ternak. Oleh karena itu, evaluasi hewan besar memerlukan perkembangan suatu sistem khusus yaitu sistem respirasi (pernafasan) untuk pertukaran O2 dan CO2 bagi hewan tersebut dengan lingkungan sekitarnya meliputi : paru-paru, jalan udara ke paru-paru, dan struktur dada yang bertanggung jawab terhadap gerakan udara keluar dan masuk ke paru-paru.

Mekanisme Ventilasi (Pertukaran Udara) Pulmonalis
Paru-paru dapat membesar dan berkontraksi dengan 2 jalan : 1). dengan gerakan turun naik diafragma akan memanjang dan memperpendek rongga dada, dan 2). dengan pengangkatan dan penekanan tulang rusuk akan mengangkat/memperbesar dan menurunkan/memperkecil diameter anteroposterior rongga dada.
Pernafasan normal dilakukan hampir sempurna oleh gerakan inspirasi (menghirup) diafragma. Selama inspirasi diafragma menarik ke bawah permukaan bagian bawah paru-paru. Selama ekspirasi (menghembus) diafragma berelaksasi dan mendorong paru-paru ke belakang, dinding dada dan struktur perut mendorong paru-paru. Selama bernafas berat, dorongan ke belakang tidak cukup kuat untuk menyebabkan respirasi cepat, hal itu dapat dicapai dengan kontraksi urat perut yang mendorong isi perut ke atas melawan diafragma bagian bawah. Cara kedua untuk memperbesar paru-paru adalah dengan meningkatkan/memperbesar ruangan dada melalui rib cage. Hal itu akan memperbesar paru-paru karena dalam posisi istirahat secara alamiah, tulang rusuk miring ke bawah, sehingga memungkinkan tulang dada bergerak ke belakang di depan kolumnis spinalis. Namun, bila rib cage terangkat, tulang rusuk langsung mengarah ke belakang. Dengan demikian, tulang dada pada waktu itu bergerak ke belakang menjauhi spinosus yang menyebabkan anteroposterior dada menjadi lebih besar kira-kira 20% selama respirasi maksimum dibandingkan selama ekspirasi. Oleh karena itu, berbagai otot tersebut yang mengangkat rongga dada dapat diklasifikasikan sebagai urat daging inspirasi, dan urat daging yang menekan rongga dada adalah urat daging ekspirasi.

Kapasitas dan Volume Paru-paru
Suatu metode sederhana untuk mempelajari pertukaran udara paru-paru adalah mancatat volume udara yang bergerak ke dalam dan ke luar paru-paru disebut spirometer. Sebuah alat spirometer terdiri dari sebuah silinder yang berada dalam sebuah ruangan berisi air yang keseimbangannya dapat diatur melalui suatu pemberat. Dalam selinder terdapat campuran udara pernafasan biasanya udara atau O2 ; suatu tabung yang menghubungkan mulut dengan ruang udara. Karena nafas masuk dan ke luar ruang udara maka silinder terangkat/naik dan turun, dan suatu grafik akan terlihat pada kertas yang terdapat pada silinder yang berputar. Untuk memudahkan menjelaskan berbagai kejadian pertukaran udara paru-paru maka udara dalam paru-paru telah dibagi menjadi 4 volume dan 4 kapasitas.
Volume paru-paru bagian kiri terdiri atas 4 volume yang berbeda dan bila dijumlahkan semuanya sama dengan volume maksimum paru-paru yang masih dapat diharapkan. Arti penting dari masing-masing volume tersebut adalah sebagai berikut.
1.      Volume tidal (tidal volume = TV) adalah volume udara pada waktu inspirasi atau ekspirasi normal, dan volumenya kira-kira 500 ml.
2.      Volume cadangan inspirasi (inspiratory reserve volume = IRV) adalah volume ekstra udara yang masih dapat dihirup setelah inspirasi normal sebagai volume udara tambahan terhadap volume volume tidal, dan biasanya volume udara itu kira-kira 3000 ml.
3.      Volume cadangan ekspirasi (expiratory reseve volume = ERV) adalah jumlah udara yang masih dapat dikeluarkan dengan berekspirasi sekuat-kuatnya (maksimum) pada saat akhir ekspirasi normal, biasanya volume ini kira-kira 1100 ml.
4.      Volume residu (residual volume = RV) adalah volume udara yang masih tinggal di dalam paru-paru setelah melakukan respirasi maksimum. Volume residu ini rata-rata 1200 ml.
Kapasitas paru-paru dalam siklus paru-paru kadang-kadang perlu mempertimbangkan 2 atau lebih volume udara tersebut di atas secara bersama-sama. Penggabungan ini disebut kapasitas paru-paru. Kapasitas paru-paru berbeda-beda dapat dijelaskan sebagai berikut ini.
1.      Kapasitas inspirasi (inspiratory capacity/IC) = volume tidal (TV) + volume cadangan inspirasi (IRV). Ini adalah sejumlah udara (kira-kira 3500 ml) yang berarti seseorang bernafas mulai dengan tingkat ekspirasi normal dan memperbesar paru-parunya hingga maksimum.
2.      Kapasitas residu fungsional (functional residual capacity/FRC) = volume cadangan ekspirasi (ERV) + volume residu (RV). Ini adalah sejumlah udara yang tinggal dalam paru-paru pada akhir ekspirasi normal (kira-kira 2300 ml).
3.      Kapasitas vital (vital capacity/VC) = volume cadangan inspirasi (IRV) + volume tidal (TV) + volume cadangan ekspirasi (ERV). Ini adalah jumlah udara maksimum yang dapat dikeluarkan dari paru-paru setelah ekspirasi dan dilanjutkan dengan ekspirasi maksimum.
4.      Kapasita total paru-paru (total lung capacity/TLC) adalah volume maksimum paru-paru yang masih dapat diperbesar dengan inspirasi sekuat mungkin (kira-kira 5800 ml). TLC = IRV + TV + ERV + RV.
Sebagai contoh dapat dikemukakan di sini bahwa laki-laki mempunyai VT = 400 ml, VC = 4800 ml, IRV = 3100 ml, IC = 3600 ml, ERV = 1200 ml, RV = 1200 ml, FRC = 2000 ml, TLC = 6000 ml. Sapi betina (dalam keadaan tidur) mempunyai TV = 3100 ml; sedangkan dalam posisi berdiri adalah 3800 ml.
Semua volume dan kapasitas paru-paru wanita 20 – 25% lebih rendah dibandingkan laki-laki, dan volume serta kapasitasnya lebih besar pada orang yang bertubuh besar dan olahragawan dibandingkan dengan orang yang bertubuh kecil dan menderita asma.

Pertanyaan : Bila masing-masing nilai dari IRV, TV, ERV diketahui dapatkah Anda menghitung kapasitas vital (VC) paru-paru? Coba jelaskan cara membuat formulanya!

Difusi Gas Melalui Membrana Respirasi
Unit alat pernafasan terdiri dari bronkhiolus, berbagai saluran alveoli, atrium dan alveoli (kira-kira 300 juta pada kedua paru-paru, masing-masing alveolus mempunyai diameter kira-kira 0,25 mm). Dinding alveoli sangat tipis, dan di antara banyak dinding itu terdapat berbagai kapiler yang cukup kuat. Aliran darah pada dinding kapiler merupakan suatu sheet dari peredaran darah. Jadi jelaslah bahwa gas alveoli hampir sama dengan gas darah kapiler. Konsekwensinya pertukaran gas antara udara alveoli dan darah volmonaris terjadi di seluruh membrana terminal paru-paru. Membrana ini disebut membrana respirasi atau membrana vulmonaris.

Transportasi O2 dan CO2
Gas dapat mengaliri suatu tempat ke tempat lain dengan jalan difusi dan hal ini selalu disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan dari satu tempat terhadap tempat lainnya. Jadi, O2 berdifusi dari alveoli ke dalam pembuluh darah kapiler pulmonaris karena perbedaan tekanan yang dalam hal ini tekanan O2 (PO2) di dalam alveoli lebih besar dibandingkan dengan PO2 di dalam darah pulmonaris. Darah pulmonaris diangkut melalui sirkulasi darah menuju berbagai jaringan perifir. Di sana PO2 lebih rendah dalam sel dibandingkan dengan yang di dalam darah arteri yang masuk ke dalam berbagai pembuluh darah kapiler. Di situ lagi PO2 jauh lebih tinggi dalam darah kapiler menyebabkan O2 berdifusi ke luar dari pembuluh kapiler dan seluruh cairan interstisial menuju sel.
Karena O2 dimetabolisasikan dengan makanan dalam sel untuk membentuk CO2 maka tekanan CO2 (PCO2) meningkat mencapai nilai tinggi dalam sel yang menyebabkan CO2 berdifusi dari sel ke dalam jaringan kapiler. CO2 dalam darah diangkut ke kapiler pulmonaris. CO2 itu berdifusi ke luar dari darah dan menuju ke dalam alveoli karena PCO2 di dalam alveoli lebih rendah dibandingkan dengan yang di dalam darah. Hal yang mendasar di sini adalah bahwa angkutan O2 dan CO2 ke dan dari berbagai jaringan tergantung dari difusi dan aliran darah secara berturut-turut.

Faktor yang Mempengaruhi Difusi Gas
Prinsip dan formula terjadinya difusi gas melalui membrana respirasi sama dengan difusi gas melalui air dan berbagai jaringan. Jadi, faktor yang menentukan betapa cepat suatu gas melalui membrana tersebut adalah : 1). ketebalan membrana, 2).luas permukaan membrana, 3).koefisien difusi gas dalam substansi membrana, dan 4). perbedaan tekanan antara kedua sisi membrana.
Sering terjadi kecepatan difusi melalui membrana tidak proporsional terhadap ketebalan membrana sehingga setiap faktor yang meningkatkan ketebalan melebihi 2 – 3 kali dibandingkan dengan yang normal dapat mempengaruhi secara sangat nyata pertukaran gas pernafasan normal. Khusus pada olahragawan, luas permukaan membrana respirasi sangat mempengaruhi prestasi dalam pertandingan maupun latihan. Luas permukaan paru-paru yang berkurang dapat berpengaruh serius terhadap pertukaran gas pernafasan. Dalam hal koefisien difusi masing-masing gas kaitannya dengan perbedaan tekanan ternyata CO2 berdifusi melalui membrana kira-kira 20 kali lebih cepat dari O2, dan O2 dua kali lebih cepat dari N2. Dalam hal perbedaan tekanan gas, tekanan gas parsial menyebabkan gas mengalir melalui membrana respirasi. Dengan demikian, bila tekanan parsial suatu gas dalam alveoli lebih besar dibandingkan dengan tekanan gas dalam darah seperti halnya O2 , difusi terjadi dari alveoli ke arah dalam, tetapi bila tekanan gas dalam darah lebih besar dibandingkan dengan dalam alveoli seperti halnya CO2 maka difusi terjadi dari darah ke dalam alveoli.

Kapasitas Difusi Membrana Respirasi
Kemampuan seluruh membrana respirasi untuk terjadinya pertukaran gas antara alveoli dan darah pulmonaris dapat diekspresikan dengan istilah kapasitas difusinya, yang dapat didefinisikan sebagai volume gas yang berdifusi melalui membrana tadi setiap menit untuk setiap perbedaan tekanan 1 mm Hg. Kapasitas difusi O2 laki-laki muda dewasa pada waktu istirahat rata-rata 21 ml per menit per mm Hg. Rata-rata perbedaan tekanan O2 menembus membrana respirasi selama dalam keadaan normal yaitu dalam keadaan bernafas tenang kira-kira 11 mm Hg. Peningkatan tekanan itu menghasilkan kira-kira 230 ml O2 berdifusi normal melalui membrana respirasi setiap menit; dan itu sama dengan kecepatan tubuh menggunakan O2. Di lain pihak, kapasitas difusi CO2 belum pernah dihitung karena kesukaran teknis. Sebenarnya sangat penting diketahui kapasitas difusi yang tinggi dari CO2 itu. Bila tidak demikian maka membrana respirasi banyak mengalami kerusakan. Akibatnya, kapasitasnya membawa O2 ke dalam darah sering tidak cukup sehingga menyebabkan kematian seseorang jauh lebih cepat daripada ketidakseimbangan yang serius dari difusi CO2.

Mekanisme Respirasi
Selama respirasi, terjadi gerakan dada (thorax) dan perut. Pada inspirasi sternum coracoid , furcula, dan rusuk bergerak ke depan dan ke bawah. Rusuk vertebral ditarik ke depan dan ke dalam. Jadi, pada inspirasi diameter vertikal dada bertambah besar dan diameter melintangnya bertambah kecil. Paru-paru membesar pada saat inspirasi, dan tulang rusuk serta dada tertarik ke arah dalam.

Bahan diskusi : Coba kaitkan hubungan antara volume paru-paru dan aktivitas kerja fisik dan non fisik yang dilakukan. Jelaskan komentar Anda.

PERNAFASAN UNGGAS

Organ Pernafasan dan Fungsinya
Alat pernafasan pada burung (unggas) terbagi atas paru-paru mempunyai bronkhus tertier yang lebih banyak jumlahnya dibandingkan dengan paru-paru ayam. Ayam mempunyai 7 kantong hawa, yaitu sepasang kantong hawa servikalis, sepasang abdominalis, sepasang torakalis, dan sebuah kantong hawa klavikularis. Kalkun mempunyai 8 kantong hawa dan sebuah kantong hawa servikalis (sama dengan klavikularis), 2 pasang kantong torakalis, 2 pasang kantong abdominalis.
Pada umumnya kebanyakan jenis burung kecil hanya sedikit atau tidak memiliki pneumatic bones, sedangkan jenis burung yang besar mempunyai banyak pneumatic bones. Jadi, ternyata bahwa ada tidaknya pneumatic bones hanya berperan kecil dalam kemampuan terbang. Ada pendapat yang menyangkal bahwa humerus pada ayam itu merupakan pneumatic bones, tetapi ada pendapat lain yang menyatakan bahwa pneumatic bones pada ayam meliputi hampir semua vertebre servikalis, 2 tulang rusuk yang pertama, tulang dada, humerus, dan bagian setengah bawah korakoid. Semua pneumatic bones tidak berhubungan dengan kantong hawa, tetapi humerus berhubungan dan beberapa jenis burung dapat bernafas melalui humerus pada kondisi tertentu.

Mekanisme Pernafasan

Selama pernafasan (respirasi), terjadi gerakan dada (thorax = thorak) dan perut. Pada inspirasi, sternum korakoid, furkula, dan rusuk bergerak ke depan dan ke bawah. Rusuk vertebral ditarik ke depan dan ke dalam. Jadi, pada inspirasi diameter vertical thorak bertambah besar dan diameter melintangnya bertambah kecil. Paru-paru membesar pada saat inspirasi, dan tulang rusuk serta dada tertarik ke arah dalam.

Kecepatan Bernafas
Kecepatan bernafas pada bangsa burung tergantung pada ukuran badan, seks, rangsangan, dan berbgai faktor lain. Pada umumnya bangsa burung yang lebih kecil mempunyai kecepatan (frekuensi) pernafasan yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang lebih besar, misalnya pada bangsa unggas jantan seperti merpati, itik, angsa, kalkun, dan anak ayam adalah 28, 42, 20, 28, dan 16 kali/menit secara berturut-turut; sedangkan yang betina 16, 110, 40, 49, dan 28 secara berturut-turut. Kecepatan bernafas bertambah bila suhu badan meningkat. Pada anak ayam yang suhu badannya 43,5oC – 44,5oC , kecepatannya bisa mencapai 140 – 170 kali/menit.

Pernafasan Selama Terbang
Persediaan dan kecepatan oksigen (O2) berdifusi dalam paru-paru sangat penting artinya bagi bangsa burung pada waktu terbang. Pada waktu terbang konsumsi oksigen bisa 10 – 15 kali lebih banyak dibandingkan dengan pada keadaan istirahat. Konsumsi itu juga tergantung pada kecepatan terbang. Pada kecepatan terbang 35 km/jam, oksigen yang diperlukan rata-rata 21,9 ml/g/jam atau 12,8 kali lebih banyak dibandingkan dengan keadaan tidak terbang, dan pada kecepatan terbang 40 km/jam konsumsi oksigen 23ml/g/jam.
Konsumsi oksigen paling tinggi pada waktu terbang menaik dan paling rendah pada waktu terbang menurun. Beberapa peneliti mengasumsikan bahwa pernafasan (aliran udara paru-paru) ada hubungan (sinkronisasi) dengan berbagai gerakan sayap pada waktu terbang. Pada waktu sayap bergerak ke bawah, terjadi ekspirasi.

Difusi O2 dari Kapiler ke Cairan Interstisial
Pada kapiler jaringan, O2 berdifusi ke dalam jaringan oleh suatu proses penting yang sama dengan yang terjadi dalam paru-paru. Dengan demikian tekanan O2 (PO2) dalam cairan interstisial di luar kapiler rendah dan diperkirakan sangat bervariasi, rata-rata sekitar 40 mm Hg, sedangkan di dalam darah arteri tinggi sekitar 95 mm Hg. Oleh karena itu, pada kapiler tekanannya berbeda sampai 55 mm Hg yang menyebabkan difusi O2. Pada waktu itu, darah yang mengalir melalui kapiler banyak O2 berdifusi ke dalam jaringan dan PO2 kapiler mendekati 40 mm Hg dalam cairan jaringan. Konsekwensinya, darah venous yang meninggalkan jaringan mengandung O2 yang sangat penting untuk berbagai aktivitas.
Pertanyaan : Mengapa kontribusi O2 meningkat bila aktivitas tubuh unggas meningkat?
Difusi O2 dari Cairan Interstisial ke Dalam Sel
Selama O2 masih digunakan oleh sel, tekanan O2 intraseluler tetap lebih rendah dibandingkan dengan tekanan O2 cairan interstisial. O2 berdifusi melalui membrana sel dengan sangat cepat. Oleh karena itu, PO2 intraseluler hampir sama dengan PO2 di dalam cairan interstisial. Namun, dalam banyak hal ada yang perlu dipertimbangkan misalnya jarak antara kapiler dan sel. Dengan demikian, PO2 intraseluler normal berkisar dari yang terendah 5 mm Hg sampai yang tertinggi 60 mm Hg dengan rata-ratanya 23 mm Hg yang merupakan nilai yang diberikan pada sel tersebut. Kira-kira hanya 1 – 3 mm Hg PO2 yang diperlukan untuk mendukung sepenuhnya proses metabolisme sel. Jadi dapat dilihat bahwa walau PO2 rendah namun cukup aktual dan aman untuk metabolisme sel.
Transportasi CO2 ke Paru-paru
Karena pembentukan CO2 dalam sel sangat banyak dan terus-menerus maka PO2 intraseluler berdifusi kira-kira 20 kali lebih mudah dibandingkan O2 yang berdifusi dari sel dengan sangat cepat ke dalam darah kepiler. Darah arteri masuk kapiler jaringan mengandung CO2 pada tekanan kira-kira 40 mm Hg. Mengalirnya darah melalui kapiler, PCO2 meningkat sampai 45 mm Hg.
Untuk mengeluarkan CO2 dari darah pulmonaris, PCO2 vena kira-kira 45 mm Hg. Sedangkan dalam alveoli sekitar 40 mm Hg. Perbedaan tekanan awal untuk difusi hanya 5 mm Hg jauh lebih rendah dari difusi O2 menembus membrana. Walau demikian, karena koefisien difusi 20 kali lebih besar dari koefisien difusi O2 maka kelebihan CO2 dalam darah dengan cepat dikirim ke dalam alveoli.

v

Tidak ada komentar:

Posting Komentar