Respirasi (Respiration Part 2,5)

PERTUKARAN OKSIGEN DAN KARBON DIOKSIDA

Hukum Dalton

Berdasarkan hokum Dalton setiap gas dalam suatu campuran gas mempunyai tekanan tertentu lepas dari adanya gas lain. Tekanan dari suatu gas x dalam suatu campuran gas adalah tekanan parsial (Px). Tekanan total campuran gas dapat diperoleh dari penjumlahan tekanan parsial setiap jenis gas yang dikandungnya. Udara atsmosfer merupakan campuran dari gas oksigen, nitrogen, uap air, karbondioksida dan gas lainnya. Untuk mengetahui besar tekanan parsial suatu gas dapat dilakukan dengan perkalian prosentase gas tersebut di dalam campuran dengan tekanan total atsmosfer (760 mmHg). Misalnya persentase oksigen adalah 20,9 % maka tekanan parsial oksigen (PO2) adalah 0,209 x 760 mmHg = 158,8 mmHg.

Hukum Henry

Berdasarkan Hukum Henry, banyaknya gas yang larut dalam cairan sebanding dengan tekanan parsial gas tersebut dan tingkat kelarutannya (solubility). Semakin besar tekanan parsial dan semakin besar tingkat kelarutanya maka semakin banyak gas yang terlarut dalam cairan tubuh. Misalnya saja dibandingkan O2, CO2 lebih banyak yang larut dalam darah karena tingkat kelarutan 24 kali lipat dari O2. N2 atmosfer tinggi tekanan parsialnya namun mempunyai kelarutan yang sangat rendah sehingga hanya sedikit yang larut dalam plasma darah. Contoh sederhana dari pengaruh tekanan parsial terhadap kelarutan adalah softdrink yang mengandung CO2 terlarut. Pada saat botol tertutup, tekanan udara dalam botol yang tinggi menyebabkan tekanan partial CO2 juga tinggi. Hal ini membuat CO2 banyak yang larut dalam cairan softdrink. Saat botol dibuka maka tekanan dalam botol menjadi sama dengan tekanan atmosfer. Penurunan tekanan udara ini akan menurunkan tekanan parsial CO2 dan CO yang terlarut berubah fase menjadi gas (gelembung gas CO2).

Pertukaran O2 dan CO2 dalam darah terjadi karena perbedaan tekanan parsial

Tekanan parsial O2 (PO2) darah yang kaya oksigen di arteri adalah 100 mmHg sedangkan tekan parsial CO2 (PCO2) sebesar 40 mmHg. Sel jaringan tubuh mempunyai PO2 40 mmHg dan PCO2 45 mmHg. Perbedaan tekanan ini membuat pertukaran O2 dari darah arteri (PO2 100 mmHg) ke sel jaringan (PO2 40 mmHg). Sebaliknya, CO2 bertukar dari jaringan (PCO2 45 mmHg) ke darah (PCO2 40 mmHg). Setelah dari jaringan akhirnya darah vena juga mengandung PCO2 45 mmHg dan PCO2 40 mmHg yang sama dengan jaringan. Darah vena kemudian sampai ke paru. Gas dalam alveoli mempunyai PO2 105 mmHg dan PCO2 40 mmHg. Sama seperti di jaringan, perbedaan tekanan parsial ini membuat pertukaran O2 dari udara dalam alveoli (PO2 105 mmHg) ke darah (PO2 40 mmHg). Sebaliknya, CO2 bertukar dari darah(PCO2 45 mmHg) ke udara alveoli (PCO2 40 mmHg). Antara udara dalam alveoli dan udara atmosfer juga terjadi pertukaran gas CO dari alveoli (PCO2 40 mmHg) ke udara atmosfer (PCO2 0,3 mmHg), sebaliknya O2 dari udara atmosfer (PO2 158 mmHg) ke udara alveoli (PO2 45 mmHg).

Kadar O2 dan CO2 jaringan tergantung aktivitas sel penyusun jaringan. Pada kondisi istirahat, jaringan hanya butuh 25% oksigen dari darah yang teroksigenasi sehingga terjadi retensi 75% oksigen. Pada kondisi olahraga, akan lebih banyk lagi oksigen yang berdifusi ke sel jaringan yang aktif secara metabolik. Sel aktif memakai lebih banyak oksigen untuk menghasilkan ATP sehingga kandungan oksigen dalam darah turun di bawah 75% .

FAKTOR YANG BERPENGARUH TERHADAP KECEPATAN PERTUKARAN GAS

Pertukaran gas antara udara alveoli dan darah melalui struktur yang disebut membran respirasi. membran respirasi terdiri dari struktur dinding alveoli dan dinding pembuluh darah. Secara lebih rinci, antara rongga alveoli sampai ke plasma darah melewati struktur yang terbentuk dari 1) Lapisan sel alveoli tipe I dan II (dan makrofag) yang membentuk dinding alveoli, 2) epitel membran basal di bawah dinding alveoli, 3) kapiler membran basal yang sering berfusi dengan epitel membran basal dan 4) endotel kapiler. Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kecepatan pertukaran gas melalui membran respirasi adalah sebagai berikut:

Perbedaan tekanan parsial

Semakin besar perbedaan tekanan parsial semakin cepat pertukaran gas terjadi. Pada saat olahraga, perbedaan PO2 dan PCO2 antara udara alveoli di dalam darah makin besar sehingga pertukaran juga terjadi lebih cepat. Tekanan parsial gas dalam alveoli juga tergantung cepat atau lambatnya aliran udara yang masuk (terkait force otot dan resistensi). Obat morfin dapat melambatkan pertukaran ini kemungkinan karena menurunkan frekuensi nafas. Pada dataran tinggi yang tekanan total atmosfer menurun (<760 mmHg) mengakibatkan tekanan parsial gas penyusun juga menurun. Bila tekanan parsial oksigen di atmosfer turun maka terjadi juga penurunan PO2 dalam alveoli sehingga pertukaran O2 antara udara alveoli dan darah juga melambat. Lambatnya pertukaran O2 ini menyebabkan kadar O2 dalam darah juga rendah.

Luas permukaan untuk pertukaran gas

Permukaan alveoli sangat luas (total 300 juta alveoli dengan luas permukaan sekitar 70 m2) sehingga menyebabkan pertukaran udara bisa terjadi dengan cepat. Pada kondisi yang menurunkan luas permukaan membrane misalnya pada emfisema, pertukaran gas terjadi lebih lambat.

Jarak difusi yang harus dilalui

membrane respirasi sangat tipis sekitar 0,5 mikro (1/16 diameter eritrosit) sehingga mempercepat difusi gas. Adanya cairan diantara alveoli misalnya edema paru akan memperlambat kecepatan pertukaran gas karena jarak difusi meningkat.

Berat molekul dan tingkat kelarutan gas

Oksigen mempunyai berat molekul yang lebih rendah daripada CO2 sehingga difusi melalui membrane respiratori juga lebih cepat. Namun kelarutan CO2 24 kali lipat daripada O2 sehingga pada akhirnya CO2 berdifusi 20 kali lebih cepat dari O2. Akibatnya ketika difusi berjalan lebih lambat misalnya pada emfisema dan edem paru, maka hipoksia (kekurangan O2) terjadi lebih dahulu daripada retensi CO yang berarti (hiperkapnia).