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.
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.
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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar