2

PENDAHULUAN

Pernapasan (respirasi) adalah peristiwa menghirup udara dari luar yang mengandung

O2 (oksigen) ke dalam tubuh serta menghembuskan udara yang banyak mengandung CO2

(karbondioksida) sebagai sisa dari oksidasi keluar tubuh. Penghisapan ini disebut inspirasi

dan menghembuskan disebut ekspirasi (Syaifuddin, 1996). Udara yang masuk dan keluar dari

dan ke paru-paru akan mengalami hambatan, dikarenakan dalam proses bernafas udara

melewati beberapa organ pernafasan, mulai dari hidung kemudian kerongkongan, trakea,

dan menuju ke paru-paru. Setiap orang tentunya memiliki ciri dan bentuk fisiologis organ

pernafasan yang berbeda-beda. Dalam penelitian ini akan dicari besarnya nilai hambatan

udara selama proses pernafasan dari manusia.

Pernafasan manusia terjadi karena adanya perbedaan tekanan antara udara di luar

tubuh dengan udara di dalam tubuh, pada proses pernafasan besarnya perbedaan tekanan

berpengaruh terhadap volume udara yang digunakan untuk melakukan pernafasan biasa[1].

Aliran udara dalam proses pernafasan (flow rate) sama seperti sebagai arus listrik yang dapat

mengalir karena perbedaan potensial listrik.

Secara fisis besarnya aliran udara (F) pada sistem pernafasan sebanding dengan

perubahan volume tiap waktu (dV/dt) atau dinyatakan sebagai, F =dV/dt . Aliran udara yang

dianalogikan sebagai arus mengalir dianggap aliran udara yang sifatnya laminar. Sehingga

persamaan aliran udara yang sesuai dengan hukum Hagen Poiseuille adalah,

𝐹 =𝑑𝑉

𝑑𝑡=

∆𝑃

𝑅

dimana ∆𝑃 adalah perbedaan tekanan antara udara di luar tubuh dan udara di dalam tubuh,

dan R adalah hambatan selama pernafasan. Dalam suatu rangkaian listrik, arus dapat

mengalir karena ada beda potensial antara ujung-ujung sumber tegangan, pernafasan

manusia terjadi karena ada perbedaan tekanan antara udara di mulut dengan tekanan udara

di paru-paru. Dengan melihat kembali persamaan hukum Hagen Poiseuille di atas maka

didapatkan bahwa variabel ∆𝑃 ≡ 𝑉, atau dapat dikatakan bahwa perbedaan tekanan di

mulut dengan di paru-paru sama dengan beda potensial. Sehingga besar aliran udara (flow

rate) akan sama dengan besar arus listrik ( F I) , dimana I adalah arus listrik. Maka

persamaan hukum Hagen Poiseuille identik dengan hukum OHM dimana:

𝐼 =𝑉

𝑅

3

METODOLOGI PENELITIAN

Disusun seperangkat spirometer seperti dibawah ini dan kemudian dihubungkan dengan laptop yang

sudah diinstall program logger pro. Pada ujung spirometer yang lain ditempelkan di mulut pada

sampel yang hidungnya sudah ditutup dengan penjepit hidung.

Gambar 1. Skema Susunan Alat

Keterangan gambar:

a. Mouthpiece

b. Filter Bakteri

c. Spirometer merek Vernier

d. Laptop

Dalam pengambilan data, manusia melakukan pernafasan seperti biasa selama beberapa detik.

Kemudian grafik aliran udara (flow rate) dan grafik volume udara selama pernafasan ditampilkan

melalui layar pada laptop.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Berikut ini disajikan data grafik aliran udara terhadap waktu, grafik volume terhdap waktu, dan grafik

hambatan terhadap waktu selama proses pernafasan dari 3 manusia yang berbeda.

Grafik 1. Grafik Volume dan Grafik Flow Rate dari Sampel 1

4

Grafik 2. Grafik Volume dan Grafik Flow Rate dari Sampel 2

Grafik 3. Grafik Volume dan Grafik Flow Rate dari Sampel 3

Grafik volume terhadap waktu di atas adalah grafik yang menunjukkan besarnya volume udara yang

digunakan saat inspirasi dan ekspirasi selama pernafasan. Dari grafik volume di atas dapat kita

ketahui saat grafik naik yaitu grafik saat inspirasi, yaitu saat udara masuk ke dalam paru-paru, hal itu

disebabkan karena tekanan di luar tubuh lebih besar dari pada tekanan udara di dalam tubuh.

Sedangkan saat grafik turun yaitu grafik saat ekspirasi yaitu saat udara keluar dari paru-paru, hal ini

disebabkan karena tekanan di dalam paru-paru lebih besar dari pada tekanan udara di luar tubuh.

Sedangkan grafik flow rate diatas dapat kita lihat ada grafik yang berada diatas sumbu x dan ada

grafik yang berada di bawah sumbu x. Grafik yang berada di atas sumbu x artinya grafik saat ekspirasi

sedangkan grafik yang berada di bawah sumbu x adalah grafik saat inspirasi.

5

Dari data diatas nilai hambatan selama pernafasan dapat dicari, dari data grafik volume dan grafik

flow rate dari masing-masing sampel di eksport ke dalam bentuk data Microsoft excel sehingga

terdapat nilai volume dan flow rate setiap waktu. Dengan menganggap volume sebanding dengan

beda potensial (V) dan aliran udara selama pernafasan sebanding dengan arus listrik (I). Maka nilai

hambatan udara dapat dicari dengan membagi volume dengan flow rate. Nilai hambatan dicari dari

hubungan R=V/I. Kemudian dari nilai R terhadap waktu dibuat grafik dengan logger pro.

Grafik 4. Grafik Hambatan Udara dari Sampel 1

Grafik 5, Grafik Hambatan Udara dari Sampel 2

Grafik 6. Grafik Hambatan Udara dari Sampel 3

Dari grafik diatas, dapat kita lihat bahwa hambatan saat proses pernafasan semakin banyak udara

yang dihirup atau dilepas, nilai hambatannya semakin membesar. Dengan demikian semakin banyak

udara yang masuk dan keluar dari dan ke paru-paru nilai hambatannya semakin bertambah. Dari

grafik diatas dapat kita lihat perubahan hambatan yang signifikan saat inspirasi menuju ekspirasi atau

saat ekspirasi menuju inspirasi, hal tersebut terjadi dikarenakan karena terjadi perubahan tekanan

yang sangat cepat. Jika kita lihat gtafik pernafasan saat inspirasi akan disajikan dalam grafik dibawah

ini.

Grafik 7. Grafik hambatan udara sampel 1 saat inspirasi.

6

Grafik 8. Grafik Hambatan Udara Sampel 2 saat Inspirasi

Grafik 9. Grafik Hambatan Udara Sampel 3 saat Inspirasi

pada grafik hambatan udara saat inspirasi, grafik tersebut jika didekati dengan suatu persamaan

persamaan tersebut adalah persamaan Gaussian.

Persamaan grafik itu dicari dengan mengklik icon curve fit pada tampilan logger pro.

Dari grafik hambatan saat inspirasi diatas, dapat diketahui bahwa nilai hambatan bertambah

secara eksponensial terhadap waktu kemudian nilainya semakin bertambah seiiring

bertambahnya volume udara yang masuk ke paru-paru. Nilai kerja hambatan saat inspirasi

pada sampel 1 adalah dari 0.0 s-1-10.5 s-1. Sedangkan pada grafik 8 nilai kerja hambatannya

dari 0.0 s-1-20.1 s-1. Pada grafik 9 dan nilai kerja hambatannya adalah 0.0 s-1 -10.1 s-1.

Sedangkan untuk grafik hambatan udara saat ekspirasi adalah seperti dibawah ini.

Grafik 10. Grafik Hambatan Udara Sampel 1 saat Ekspirasi

7

Grafik 11. Grafik Hambatan Udara Sampel 2 saat Ekspirasi

Grafik 12. Grafik Hambatan Udara Sampel 3 saat Ekspirasi

Pada grafik hambatan udara saat ekspirasi, grafik tersebut dapat didekati dengan persamaan

Gaussian. Pada grafik 10 nilai kerja hambatannya adalah 0.0 s-1 - 31.7 s-1. Pada grafik 11 nilai

kerja hambatannya adalah 0,5 s-1 - 25.5 s-1. Pada grafik 12 nilai kerja hambatannya adalah 0.2

s-1 - 3.3 s-1. Dari grafik ekspirasi nilai hambatan semakin bertambah secara ekponensial

terhadap waktu, semakin banayak udara yang keluar dari paru-paru semakin besar juga nilai

hambatannya.

KESIMPULAN

Dari penelitian diatas dapat kita ketahui bahwa nilai hambatan dipengaruhi oleh banyaknya udara

yang masuk ke paru-paru, dan semakin besar volume udara yang keluar dari paru-paru dan semakin

banyak volume udara yang masuk ke paru-paru semakin membesar juga nilai hambatannya. Bentuk

grafik hambatan udara adalah persamaan Gaussian dan nilai hambatan bertambah secara

eksponensial terhadap waktu

DAFTAR PUSTAKA

[1] Paul Davidovids. Physics in Biology and Medicine, Academic Perss, 2008.

[2] David Halliday, Robert Resnick. Fisika. Erlangga, 1997

[3] Made Rai Suci Shanti, “Pendekatan Rangkaian RC Untuk Pembelajaran Sistem

Pernafasan Bagi Mahasiswa Ilmu Kesehatan.” 2011

[4] Made Rai Suci Shanti, “Pembelajaran Dengan Metode Eksperimen Topik

Rangkaian RC Untuk Menganalogikan Sistem Pernafasan Pada Bidang Fisika

Kesehatan.” 2011.