FISIOLOGI PERTUKARAN GAS

PendahuluanParu merupakan organ yang paling penting dalam sistem respirasi. FUngsi utama paru

adalah membuang CO2 yang terkandung dalam darah dan menyerap sejumlah O2 kedalamnya. Proses ini dikenal sebagai perukaran gas paru, meliputi beberapa tahap, antara lain dengan ventilasi udara dihirup melalui saluran nafas dan didistribusi ke dalam berjuta-juta alveolus, diikuti oleh proses difusi dari O2-CO2 melalui membran kapiler alveolus, kemudian oleh pembuluh darah paru, darah yang sudah kaya akan zat asam tersebut melalui jantung disalurkan ke seluruh tubuh.

Ventilasi Paru1. Saluran nafas

Melalui hidung, udara inspirasi dihangatkan dan dilembabkan, kemudian masuk ke dalam faring, trakea, bronkiolus, bronki respiratorius dan duktus alveolaris ke alveolus.Antara trakea dan alveolus jalan nafas bercabang 23 kali, 16 cabang pertama merupakan zona konduksi membentuk bronki, bronkiolus, dan bronkiolus terminalis, sedangkan 7 cabang sisanya merupakan zona peralihan dan zona pernafasan membentuk bronkiolus respiratorius, duktus alveolaris, dan sakus alveolaris, pada zona-zona inilah pertukaran gas terjadi.Percabangan yang dikotom ini sangat menambah luas penampang melintang jalan nafas, sehingga kecepatan aliran udara dalam saluran nafas yang sempit diperlambat. Jumlah alveolus pada manusia kira-kira 300 juta buah. Dinding alveolus merupakan membran yang sangat tipis, kurang dari 0,5 mikron. Luas total dinding alveolus ± 85 m2

Alveolus dibatasi oleh 2 jenis sel epitel. Sel tipe 1 adalah sel gepeng, merupakan sel utama pada alveolus. Sel tipe II atau pneumosit granuler, meproduksi surfaktan. Surfaktan ini meliputi permukaan alveolus dan mempertahankan tegangan permukaannya, agar tidak menjadi kolaps, juga berfungsi untuk mencegah terjadinya edema paru, bila tidak ada surfaktan, mudah terjadi transudasi cairan dari darah ke dalam alveolus.

2. Udara paruPada keadaan biasa, udara yang dihirup atau dikeluarkan (volume tidal) ± 500ml/kali, sedangkan frekuensi pernafasan ± 15 kali/menit, sehingga jumlah udara yang dihirup dalam 1 menit adalah 7500ml/menit (volume semenit). Jumlah udara yang dihirup ini tidak semuanya ikut dalam pertukaran gas paru, karena pada sistem jalan nafas yang tidak ikut serta dalam pertukaran gas ±150ml (ruang rugi anatomis), sehingga hanya 350ml yang menjadi volume alveolus jadi jumlah gas yang ikut dalam pertukaran gas adalah 350 x 150 = 5250 ml/menit (ventilasi alveolar).Konsentrasi oksigen dalam udara 20,93%, sedangkan tekanan udara 760 mmHg. Tetapi ketika udara dilembabkan di paru tekanan parsial uap air adalah 47 mmHg maka tekanan parsial O2 dalam paru adalah (760-47) x 20,93% = 149 mmHg. Tekanan O2 dalam alveolus jauh lebih rendah dari udara inspirasi, karena dalam perjalanan udara inspirasi ke alveolus, sebagian O2 diserap dan diganti oleh CO2, sehingga ketika mencapai alveolus, tekanan parsial O2 hilang sepertiganya, PO2 alveolus ± 100 mmHg.

3. Distribusi ventilasi paru

Ventilasi diberbagai bagaian paru berlainan, pada posisi berdiri, ventilasi paling banyak dibagian basal paru dan makin ke apeks makin kurang. Dengan perubahan posisi, distribusi ventilasipun berubah. Pada posisi telentang perbedaan ventilasi di bagian atas dan bawah dapat diabaikan, akan tetapi pada posisi kepala dibawah maka ventilasi di apeks akan lebih baik dari basal. Hal ini disebabkan oleh gravitasi, karena berat paru disangga oleh dinding dada dan diafragma, tekanan intra pleura kurang negative dibasal daripada di apeks.

4. Compliance (daya regang)Suatu benda yang mempunyai daya elastisitas akan kembali ke asalnya bila diregangkan. Hal ini mengikuti hukum “Hooke”, yaitu apabila kita memberikan daya regang satu satuan pada benda elastis, benda tersebut akan meregang satu satuan pula, sampai mencapai daya regang maksimalnya.Jaringan paru dan dinding torakspun mempunyai daya elastisitas tersebut. Ketika inspirasi jaringan diregangkan oleh otot-otot, dan setelah daya regang otot tersebut hilang, maka jaringan akan kembali ke posisi awal.Jadi compliance adalah kemampuan kembali ke asal, yaitu perubahan volume paru per unit perubahan tekanan. ^v/^p dengan satuan L/cm H2O. Kita kenal compliance paru dan rongga toraks. Nilai normal untuk keduanya adalah sama yaitu 0,2 L/cm H2O.Compliance total dapat dihitung dengan rumus :

1Compliancetotal

= 1

compliance paru +

1compliance ronggatoraks

Yaitu sama dengan 0,1 L/cm H2O.

DifusiProses difusi di paru adalah proses yang pasif sehingga tidak menghabiskan energi

maupun oksigen.Proses ini mengikuti hukum FICK, yaitu kecepatan difusi gas melalui membran

berbanding lurus dengan selisih tekanan luasnya permukaan membran berbanding terbalik tebalnya membran. Sebagaimana diketahui luas total membrane alveolus hampir 100 m2, dengan tebal yang kurang dari 0,5 mikron, menyebabkan gas mudah berdifusi.

Kecepatan difusipun berbanding lurus pula dengan daya larut gas dan berbanding terbalik dari akar berat molekul gas.

Jadi kecepatan difusi CO2 20x lebih cepat dari O2, karena daya larut CO2 yang tinggi.

Kapasitas DifusiPO2 alveolus adalah 100 mmHg, sedangkan PO2 darah dalam pembuluh darah kapiler

paru 40 mmHg. Perbedaan tekanan sebanyak 60 mmHg menyebabkan kecepatan difusi cukup tinggi dan mendifusikan O2 melalui membran ke dalam darah yang mengalir cukup cepat pula, menaikkan PO2 sampai 97 mmHg. Kapasitas difusi paru untuk O2 adalah jumlah O2 yang menembus membrane alveolus per menit per mmHg selisih PO2 antara gas alveolus dan darah kapiler paru. Waktu istirahat kapasitas difusi normal kira-kira 20 ml/menit/mmHg.

Selama kerja akibat dilatasi kapilaer dan kenaikan aliran darah kapiler nilai tersebut dapat mencapai 65 ml atau lebih.

PCO2 darah vena 46 mmHg, sedangkan PCO2 udara alveolus 40 mmHg. Jadi perbedaan tekanannya hanya 6 mmHg saja, namun demikian CO2 dapat berdifusi dengan mudah karena kapasitas difusi CO2 jauh lebih besar daripada O2. Ini merupakan sebab retensi CO2 jarang merupakan masalah pada penderita dengan blok (hambatan) kapiler alveolus, meskipun pengurangan kapasitas difusi untuk O2 berat.

Aliran Darah ParuSirkulasi paru dimulai dari pembuluh nadi pulmonalis yang menerima darah vena dari

serambi jantung kanan, pembuluh nadi tersebut kemudian bercabang-cabang secara dikotom sesuai dengan cabang-cabang saluran nafas sampai bronkiolus terminalis dan mulai bercabang banyak seperti jaring meliputi dinding-dinding alveolus dengan susunan yang sangat tepat guna untuk pertukaran gas.

Darah yang sudah teroksigenasi kemudian disalurkan oleh vena pulmonalis, berjalan diantara lobulus-lobulus dan bergabung menjadi empat buah vena utama pulmonalis ke bilik kiri jantung, sirkulasi ini yang sering disebut sirkulasi kecil.

1. Tekanan pembuluh darah paruTekanan didalam pembuluh darah paru rendah sekali. Tekanan pada pembuluh nadi paru rata-rata 15 mmHg, tekanan sistolik 25 mmHg dan diastolik 8 mmHg, ini sangat kontras sekali dengan tekanan aorta yaitu 120/80 mmg (tekanan rata-rata adalah 100 mmHg).Tekanan dalam bilik kanan dan kiri masing-masing 2 dan 5 mmHg. Dengan tekanan yang begitu rendah maka dinding pembuluh nadi paru sangat tipis, mengandung otot polos yang sedikit pula, sehingga agak sulit dibedakan dengan pembuluk balik. Susunan ini sangat berbeda dengan pembuluh sistemik yang mempunyai dinding tebal serta kaya akan otot-otot polos. Perbedaan ini dapat dipahami apabila kita tinjau dari perbedaan faktor kedua macam sirkulasi ini.Sirkulasi sistemik menyalurkan darah ke dalam berbagai organ, termasuk organ yang lebih tinggi dari jantung.Sebaliknya paru justru menerima seluruh curah jantung tanpa harus meneruskan ke organ-organ lainnya, dengan tekanan seminimal mungkin, asal cukup untuk meneruskan darah ke puncak paru. Oleh karena itu pula dalam menjalankan fungsinya paru hanya membutuhkan sedikit energi.

2. Shunt (pintas) fisiologik)Seharusnya PO2 arteri sama dengan PO2 alveolus, akan tetapi kenyataannya lebih rendah. Sebab pertama ialah proses difusi yang tidak mungkin 100% sempurna. Kedua adanya shunt, merupakan masuknya darah ke sistem arterial tanpa melalui proses ventilasi di paru.Pengertian shunt fisiologik masih simpang siur, berhubung pembagian dari macam-macam shunt pun belum ada kesepakatan. Beberapa penulis memberikan dua pengertian shunt fisiologik ini. Pertama ialah pencampuran antara vena “vena admixture” yang terdapat pada orang normal, kedua ialah jumlah total dari campuran-campuran darah vena termasuk dalam keadaan patologik.Shunt fisiologik = shunt anatomic + shunt kapiler.Kira-kira 2% darah dalam pembuluh nadi sistemik merupakan darah yang tidak diventilasi oleh paru.

Arteri bronkialis cabang dari aorta torakalis menyediakan darah yang member makan pada bagian parenkim paru. Sebagian darah ini kembali ke jantung melalui vena pulmonalis. Tambahan lainnya ialah darah vena dari pembuluh koroner yang langsung masuk ke serambi kiri melalui vena tebesian.

3. Fungsi sirkulasi paruFungsi utama sirkulasi paru ialah menyalurkan darah dan mengangkut kembali dari proses pertukaran gas.Fungsi lain adalah sebagai reservoir darah. Paru mempunyai kemampuan yang besar untuk mengurangi resistensi vaskuler walaupun tekanan vaskuler meningkat, melalui mekanisme “recruitment” membukanya saluran-saluran yang sebelumnya tertutup dan “distension” bertambah besarnya diameter pembuluh.Sebaliknya apabila tekanan vaskuler menurun, paru tetap dapat mempertahankan volume darahnya, misalnya kejadian banyaknya darah yang balik ke paru apabila seseorang yang telah lama berdiri tiba-tiba berbaring.Pada orang normal volume darah dalam paru adalah ± 900 ml.Fungsi lainnya adalah sebagai filter darah untuk menyaring thrombus yang kecil agar tidak mencapai otak atau organ-organ vital lainnya.

4. Distribusi aliran darah paruDistribusi aliran darah paru pada orang normal dengan posisi berdiri, paling banyak dibagian basal paru dan makin ke puncak paru, aliran darah makin berkurang, pada ujung puncak paru aliran darah mendekati nol.Distribusi aliran darah paru dipengaruhi oleh perubahan posisi tubuh dan kerja. Pada posisi telentang aliran darah dibagian puncak paru bertambah, sedangkan aliran darah paru dibagian basal tidak berkurang. Oleh karena itu pada posisi ini distribusi aliran darah paru di puncak dan basal paru kurang lebih sama, sedangkan aliran darah paru di bagian anterior paru kurang dibandingkan dengan bagian posterior. Pada posisi terbalik dengan kepala dibawah, maka aliran darah dibagian puncak paru justru akan lebih besar daripada dibagian basal paru. Pada kerja yang ringan aliran darah paru bertambah baik di puncak maupun di basal. Pertambahan aliran darah di puncak lebih besar daripada di basal, sehingga akhirnya distribusi aliran darah puncak dan basal kurang lebih sama.

Perbandingan ventilasi perfusiPO2 alveolus tergantung pada perbandingan ventilasi dan aliran darah paru atau disebut

perbandingan ventilasi perfusi sama dengan Va/Q, dimana V=Volume gas, a= alveolus, Q= Jumlah aliran darah.

Perbandingan ini merupakan kunci untuk dapat mengerti pertukaran gas, tidak hanya untuk mengetahui PO2 dan N2.

Pada paru normal, ventilasi alveolus ± 5 L/menit dan aliran darah paru sama dengan curah jantung ± 6 L/menit.

Sehingga : Va/Q = 5/6 ± 0,851. Perubahan-perubahan ventilasi perfusi

Pada udara inspirasi PO2 = 150 mmHg dan PCO2 = 0. Darah vena pada paru = 40 mmHg dan PCO2 = 45 mmHg, akan mencapai keseimbangan antara keduanya di alveolus dengan PaO2 = 100 mmHg. PaCO2 = 40 mmHg.

Apabila mengurangi ventilasi atau pefusi secara bertahap, maka Va/Q akan menurun dan PaO2 akan menurun karena ada sedikit penambahan O2 dari luar, PaCO2 akan naik, karena sedikit CO2 yang dibawa ke luar. Apabila sumbatannya total, maka perbandingan ventilasi perfusi dengan nol.Pada keadan ini PaO2 dan PaCO2 akan sama dengan darah vena yaitu masing-masing

40-45 mmHg. Jadi bila suatu saat oleh sebab-sebab tertentu PaO2 naik diatas 40 mmHg, maka O2 akan berdifusi ke dalam darah, sebaliknya bila turun di bawah 40 mmHg, maka O2 dalam darah akan berdifusi ke alveolus. Biasanya unit paru yang tidak terventilasi dalam jangka lama akan kolaps karena tekanan gas total tersebut kurang dari tekanan atmosfir. Dan pada bagian C, perfusi dikurangi dengan menyumbat pembuluh, maka Va/Q naik, dan PaO2 naik sedangkan PaCO2 turun. Apabila perfusi terhenti sama sekali, Va/Q = tak terbatas, maka komposisi gas alveolus akan sama dengan udara inspirasi yaitu PO2 = 150 mmHg dan PCO2 = 0, sehingga PO2 dan PCO2 didalam darahpun mendekati nilai tersebut.

2. Diagram oksigen-karbon dioksidaDengan diagram kita dapat melihat lebih jelas hubungan antara ventilasi dan perfusi.Dalam diagram 1 ini digambarkan tida keadaan yang telah disinggung diatas dan akan didapatkan sebuah garis ventilasi perfusi sehingga dapat diketahui hubungan PO2 dan PCO2 dari berbagai komposisi gas alveolus.

DIAGRAM 1. Oksigen-karbon dioksida

3. Distribusi perbandingan ventilasi perfusiKarena distribusi ventilasi dan aliran darah tidak merata diberbagai bagian paru, maka perbandingan ventilasi perfusipun berlainan pula.

DIAGRAM 2. Disttribusi perbandingan ventilasi perfusi

Distribusi ventilasi, aliran darah dan perbandingan ventilasi perfusi pada paru normal posisi tegak. Karena makin ke puncak paru, aliran darah berkurang lebih nyata dibandingkan ventilasi, sehingga perbandingan ventilasi perfusi bertambah, sebalikya perbandingan tersebut akan menurun.