BAB
I
PENDAHULUAN
1.1 Latar
Belakang
Oksigen adalah
komponen terpenting gas
diudara yang menunjang kehidupan manusia. Oksigen berfungsi sebagai bahan bakar
dalam proses metabolisme. Oksigen
merupakan suatu komponen yang sangat penting di dalam memproduksi molekul
adenosin trifosfat (ATP) secara normal. ATP memberikan energi yang diperlukan
oleh sel untuk melakukan keperluan berbagai aktivitas untuk memelihara
efektivitas segala fungsi tubuh.
Pemeliharaan
oksigenasi jaringan tergantung pada 3 sistem organ yaitu sistem kardiovaskuler,
hematologi, dan respirasi. Jika aliran oksigen ke jaringan berkurang, atau jika
penggunaan berlebihan di jaringan maka metabolisme akan berubah dari aerobik ke
metabolisme anaerobik untuk menyediakan energi yang cukup untuk metabolisme.
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi proses transport oksigen yaitu cardiac
output, jumlah eritrosit, hematocrit darah dan aktivitas tubuh.
1.2 Tujuan
Makalah
1.
Untuk
mengetahui peran O2, pengaruh tekanan parsial dan gradient
tekanannya di dalam tubuh.
2.
Untuk
mengetahui mekanisme O2 pada proses metabolisme.
3.
Untuk
mengetahui mekanisme difusi gas pada membran pernapasan.
4.
Untuk
mengetahui mekanisme transport O2 dan CO2.
5.
Untuk
mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi mekanisme transport O2 dan
CO2.
1.3 Manfaat
Makalah
1.
Mahasiswa
mampu memahami O2, pengaruh tekanan parsial dan gradient tekanannya
di dalam tubuh.
2.
Mahasiswa
mampu memahami mekanisme O2 pada proses metabolisme.
3.
Mahasiswa
mampu memahami difusi gas pada membran pernapasan.
4.
Mahasiswa
mampu memahami mekanisme transport O2 dan CO2.
5.
Mahasiswa
mampu memahami faktor-faktor yang mempengaruhi mekanisme transport O2 dan
CO2.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Data Tutorial
Hari / Tanggal Sesi
1 : Selasa, 2 Januari 2018
Hari / Tanggal Sesi
2 : Rabu, 3 Januari 2018
Tutor : dr. Fahriana Azmi,
S.Ked
Ketua / Moderator : Ardian Ansari
Sekretaris : Lifia Nuni Wulandari
2.2 Skenario LBM 6
LBM 6
KITA PERLU OKSIGEN UNTUK
HIDUP
Oksigen adalah komponen terpenting gas
diudara yang menunjang kehidupan manusia. Oksigen adalah zat yang diperlukan
tubuh untuk bahan bakar dalam semua proses metabolisme tubuh ditingkat seluler.
Sehingga tanpa adanya oksigen maka metabolisme sel tidak akan berlagsung dan
dapat berakhir dengan kematian sel.
Meskipun penting untuk menunjang
kehidupan, oksigen hanya mengisi 21% molekul dalam udara atmosfir. Presentase
ini penting dalam membentuk tekanan parsial gas (oksigen) yang sangat penting
dalam proses pengambilan oksigen kedalam tubuh. Selanjutnya oksigen yang telah
diambil dari atmosfir melalui proses pernapasan ini akan disalurkan ke seluruh
tubuh melalui pembuluh darah dengan suatu mekanisme transpor oksigen.
2.3 Pembahasan LBM 6
2.3.1 Klarifikasi Istilah
1.
Tekanan Parsial : Tekanan yang ditimbulkan secara
independen oleh masing-masing gas dalam suatu campuran (Sherwood, 2011).
2.
Atmosfer :Campuran gas yang terdiri dari
udara kering tipikal yang mengandung sekitar 79% nitrogen (N2) dan
21% O2 dengan presentase CO2, uap H2O, gas
lain, dan polutan hampir dapat diabaikan (Sherwood, 2011).
3. Transport Oksigen : Mekanisme penggunaan oksigen dalam
berbagai kebutuhan (respirasi, kardio, vaskuler, metabolisme) (Guyton and Hall,
2014).
4.
Molekul :
Bahan kimia yang dibentuk oleh penyatuan atom-atom, yang merupakan
satuan terkecil dari suatu bahan kimia (Sherwood, 2011).
5.
Udara : Campuran gas ( udara kering
tipikalnya mengandung sekitas 78,9% -> 79% nitrogen (N2) dan
20,9% -> 21% O2, dengan CO2, uap H2O, gas lain dan polutan
merupakan sisa dari dari presentase tersebut (Guyton and Hall, 2014).
2.3.2 Identifikasi
Masalah
1. Bagaimana mekanisme transport oksigen?
2. Apakah pada
saat proses pernapasan yang masuk hanya oksigen saja dan bagaimanatubuhmemilah
oksigen dengan gas-gas lain?
3.Apakah oksigen penting dan jumlahnya lebih banyak
diangkut oleh hemoglobin danbagaimanaproses metabolism tubuh ditingkat seluler
?
4.Faktor apa saja yang mempengaruhi transport oksigen?
2.3.3 Brain Storming
1. Bagaimana mekanisme
transport oksigen?
Oksigen yang diserap oleh darah di paru
harus diangkut ke jaringan untuk digunakan oleh sel. Sebaliknya, CO2 yang
diproduksi ditingkat sel harus diangkut ke paru untuk dikeluarkan.
Oksigen terdapat dalam darah dalam dua
bentuk: larut secara fisik dansecara
kimiawi berikatan dengan hemoglobin.
·
O2
YANG LARUT SECARA FISIK
Sangat sedikit O2 yang larut secara
fisik dalam air plasma karena O2 kurang larut dalam cairan tubuh. Jumlah yang
larut berbanding lurus dengan PO2 darah: semakin tinggi PO2, semakin banyak O2
yang larut. Pada PO2 arteri normal sebesar 100 mm Hg, hanya 3 mL 02 dapat larut
dalam 1 liter darah. Karena itu, hanya 15 mL O2 /mnt yang dapat larut dalam
aliran darah paru normal 5 liter/menit (curah jantungistirahat), Bahkan dalam
keadaan istirahat, sel-sel menggunakan 250 mL O2/menitt, dan konsumsi dapat
meningkat hingga 25 kali lipat selama olahraga berat. Untuk menyalurkan O2 yang
dibutuhkan oleh jaringan bahkan dalam keadaan istirahat, curah jantung harus
sebesar 83,3 liter/menit jika O2 hanya dapat diangkut dalam bentuk terlarut.
Jelas bahwa harus ada mekanisme lain untuk mengangkut O2 ke jaringan. Mekanisme
ini adalah hemoglobin (Hb). Hanya 1,5% O2 dalam darah yang larut; sisa
98,5%-nya diangkut dalam ikatan dengan Hb. O2 yang terikat ke Hb tidak ikut
membentuk PO2 darah; karena itu, PO2 darah bukan ukuran kandungan O2 total
darah, melainkan hanya ukuran bagian O2 yang larut ( Sherwood 2014 ).
·
OKSIGEN YANG TERIKAT KE HEMEGLOBIN
Hemoglobin,
suatumolekul protein yang mengandung besi dan terdapat di dalam sel darah merah
dapat membentuk ikatan yang longgar dan mudah berkombinasi reversibel dengan O2.
Ketika tidak berikatan dengan O2, Hb disebut sebagai hemoglobin tereduksi, atau deoksihemoglobin; ketika berikatan
dengan O2, is disebut oksihemoglobin
(HbO2):
Hb + O2 --- HbO2
TABEL Metode
Tranfer Gas dalam Darah
|
Gas
|
Metode transport dalam darah
|
Persentase yang
Dibawah dalam
Bentuk ini
|
|
O2
|
Larut secara fisik
berikatan dengan hemoglobin
|
1,5
98,5
|
|
Co2
|
Larut secara fisik
berikatan dengan hemoglobin
Sebagai bikarbonat( HCO3)
|
10
30
60
|
 |
·
PERAN HEMOGLOBIN DI TINGKAT ALVEOLUS
Hemoglobinbekerja
sebagai "depo penyimpanan" untuk O2, memindahkan O2 dar larutan
segera setelah molekul ini masuk ke darah dari alveolus Karena hanya O2 larut
yang berperan membentuk Po2, O2 yan tersimpan di Hb tidak dapat ikut membentuk
Po2 darah. Ketik darah vena sistemik masuk ke kapiler paru, Po2-nya jauh lebi
rendah daripada Po2 alveolus, sehingga O2 segera berdifusi ke dala darah,
meningkatkan Po2 darah. Segera setelah Po2 darah naik persentase Hb yang dapat
berikatan dengan O2 juga meningkat seperti ditunjukkan oleh kurva O2-Hb. Karena
itu, sebagian besar O yang telah berdifusi ke dalam darah berikatan dengan Hb
dan tidak lagi berperan menentukan Po2. Karena O2 dikeluarkan dari laruta
dengan berikatan dengan Hb, Po2 turun ke tingkat yang hampi sama dengan ketika
darah masuk ke paru, meskipun jumlah total O dalam darah sebenarnya telah
bertambah. Karena Po2 darah kembal lebih rendah daripada Po2 alveolus, lebih
banyak O2 yang berdifus dari alveolus ke dalam darah, hanya untuk kembali
diserap oleh Hb.
·
PERAN HEMOGLOBIN DI TINGKAT JARINGAN
Situasi kebalikannya terjadi di tingkat jaringan. Karena
Po2 darah yang masuk ke kapiler sistemik jauh lebih besar daripada Po2 jaringan
sekitar, O2 segera berdifusi dari darah ke jaringan, menurunkan Po2 darah
Ketika Po2 darah turun, Hb harus melepaskan sebagian dari O2 yan dibawanya karena
% saturasi Hb berkurang. Sewaktu O2 yan dibebaskan dari Hb larut dalam darah,
Po2 darah meningkat da kembali melebihi Po2 jaringan sekitar. Hal ini mendorong
perpindaha lebih lanjut O2 keluar dari darah, meskipun jumlah total O dalam
darah telah turun. Hanya ketika Hb tidak lagi dapat membebaska O2 ke dalam
larutan (ketika Hb telah membebaskan O2-ny semaksimal mungkin sesuai Po2 di
kapiler sistemik) barulah Po darah turun hingga serendah Po2 jaringan sekitar.
Pada waktu ini tidak ada lagi pemindahan O2. Hemoglobin, karena menyimpan O
dalam jumlah besar yang dapat dibebaskan jika terjadi penuruna kecil PO2 di
tingkat kapiler sistemik, memungkinkan pemindaha O2 dari darah ke sel dalam
jumlah yang jauh lebih besar daripad seandainya Hb tidak ada.( Sherwood 2014 )
Ketika darah
arteri mengalir melalui kapiler jaringan, CO2 berdifusi menuruni gradien
tekanan parsialnya dari sel jaringan ke dalam darah. Karbon dioksida diangkut
oleh darah dalam tiga cara :
1.
Larut
secara fisik. Seperti O2 yang larut, jumlah CO2 yang larun secara fisik dalam
darah bergantung pada Pco2. Karena CO2 lebi larut dibandingkan O2 dalam air
plasma, proporsi CO2 yang laru secara fisik dalam darah lebih besar daripada
O2. Meskipun demikia , hanya 10% kandungan CO2 total darah yang terangkut denga
cara ini pada tinkat Pco2 vena sistemik normal.
2.
.
Terikat ke hemoglobin. Sebanyak 30% CO2 berikatan dengan H untuk membentuk
karbamino hemoglobin (HbCO2). Karbon dioksid berikatan dengan bagian globin Hb,
berbeda dari O2, yang berikata dengan bagian heme. Hb tereduksi memiliki
afinitas lebih besa terhadap CO2 dibandingkan HbO2. Karena itu, dibebaskannya O
dari Hb di kapiler jaringan mempermudah penyerapan CO2 oleh Hb.
3.
Sebagai
bikarbonat. Sejauh ini cara yang paling penting untu mengangkut CO2 adalah
sebagai bikarbonat (HCO3-), dengan 60 CO2 diubah menjadi HCO3- oleh reaksi
kimia berikut:
CO2
+ H2O = H2CO3 = H + HCO32-
Dalam reaksi pertama, CO2 berikatan dengan H2O untuk
membentuk asam karbonat (H2CO3). Sesuai sifat asam, sebagian dari molekul asam
karbonat secara spontan terurai menjadi ion hydrogen (H+) dan ion bikarbonat
(HCO ). Karena itu, satu atom karbon dan dua atom oksigen dari molekul CO2 as
terdapat dalam darah sebagai bagian integral dari HCO3.- Hal menguntungkan
karena HCO3 - lebih larut dalam darah daripada CO2.
 |
2. Apakah
proses pernapasan yang masuk hanya oksigen saja dan bagaimana tubuh memilah oksigen dengan gas gas lain?
Ketika saat menghirp udara terdapat
beberapa komponen dalam udara yang dimana komponen tersebut akan masuk ke
seluruh tubuh menuju rongga hidung, dari
rongga hidung udara bergerak menuju paru paru dan pada saat terjadi pertukaran
oksigen di alveolus hanya oksigen dan karbondioksida saja yang berperan dalam
proses tersebut. Dalam Pertukaran gas di tingkat kapiler paru dan kapiler
jaringan berlangsung secara difusi pasif sederhana O2 dan CO2 menuruni gradien
tekanan parsial. Perubahan pada kecepatan pertukaran gas dalam keadaan normal
ditentukan terutama oleh perubahan gradien tekanan parsial antara darah dan alveolus
karena faktor-faktor lain relative konstan dalam keadaan istirahat. dan Sel-sel secara terus-menerus mengonsumsi O2
dan menghasilkan CO2, melalui metabolisme oksidatifSemakin aktif suatu jaringan
melakukan metabolisme, semakin rendah Po2 sel turun dan semakin tinggi Pco2
naik. Akibat gradient tekanan parsial darah-terhadap-sel yang meningkat ini
maka lebih banyak O2 berdifusi dari darah ke dalam sel dan lebih banyak CO2
yang berpindah dalam arah berlawanan sebelum PO2 dan PO2 darah mencapai keseimbangan
dengan sel sekitar. Karena itu, jumlah 02 yang dipin-dahkan ke sel dan jumlah
CO2 yang dibawa menjauhi sel bergantung pada tingkat metabolisme sel( Sherwood
2014 ).
3. Apakah oksigen penting dan jumlahnya yang diikat oleh
hemoglobin danbagaimana proses metebolisme tubuh di tingkat seluler?
Oksigen penting bagi tubuh untuk kelangsungan hidup manusia danjumlah
oksigen yang di ikat oleh hemoglobin cukup banyak karena tugas dari hemoglobin
itu sendiri untuk mengikat oksigen dan proses metabolism dimana dari hasil yang
diedarkan dan aerob yang memerlukan
oksigen yang terjadi di dalam sitosol dimana menghasilkan 2 atp dan asam
piruvat dimana yang pertama terjadi glikolisis, dekarbosilasi oksidatif,
kemudian siklus kreb, dan transport electron ( Sherwood 2014).
4.
Faktor apa saja yang mempengaruhi dari transport oksigen?
Difusi O2 dan
CO2 antara alveolus dan darahseolah-olah hanya gradien tekanan parsial gas yang
menentukan kecepatan difusi mereka. Menurut hukum difusi Fick, kecepatan difusi
suatu gas melalui suatu lembaran jaringan juga bergantung ada luas permukaan
dan ketebalan membran yang harus dilewati oleh gas yang berdifusi serta
konstanta difusi gas tersebut Perubahan pada kecepatan pertukaran gas dalam
keadaan normal ditentukan terutama oleh perubahan gradien tekanan parsial
antara darah dan alveolus karena faktor-faktor lain relative konstan dalam
keadaan istirahat. Namun, pada keadaan ketika faktor-faktor lain ini mengalami
perubahan, perubahan tersebut mengubah kecepatan transfer gas di paru.
 |
·
EFEK LUAS
PERMUKAAN PADA PERTUKARAN GAS
Laju pertukaran
gas berbanding lurus dengan luas permukaan tempat pertukaran gas tersebut
terjadi. Selama olahraga, luas permukaan yang tersedia untuk pertukaran dapat
ditingkatkan vuntuk meningkatkan pemindahan gas. Dalam keadaan istirahat,
sebagian kapiler paru biasanya tertutup karena tekanan sirkulasi paru yang
rendah biasanya tidak dapat menjaga semua kapiler agar tetap terbuka. Selama
olahraga, saat tekanan tekanan darah paru meningkat karena bertambahnya curah
jantung, banyak kapiler paru yang semula tertutup menjadi terbuka. Hal ini
meningkatkan luas perukaan darah yang tersedia untuk pertukaran. Selain itu,
membrane alveolus lebih teregang daripada normal selama olahraga karena volume
tidal yang lebih besar (bernapas dalam). Peregangan ini menambah luas permukaan
alveolus dan mengurangi ketebalan membran alveolus. Secara kolektif,
perubahan-perubahan ini mempercepat pertukaran gas selama olahraga.
·
EFEK KETEBALAN
PADA PERTUKARAN GAS
Kurang adekuatnya
pertukaran gas juga dapat terjadi akibat ketebalan sawar yang memisahkan udara
dan darah bertambah secara patologis. Dengan bertambahnya ketebalan, kecepatan
pemindahan gas berkurang karena gas memerlukan waktu yang lebih lama untuk
berdifusi menembus ketebalan yang lebih besar. Ketebalan meningkat pada (1) edema paru, yaitu akumulasi
berlebihan cairan interstisium antara alveolus dan kapiler paru akibat
peradangan paru atau gagal jantung kongestif sisi kiri (2) fibrosis paru, yaitu
penggantian jaringan paru oleh jaringan ikat tebal sebagai respons terhadap
iritasi kronik tertentu; dan (3) pneumonia, yang ditandai
oleh akumulasi cairan peradangan di dalam atau sekitar alveolus. Pneumonia
umumnya disebabkan oleh infeksi bakteri atau virus pada paru, tetapi hal ini
juga dapat disebabkan oleh aspirasi tak-sengaja
(tersedak) makanan atau muntahan.
·
EFEK KONSTANTA
DIFUSI PADA PERTUKARAN GAS
Kecepatan
pemindahan gas berbanding lurus dengan konstanta difusi, yaitu suatu konstanta
yang berkaitan dengan kelarutan gas tertentu di jaringan paru dan dengan berat
molekulnya (D a sol/ BM). Konstanta difusi untuk CO2
adalah 20 kali lipat daripada untuk O2 karena CO2 jauh lebih mudah larut dalam
jaringan tubuh dibandingkan O2. Karena itu, kecepatan difusi CO2 menembus
membran pernapasan 20 kali lebih cepat dibandingkan dengan O2 untuk gradien
tekanan parsial yang sama. Perbedaan dalam konstanta difusi ini dalam keadaan
normal mengimbangi perbedaan dalam gradien tekanan parsial yang terdapat untuk
O2 dan CO2 menembus membran kapiler alveolus. Gradien tekanan parsial CO2
adalah 6 mm Hg (PCO2 di darah 46 mm Hg; PCO2 di alveolus 40 mm Hg),
dibandingkan dengan gradien 02 sebesar 60 mm Hg (PO2 di alveolus 100 mm Hg; PO2
di darah 40 mm Hg). Dalam keadaan normal, jumlah O2 dan CO2 yang diper-tukarkan
hampir sama—senilai respiratory quotient. Meskipun darah
dalam volume tertentu menghabiskan waktu tiga perempat detik melewati jaringan
kapiler paru, PO2 dan PCO2 telah mengalami penyeimbangan dengan tekananparsial
alveolus pada saat darah tersebut baru melintasi sepertiga panjang kapiler
paru. Hal ini berarti bahwa paru dalam keadaan normal memilild cadangan difusi yang
besar, suatu kenyataan yang menjadi sangat penting selama olahraga berat. Waktu
yang dihabiskan oleh darah dalam transit di kapiler paru berkurang seiring
dengan meningkatnya aliran darah paru akibat peningkatan curah jantung yang
menyertai olahraga. Bahkan dengan waktu yang lebih sedikit untuk pertukaran,
PO2 dan PCO2 darah dalam keadaan normal dapat seimbang dengan kadar di alveolus
karena cadangan difusi paru tersebut.
Pada paru yang
sakit ketika difusi terhambat akibat luas permukaan berkurang atau penebalan
sawar udara-darah, pemindahan O2 biasanya terganggu lebih serius dari pada
pemindahan CO2 karena lebih besarnya konstanta difusi CO2. Pada saat darah
mencapai akhir jaringan kapiler paru, darah tersebut lebih besar kemungkinannya
mengalami keseimbangan dengan PCO2 alveolus daripada dengan PO2 alveolus karena
CO2 dapat berdifusi lebih cepat menembus sawar respirasi. Pada keadaan yang
lebih ringan, difusi O2 dan CO2 mungkin tetap adekuat saat istirahat tetapi
sewaktu olahraga, ketika waktu transit paru berkurang, gas-gas darah, khususnya
O2, mungkin belum mengalami penyeimbangan sempurna dengan gas alveolus sebelum
darah meninggalkan paru ( Sherwood
2014 ).
2.3.4 Rangkuman Permasalahan
2.3.5 Learning Issue
1.
Apa
anatomi yang berperan dalam transport gas ?
2.
Bagaimana
mekanisme transport gas 0ksigen dan karbondioksida?
3.
Bagaimana
respirasi seluler ?
4.
Bagaimana
tekanan parsial ?
5.
Apa
perbedaan tekanan atmosfir, alveolus dan jaringan ?
6.
Bagaimana
proses difusi pada membrane?
2.3.6 Referensi
Oksigen sangatlah penting dalam
menompang kehidupan semua organisme
dimuka bumi termasuk manusia. Oksigen di perlukan untuk proses
pernafasan ( respiration ) organisme. Oksigen juga berperan untuk menghssilkan
enegi pada tubuh. Didalam tubuh manusia oksigen yang didapat dar proses
pernafasan digunakan dalam proses katabolisme ( penguraian0 gula ( glukosa) ,
sehingga ATP dapat dihasilkan. ( wahid A , 2014 )
Energy
penting untuk mempertahankan aktivitas seluler penyokong kehidupan seperti
sintesis protein dan transport aktif menembus membrane plasma. Sel tubih
memerlukan pasokan oksigen yang berkesenambungan untuk mendukung reaksi kimia
yang menghasilkan energi. Karbondioksida yang dihasilkan selama reaksi ini
harus dikeluarkan dari tubuh dengan kecepata yang sama seperti laju produksinya
untuk mencegah fluktuasi pada pH yang berbahaya (yaitu, untuk mempertahankan
keseimbangan asam basa) karena CO2 menghasilkan asam karbonat. ( Sherwood,
2014).
Komposisi oksigen itu sendiri hanya
mengisi 21 % molekul dalam udara atmosfir. Presentase ini penting dalam
membentuk tekanan parsial gas ( oksigen ). Tekana parsial Udara atmosfer adalah
campuran gas; udara kerin tipikal yang
mengandung sekitar 79% nitrogen (N2) dan 21% O2, dengan persentas CO2,
uap H2O, gas lain, dan polutan hamper dapat diabaikan. Secara keseluruhan
gas-gas ini menimbulkan tekanan atmosfer total sebesar 760 mm Hg di permukaan
laut. Tekanan total ini sama dengan jumlah tekanan yang disumbangkan oleh
tiap-tiap gas dalam campuran.( Sherwood 2014).
Setiap
molekul gas, berapa pun ukurannya, menimbulkan tekanan yang samakarena O2
membentuk 21% atmosfer, 21% dari 760 mm Hg tekana atmosfer, atau 160 mm Hg,
ditimbulkan oleh O2 Tekanan yang ditimbulkan secara independen oleh tiap-tiap gas
dalam suatu campuran gas dikenal sebagai tekanan parsial, yang dilambangkan
oleh Pgas. Karena itu, tekanan parsial O2 dalam udara atmosfer, PO2, normalnya
adalah 160 mm Hg. Tekanan parsial CO2 atmosfer, PCO2, hamper dapat diabaikan
(0,23 mm Hg)( Sherwood ).
Oksigen
terdapat dalam darah dalam dua bentuk: larut secara fisik dan secara kimiawi
berikatan dengan hemoglobin oksigen yang laarut secara fisik larut didalam
plasma karena O2 kurang larut dalam cairan tubuh. Jumlah yang larut berbanding
lurus dengan PO2 darah: semakin tinggi PO2, semakin banyak O2 yang larut
.oksigen yang terikat dengan hemoglobin mendorong perpindahan neto O2 di
tingkat alveolus dan jaringan.( Sherwood 2014 ).
Karbon
dioksida diangkut oleh darah dalam tiga cara Larut secara fisik. Seperti O2
yang larut, jumlah CO2 yang larut secara fisik dalam darah bergantung pada
Pco2, Terikat ke hemoglobin. Sebanyak 30% CO2 berikatan dengan Hb untuk
membentuk karbamino hemoglobin (HbCO2), Sebagai bikarbonat. Sejauh ini cara
yang paling penting untuk mengangkut CO2 adalah sebagai bikarbonat (HCO3-),
dengan 60% CO2 diubah menjadi HCO3- .
( Sherwood 2014 )
2.3.7
PembahasanLearning Issue
1.
Apa anatomi yang berperan
dalam transport gas?
Dimana yang kita ketahui transport gas adalah pertukaran
gas anatomi yang berperan adalah :
1. Pertukaran gas di alveolus
Anatomi yang berperan adalah darah dan
alveoli
2. Pertukaran gas di jaringan
Yang berperan adalah darah dan
jaringan
3.
Pertukaran O2 dan CO2
Yang berperan adalah darah, paru-paru, dan jaringan
(
Sherwood 2014 )
2.Bagaimana mekanisme transport gas 0ksigen dan karbondioksida?
a.
Transportasi Oksigen (O2)
·
O2
yang larut secara fisik
1,5 % oksigen yang larut dalam plasma dan sel darah.
Jumlah yang larut berbanding lurus deengan PO2 darah; semakin tinggi
PO2, semakin banyak O2 yang larut. Pada PO2
alveolus normal sebesar 100 mmHg sedangkan pada arteri sebesar 40 mmHg, inilah
yang menyebabkan gas bisa bersifusi dari alveolus ke jaringan kapiler. Serta
pada vena normal sebersar 100 mmHg yang dikeluarkan sebagai hasil dari
pertukaran gas yang telah berlangsung tersebut.
·
Oksigen
yang terikat ke hemoglobin
Hemoglobin adalah suatu moelekul protein yang mengandung
zat besi dan terdapat didalam sel darah merah, dapat membentuk ikatan yang
longgar dan mudah berkombinasi reversible O2. Hemoglobin berikatan
dengan oksigen membentuk oksihemoglobin.
b.
Transportasi Karbondioksida (CO2)
·
Larutan
secara fisik
Jumlah
CO2 yang larut secara fisik dalam darah bergantung pada PCO2,
karena PCO2 lebih larut dibandingkan O2 dalam plasma.
Kandungan CO2 hanya 10% total darah yang terangkut pada tingkat PCO2
vena sistemik normal.
Pada
saat di dalam arteri PCO2 sebesar 45 mmHg, sedangkan di dalam
alveolus PCO2 sebesar 40 mmHg. Inilah yang menyebabkan CO2 dapat
keluar dari tubuh sebgai hasil dari ekspirasi.
·
Terikat
ke hemoglobin
Sebanyak 30% CO2 berikatan dengan Hb untuk
membentuk karbamino hemoglobin. Karbon dioksida berikatan dengan bagian globin
Hb, berbeda dari O2, yang akan berikatan dengan bagian heme. Hb
tereduksi memiliki afinitas lebih besar terhadap CO2 dibandingkan
HbO2. Dibebaskannya O2 dari Hb di kapiler jaringan
mempermudah penyerapan CO2 oleh Hb.
·
Sebagai
bikarbonat
Dalam mengangkut CO2 dipakai bikarbonat dengan
60% CO2 yang diubah menjadi HCO3-. CO2
berikatan dengan H2O untuk membentuk asam karbonat. Sesuai sifat
asam, sebagian dari molekul asam karbonat secara spontan terurai menjadi ion
hydrogen dan ion bikarbonat. Karena itu satu atom karbon dan dua atom
oksigen dari molekul CO2 asli
terdapat dalam darah sebagian integral dari HCO3-. Reaksi ini
didalam plasma darah sangat lambat, tetapi belangsung sangat cepat didalam sel
darah merah karena adanya enzim eritrosit krbonat anhydrase, yang mengatalisis
reaksi.
Saat gas yang di bawa
oleh darah dalam pembuluh darah sebagai hasil ekspirasi dapat terlihat bahwa PO2 sebelum masuk ke dalam sel nilainya 96 mmHg yang sebelumnya turun
dari 100 mmHg, ini diakibatkan oleh proses fisiologi dari trasnportai gas itu
sendiri. Saat masuk kedalam sel, cairan extraselulernya mempunyai PO2
sebesar 45 mmHg. Inilah yang menyebabkan O2 bisa masuk
kedalam sel untuk dilakukan metabolisme. Perlu diingat bahwa dalam proses
metabolisme ini sel menggunakan Oksigen sebagai media dalam proses pembakaran
molekulnya agar menjadi sederhana, dengan produk akhir berupa CO2, H2O,
dan ATP yang digunakan sebagai sumber energi didalam tubuh manusia. Kemudian PO2 yang
keluar berubah menurun menjadi 40 mmHg sebagai aspek fisiologi bahwa Oksigen
sudah digunakan dalam proses metabolism tersebut, maka dari itu kandungannya
menurun. Sedangkan pada PCO2 di arteri mula 40 mmHg dan selesai
metabolisme PCO2 naik menjadi 45 mmHg. Ini terbukti bahwa hasil dari
metabolism menghasilkan lebih banyak (5 mmHg) CO2 dari pada O2(Guyton & Hall, 2016).
3. Bagaimana respirasi seluler ?
Tahap respirasi seluler melalui 4
tahap yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidtif, siklus krebs, dan transfer
elektron.
·
Glikolisis.
Kata
“glikolisis” berarti “menguraikan gula” dan itulah yang tepatnya terjadi selama
jalur ini. Glukosa, gula berkarbon enam, diuraikan menjadi dua gula berkarbon tiga.
Gula yang lebih kecil ini kemudian dioksidasi, dan atom sisanya disusun ulang
untuk membuat dua molekul piruvat (champbell, 2002)
NADH merupakan
sumber elektron berenergi tinggi, sedangkan ATP adalah persenyawaan berenergi
tinggi. Selama glikolisis dihasilkan 4 molekul ATP, akan tetapi 2 molekul ATP
diantaranya digunakan kembali untuk berlangsungnya reaksi-reaksi yang lain
sehingga tersisa 2 molekul ATP yang siap digunakan untuk tubuh. Seluruh proses
glikolisis tidak memerlukan oksigen. Reaksi glikolisis terjadi di sitoplasma
(di luar mitokondria). Hasil akhir sebelum memasuki siklus krebs adalah asam
piruvat. Ada yang membedakan tahap ini menjadi dua yaitu glikolisis dan
dekarbosilasi oksidatif. Glikolisis mengubah senyawa 6C menjadi senyawa 2C pada
hasil akhir glikolisis. Yang dimaksud dekarbosilasi oksidatif adalah reaksi
asam piruvat diubah menjadi asetil KoA.
·
Dekarboksilasi Oksidatif
Setelah
memasuki mitokondria,asam piruvat mula-mula diubah menjadi suatu senyawa yang
disebut asetilCoA. Dekarboksilasi Oksidatif ini merupakan persambungan antara
glikolisis dan siklus krebs, yang diselesaikan oleh kompleks multi enzim yang
mengkatalis 3 reaksi:
1.
Gugus
karboksil piruvat dikeluarkan dan dilepaskan sebagai molekul CO2
2.
Fragmen ber-karbon dua yang tersisa dioksidasi
untuk membuat senyawa yang dinamai asetat. Suatu enzim mentransfer electron
yang diekstraksi ke NAD+ dan menyimpan energy dalam bentuk NADH.
3.
Koenzim A (senyawa yang mengandung sulfur
diikatkan pada asetat tadi oleh ikatan yang tidak stabil yang membuat gugus
asetil sangat reaktif.
·
Siklus kreb / siklus asam sitrat (di mitokondria)
Glikolisis melepas energi kurang dari seperempat energi
kimiawi yang tersimpan dalam glukosa, sebagian besar energi itu tetap tersimpan
dalam dua molekul piruvet. Jika ada oksigen molekuler, piruvat itu memasuki
mitokondria dimana enzim siklus krebs menyempurnakan oksidasi bahan bakar
organiknya (champbell, 2002)
Memasuki siklus krebs, asetil KoA direaksikan dengan asam
oksaloasetat (4C) menjadi asam piruvat (6C). selanjutnya asam oksaloasetat
memasuki daur menjadi berbagai macam zat yang akhirnya menjadi asam
oksalosuksinat. Dalam perjalanannya, 1C (CO2) dilepaskan. Pada tiap tahapan,
dilepaskan energi dalam bentuk ATP dan hidrogen. ATP yang dihasilkan langsung dapat
digunakan. Sebaliknya, hidrogen berenergi digabungkan dengan penerima hidrogen
yaitu NAD dan FAD, untuk dibawa ke sistem transport elektron. Dalam tahap ini
dilepaskan energi, dan hidrogen direasikan dengan oksigen membentuk air.
Seluruh reaksi siklus krebs berlangsung dengan memerlukan oksigen bebas
(aerob). Siklus krebs berlangsung didalam mitokondria
·
Transfer elektron.
Energi yang terbentuk dari peristiwa glikolisis dan
siklus krebs ada dua macam. Pertama dalam bentuk ikatan fosfat berenergi
tinggi, yaitu ATP atau GTP (Guanin Tripospat). Energi ini merupakan energi siap
pakai yang langsung dapat digunakan. Kedua dalam bentuk transport elektron,
yaitu NADH (Nikotin Adenin Dinokleutida) dan FAD (Flafin adenine dinukleotida)
dalam bentuk FADH2. Kedua macam sumber elektron ini dibawa kesistem transfer
elektron. Proses transfer elektron ini sangat komplek, pada dasarnya, elektron
dan H+ dan NADH dan FADH2 dibawa dari satu substrak ke substrak yang lain
secara berantai. Setiap kali dipindahkan, energi yang terlepas digunakan untuk
mengikatkan fosfat anorganik (P) kemolekul ADP sehingga terbentuk ATP. Pada
bagian akhir terdapat oksigen sebagai penerima, sehingga terbentuklah H2O.
katabolisme 1 glukosa melalui respirasi aerobik menghasilkan 3 ATP. Setiap reaksi
pada glikolisis, siklus krebs dan transport elektron dihasilkan senyawa –
senyawa antara. Senyawa itu digunakan bahan dasar anabolisme (Syamsuri, 1980).
Selama respirasi seluler, pemanenan energi makanan untuk
sintesis ATP jika satu molekul glukosa terurai secara sempurna maka fosforilasi
tingkat substrat menghasilkan 4 ATP dan fosforilasi oksidatif menghasilkan 34
ATP. Proses oksidasi satu molekul glukosa dapat memanen energi sebanyak 38 ATP.
Sementara itu, dalam oksidasi sempurna satu molekul glukosa melepaskan 686 kkal
(DG = -686 kkal/mol), dan fosforilasi ADP menjadi ATP menyimpan sedikitnya 7,3
kkal per mol ATP. Oleh karena itu, efisiensi respirasi adalah 7,3 kali 38
dibagi 686, atau kira-kira 40%. Sedangkan sisa energi simpanan hilang sebagai
panas untuk mempertahankan suhu tubuh, dan menghamburkan sisanya melalui
keringat dan mekanisme pendinginan lainnya (Campbell et al., 2002)
ATP yang dihasilkan dari sebuah molekul glukosa yang
dioksidasi di dalam sel, dari glikolisis sampai rantai respirasi antara lain:
a.
Glikolisis menghasilkan
1
NADH + H+ = 1 X 2 X 3 ATP = 6 ATP
2
ATP = 2 X 2 X 2 ATP = 4 ATP
Jumlah
= 10 ATP
Dipakai =
2 ATP
Hasil
bersih ATP glikolisis =
8 ATP
b.
Dekarboksilasi oksidatif menghasilkan
1
NADH + H+ = 1 X 2 X 3 ATP = 6 ATP
c.
Siklus krebs menghasilkan
3
NADH+H+ = 3 X 2 X 3 ATP = 18 ATP
1
FADH2 = 1 X 2 X 2 ATP = 4
ATP
1
ATP = 1X 2 X 1 ATP = 2 ATP
Jumlah
b + c
= 30 ATP
Jadi
hasil bersih ATP dalam respirasi dari 1 molekul glukosa adalah 38 ATP
(Guyton & Hall, 2016).
4.
Bagaimana tekanan
parsial?
Dimana yag kita ketahui perbedaan
tekanan parsial terjadi karena difusi. Tekanan parsial pada O2 di paru-paru
760m mmHg. Teknan parsial pada kapiler
darah arteri 100m mmHg dan di vena 40m mmHg.
Perbedaan tekanan pada pertukaran
gas di alveoli :
èPO2 udara > PO2 darah
-> O2 alveoli masuk ke dalam darah
èPCO2 darah > PCO2 alveoli -> co2 darah keluar ke
alvoli
Perbedaan tekanan pertukaran gas di jaringan :
èPO2 darah > PO2 jaringan -> o2 darah masuk ke jaringan
èPCO2 jaringan >
PCO2 darah -> CO2 dari jaringan masuk ke daarah
( Sherwood 2014 )
5.Apa perbedaan tekanan
atmosfir, alveolus dan jaringan ?
Perbedaan dalam
tekanan parsial antara darah kapiler dan struktur sekitar dikenal sebagai gradienttekanan parsial. Terdapat gradien takanan parsial
antara udara alveolus dan darah kapiler paru. Demikian juga, terdapat gradient
tekanan parsial antara darah kapiler sistemik dan jaringan sekitar. Suatu gas
selalu berdifusi menuruni gradien tekanan parsialnya dari daerah de dengan
tekanan parsial tinggi ke daerah dengan tekanan parsial yang lebih rendah,
serupa dengan difusi menuruni gradient konsentrasi.
Komposisi udara
alveolus tidak sama dengan komposisi udara atmosfer karena dua alasan. Pertama,
segera setelah udara atmosfer masuk ke saluran napas, pajanan ke saluran napas
yang lembap menyebabkan udara tersebut jenuh dengan H2O. Seperti gas lainnya,
uap air menimbulkan tekanan parsial. Pada suhu tubuh, tekanan parsial uap H2O
adalah 47 mmHg. Hum idifikasi udara yang dihirup ini pada hakikatnya
"mengencerkan" tekanan parsial gas-gas inpsirasi sebesar 47 mm Hg
karena jumlah tekanan-tekanan parsial harus sama dengan tekanan atmosfer 760 mm
Hg. Dalam udara lembap, PH2O = 47 mm Hg, PN2 = 563 mm Hg, dan
PO2 = 150 mm Hg. Kedua, PO2 alveolus juga lebih rendah daripada PO2 atmosfer karena
udara segar yang masuk (setara dengan rata rata 350 mL dari bagian volume tidal
500 mL) bercampur dengan sejumlah besar udara lama yang tersisa di paru dan
ruang mati pada akhir ekspirasi sebelumnya (kapasitas residual fungsional paru
rerata setara dengan 2200 mL). Pada akhir inspirasi, hanya sekitar 13% udara di
alveolus yang merupakan udara segar. Akibat pelembapan dan pertukaran udara
alveolus yang rendah ini, PO2 alveolus rerata adalah 100 mm Hg,
dibandingkan dengan PO2 atmosfer yang 160 mm Hg. Logis jika
kita berpikir bahwa PO2 alveolus akan meningkat selama
inspirasi karena datangnya udara segar dan menurun selama ekspirasi. Namun,
fluktuasi yang terjadi kecil saja, karena dua sebab. Pertama, hanya sebagian
kecil dari udara alveolus total yang dipertukarkan setiap kali bernapas. Volume
udara inspirasi kaya-O2 yang relatif kecil cepat bercampur dengan volume udara
alveolus yang tersisa (dengan PO2 lebih rendah) yang jumlahnya jauh
lebih banyak. Karena itu, O2 udara inspirasi hanya sedikit men ingkatkan kadar PO2 alveolus
total. Bahkan peningkatan PO2 yang kecil ini berukrangoleh sebab
lain. Oksigen secara terus-menerus berpindah melalui difusi pasif menuruni
gradien tekanan parsialnya dari alveolus ke dalam darah. O2 yang tiba di
alveolus dalam udara yang baru diinspirasi hanya mengganti O2 yang berdifusi
keluar alveolus masuk ke kapiler paru. Karena itu, PO2 alveolus
relatif tetap konstan pada sekitar 100 mm Hg sepanjang siklus pernapasan.
Karena P02 darah paru seimbang dengan PO2 alveolus, darah yang meninggalkan
paru juga cukup konstan pada nilai yang sama ini. Karena itu, jumlah O2 dalam
darah yang tersedia ke jaringan hanya bervariasi sedikit selama siklus
pernapasan.
 |
Situasi serupa
tetapi terbalik terjadi pada CO2, yang secara terusmenerus diproduksi oleh
jaringan tubuh sebagai produk sisa metabolism dan secara tetap ditambahkan ke
darah di tingkat kapiler sistemik. Di kapiler paru, CO2 berdifusi menuruni
gradien tekanan parsialnya dari darah ke dalam alveolus dan kemudian
dikeluarkan dari tubuh sewaktu ekspirasi. Seperti O2, Pco2 alveolus
relatif tetap konstan sepanjang siklus pernapasan tetapi dengan nilai yang
lebih rendah yaitu 40 mm Hg.
Sewaktu
melewati paru, darah mengambil O2 dan menyerahkan CO2 dengan difusi menuruni
gradien tekanan parsial yang terdapat antara darah dan alveolus. Ventilasi
secara terus-menerus mengganti O2 alveolus dan mengeluarkan CO2 sehingga
gradien tekanan parsial antara darah dan alveolus dipertahankan. Darah yang
masuk ke kapiler paru adalah darah vena sistemik yang
dipompa ke dalam paru melaluiarteri-arteri paru. Darah ini, yang baru kembali
dari jaringan tubuh,relatif kekurangan O2, dengan PO2
40 mm Hg, dan relatif kaya CO2,dengan PCO2
46 mm Hg. Sewaktu mengalir melalui kapiler paru,darah ini terpajan ke udara
alveolus (>Gambar
13-22). Karena PO2alveolus pada 100 mm Hg
adalah lebih tinggi daripada PO2
40 mmHg di darah yang masuk ke paru, O2 berdifusi menuruni gradienttekanan
parsialnya dari alveolus ke dalam darah hingga tidak lagiterdapat gradien.
Sewaktu meninggalkan kapiler paru, darahmemiliki PO2
sama dengan PO2 alveolus, yaitu 100 mm
Hg.Gradien tekanan parsial untuk CO2 memiliki arah berlawanan.Darah yang masuk
ke kapiler paru memiliki Pco2 46 mm Hg,sementara PCO2 alveolus hanya 40 mm Hg.
Karbon dioksidaberdifusi dari darah ke dalam alveolus hingga PCO2 darah
seimbangdengan PCO2 alveolus. Karena itu, darah yang meninggalkan kapiler paru memiliki
PCO2 40 mm Hg. Setelah meninggalkan paru, darah, yang kini memiliki PO2 100 mm
Hg dan PCO2 40 mm Hg, kembali ke jantung dan kemudian dipompa ke jaringan tubuh
sebagai darah arteri sistemik.
Perhatikan
bahwa darah yang kembali ke paru dari jaringan tetap mengandung O2 (PO2 darah vena
sistemik = 40 mm Hg) dan bahwa darah yang meninggalkan paru tetap mengandung
CO2 (PO2 darah arteri sistemik = 40 mm Hg).
Tambahan O2 yang dibawa oleh darah melebihi yang normalnya diserahkan ke
jaringan mencerminkan cadangan O2 yang dapat segera diambil oleh sel-sel
jaringan seandainya kebutuhan O2 mereka meningkat. CO2 yang tersisa di darah
bahkan setelah darah melewati paru berperan penting dalam keseimbangan
asam-basa tubuh karena CO2 menghasilkan asam karbonat. Selain itu, PCO2 arteri
penting untuk merangsang pernapasan. Mekanisme ini akan dibahas kemudian.
Jumlah O2 yang diserap di paru menyamai jumlah yang diekstraksi dan digunakan
oleh jaringan. Ketika jaringan melakukan metabolism secara lebih aktif
(misalnya sewaktu olahraga), jaringan mengektraksi lebih banyak O2 dari darah,
mengurangi PO2 vena sistemik lebih rendah daripada
40 mm Hg—sebagai contoh, ke PO2 30 mm Hg. Ketika darah ini kembali
ke paru, terbentuk gradien PO2 yang lebih besar daripada normal
antara darah yang baru datang dan udara alveolus. Perbedaan PO2 antara
alveolus dan darah kini mencapai 70 mm Hg (PO2 alveolus 100
mm Hg dan PO2 darah 30 mm Hg), dibandingkan
gradien PO2 normal sebesar 60 mm Hg (P02 alveolus 100
mm Hg dan P02 darah 40 mm Hg). Karena itu,
terdapat lebih banyak O2 yang berdifusi dari alveolus ke dalam darah menuruni
gradien tekanan parsial yang lebih besar sebelum P02 darah setara dengan P02
alveolus. Penambahan transfer O2 ke dalam darah ini mengganti peningkatan
jumlah O2 yang dikonsumsi, sehingga ambilan O2 menyamai pemakaian O2 meskipun
konsumsi O2 meningkat. Seining dengan lebih banyak O2 yang berdifusi dari
alveolus ke dalam darah karena peningkatan gradien tekanan parsial, ventilasi
juga dirangsang sehingga O2 lebih cepat masuk ke dalam alveolus dari udara
atmosfer untuk mengganti O2 yang berdifusi ke dalam darah. Demikian juga,
jumlah CO2 yangdipindahkan ke alveolus dari darah menyamai jumlah CO2 yang
diserap di jaringan.
6. Bagaimana proses
difusi pada membrane ?
Difusi dalam respirasi merupakan proses pertukaran gas antara
alveoli dengan darah pada kapiler paru. Proses difusi terjadi karena perbedaan
tekanan, gas berdifusi dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Salah satu ukuran
difusi adalah tekanan parsial.
Difusi
terjadi melalui membran respirasi yang merupakan dinding alveolus yang sangat
tipis dengan ketebalan rata-rata 0,5 mikron. Di dalamnya terdapat jalinan
kapiler yang sangat banyak dengan diameter 8 angstrom. Di dalam paru-paru
terdapat sekitar 300 juta alveoli dan bila dibentangkan dindingnya maka luasnya
mencapai 70 m2 pada orang dewasa normal. Saat difusi terjadi pertukaran gas
antara oksigen dan karbondioksida secara simultan. Saat inspirasi maka oksigen
akan masuk ke dalam kapiler paru dan saat ekspirasi karbondioksida akan
dilepaskan kapiler paru ke alveoli untuk dibuang ke atmosfer. Proses pertukaran
gas tersebut terjadi karena perbedaan tekanan parsial oksigen dan
karbondioksida antara alveoli dan kapiler paru.Volume gas yang berdifusi
melalui membran respirasi per menit untuk setiap perbedaan tekanan sebesar 1
mmHg disebut dengan kapasitas difusi. Kapasitas difusi oksigen dalam keadaan
istirahat sekitar 230 ml/menit. Saat aktivitas meningkat maka kapasitas difusi
ini juga meningkat karena jumlah kapiler aktif meningkat disertai dilatasi
kapiler yang menyebabkan luas permukaan membran difusi meningkat. Kapasitas
difusi karbondioksida saat istirahat adalah 400-450 ml/menit. Saat bekerja
meningkat menjadi 1200-1500 ml/menit (Guyton and Hall, 2014).
BAB
III
PENUTUP
3.1
Kesimpulan
Oksigen adalah komponen terpenting gas diudara yang menunjang
kehidupan manusia. Oksigen berfungsi sebagai bahan bakar dalam proses
metabolisme. Jika aliran oksigen
ke jaringan berkurang, atau jika penggunaan berlebihan di jaringan maka
metabolisme akan berubah dari aerobik ke metabolisme anaerobik untuk
menyediakan energi yang cukup untuk metabolisme. Oksigen disalurkan ke seluruh
tubuh melalui pembuluh darah dengan suatu mekanisme transpor oksigen dengan
bantuan tekanan parsial.
DAFTAR
PUSTAKA
Guyton A.C dan
Hall J. E., 2016. Buku Ajar Fisiologi
Kedokteran Edisi Revisi Berwarna ke-12. Singapore: Elsevier
Paulsen
F. & J. Waschke. 2015. Sobotta Atlas Anatomi Manusia, Edisi 23, Jilid 2: Anatomi Umum
dan Muskuloskeletal. Penerjemah : Brahm U. Penerbit.
Jakarta : EGC.
Sherwood , L. 2014. Fisiologi
Manusia dari Sel ke Sistem Edisi 8. Jakarta: EGC
0 comments:
Post a Comment