Sistem pernapasan adalah sistem biologis yang terdiri dari organ dan struktur tertentu yang digunakan untuk pertukaran gas pada hewan dan tumbuhan.
Anatomi dan fisiologi yang membuat hal ini terjadi sangat bervariasi, tergantung pada ukuran organisme, lingkungan tempat tinggalnya, dan sejarah evolusinya. Pada hewan darat, permukaan pernapasan diinternalisasi sebagai lapisan paru-paru.
Pertukaran gas di paru-paru terjadi dalam jutaan kantung udara kecil yang disebut alveoli pada mamalia dan reptil, tetapi atrium pada burung. Kantung udara mikroskopis ini memiliki suplai darah yang sangat kaya, yang membuat udara bersentuhan dengan darah.
Pernapasan (atau ventilasi) adalah proses pergerakan udara masuk dan keluar dari paru-paru untuk memfasilitasi pertukaran gas dengan lingkungan internal, terutama dengan membawa oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida.
Semua makhluk aerobik membutuhkan oksigen untuk respirasi sel, yang menggunakan oksigen untuk memecah makanan menjadi energi dan menghasilkan karbon dioksida sebagai produk limbah.
Respirasi, atau “respirasi eksternal,” membawa udara ke paru-paru di mana pertukaran gas terjadi di alveoli melalui difusi. Sistem peredaran darah tubuh membawa gas-gas ini ke dan dari sel-sel, di mana ” respirasi seluler ” terjadi .
Respirasi semua vertebrata dengan paru-paru terdiri dari siklus berulang inhalasi dan ekspirasi melalui sistem tabung atau saluran udara yang sangat bercabang yang mengarah dari hidung ke alveoli.
Jumlah siklus pernapasan per menit adalah laju pernapasan, dan merupakan salah satu dari empat tanda vital utama kehidupan.
Dalam kondisi normal, kedalaman dan laju respirasi secara otomatis dan tidak sadar dikendalikan oleh berbagai mekanisme homeostatis yang menjaga tekanan parsial karbon dioksida dan oksigen dalam darah arteri konstan.
Mempertahankan tekanan parsial karbon dioksida dalam darah arteri tidak berubah di bawah berbagai keadaan fisiologis memberikan kontribusi signifikan terhadap kontrol ketat pH cairan ekstraseluler (ECF).
Respirasi berlebihan ( hiperventilasi ) dan respirasi yang tidak mencukupi (hipoventilasi), yang masing-masing menurunkan dan meningkatkan tekanan arteri parsial karbon dioksida, menyebabkan peningkatan pH cairan ekstraseluler pada kasus pertama dan penurunan pH pada kasus kedua. Keduanya menyebabkan gejala yang menyedihkan.
Pernapasan memiliki fungsi penting lainnya. Ini menyediakan mekanisme untuk berbicara, tertawa, dan ekspresi emosi yang serupa. Ini juga digunakan untuk refleks, seperti menguap, batuk, dan bersin.
Hewan yang tidak dapat melakukan termoregulasi melalui keringat, karena kekurangan kelenjar keringat yang cukup, dapat kehilangan panas melalui penguapan melalui terengah-engah.
Ilmu urai
Pada manusia, saluran pernapasan merupakan bagian dari anatomi sistem pernapasan yang berperan dalam proses pernapasan. Anda menghirup udara melalui hidung atau mulut.
Di rongga hidung, lapisan selaput lendir bertindak sebagai filter dan menjebak polutan dan zat berbahaya lainnya yang ditemukan di udara.
Udara kemudian bergerak ke faring, bagian yang berisi persimpangan antara kerongkongan dan laring.
Pembukaan laring memiliki lipatan tulang rawan khusus, epiglotis, yang terbuka untuk memungkinkan udara melewatinya, tetapi menutup untuk mencegah makanan masuk ke saluran udara.
Dari laring, udara bergerak ke trakea dan ke persimpangan yang bercabang membentuk bronkus primer kanan dan kiri.
Masing-masing bronkus bercabang menjadi bronkus sekunder (lobar) yang bercabang menjadi bronkus tersier (segmental) yang bercabang menjadi saluran udara yang lebih kecil yang disebut bronkiolus yang akhirnya terhubung dengan struktur khusus kecil yang disebut alveoli yang berfungsi dalam pertukaran gas.
Paru-paru di rongga dada dilindungi dari kerusakan fisik oleh tulang rusuk. Di dasar paru-paru terdapat lembaran otot rangka yang disebut diafragma.
Diafragma memisahkan paru-paru dari lambung dan usus. Diafragma juga merupakan otot pernapasan utama yang terlibat dalam pernapasan dan dikendalikan oleh sistem saraf simpatik.
Paru-paru tertutup dalam membran serosa yang melipat ke dalam dirinya sendiri untuk membentuk pleura – penghalang pelindung dua lapis.
Pleura visceralis interna menutupi permukaan paru-paru dan pleura parietal eksterna menempel pada permukaan interna rongga toraks. Pleura membungkus rongga yang disebut rongga pleura yang berisi cairan pleura.
Cairan ini digunakan untuk mengurangi jumlah gesekan yang dialami paru-paru saat bernafas.
Mekanisme pernapasan
Paru-paru tidak mampu mengembang dan hanya akan mengembang bila terjadi peningkatan volume rongga dada.
Pada manusia, seperti pada mamalia lain, ini dicapai terutama dengan mengontraksikan diafragma, tetapi juga dengan mengontraksikan otot-otot interkostal yang menarik tulang rusuk.
Selama inhalasi paksa, otot-otot inhalasi yang menghubungkan tulang rusuk dan tulang dada ke vertebra serviks dan dasar tengkorak, dalam banyak kasus melalui perlekatan menengah ke klavikula, membesar-besarkan gerakan pegangan pompa dan sendok pompa, menyebabkan a perubahan yang lebih besar dalam volume rongga dada.
Selama pernafasan, saat istirahat, semua otot pernafasan rileks, mengembalikan dada dan perut ke posisi yang disebut “posisi istirahat”, yang ditentukan oleh elastisitas anatomisnya.
Pada titik ini, paru-paru mengandung kapasitas residu fungsional udara, yang pada manusia dewasa memiliki volume sekitar 2,5-3,0 liter.
Selama pernapasan berat (hiperpnea), seperti saat berolahraga, pernafasan disebabkan oleh relaksasi semua otot saat menghirup (dengan cara yang sama seperti saat istirahat).
Tapi, selain itu, otot perut, bukannya pasif, sekarang berkontraksi kuat sehingga tulang rusuk tertarik ke bawah (depan dan samping).
Hal ini tidak hanya mengurangi ukuran tulang rusuk, tetapi juga mendorong organ perut ke atas melawan diafragma dan dengan demikian membengkak jauh ke dalam dada.
Volume paru ekshalasi akhir sekarang lebih sedikit udara daripada ” kapasitas residu fungsional ” saat istirahat.
Namun, pada mamalia normal, paru-paru tidak dapat kosong sepenuhnya. Pada manusia dewasa, setidaknya satu liter udara sisa selalu tertinggal di paru-paru setelah ekspirasi maksimal.
Pernapasan diafragma menyebabkan perut membengkak dan kembali ke atas secara berirama. Oleh karena itu, sering disebut sebagai “pernapasan perut”. Istilah-istilah ini sering digunakan secara bergantian karena mereka menggambarkan tindakan yang sama.
Ketika otot-otot aksesori inhalasi diaktifkan, terutama selama pernapasan yang sulit, klavikula terangkat ke atas, seperti dijelaskan di atas.
Manifestasi luar dari penggunaan otot-otot aksesori dari inhalasi ini kadang-kadang disebut respirasi klavikularis, yang terlihat terutama selama serangan asma dan pada orang dengan penyakit paru obstruktif kronik .
Jalur udara
Udara biasanya dihirup dan dihembuskan melalui hidung.
Rongga hidung (antara lubang hidung dan faring) cukup sempit, pertama dibagi dua oleh septum hidung dan, kedua, oleh dinding lateral yang memiliki beberapa lipatan atau rak memanjang, yang disebut conchae nasales.
Dengan demikian memaparkan sebagian besar selaput lendir hidung ke udara saat Anda menghirup (dan menghembuskan napas).
Hal ini menyebabkan udara yang dihirup menyerap uap air dari lendir lembab dan panas dari pembuluh darah di bawahnya, sehingga udara hampir jenuh dengan uap air dan hampir mencapai suhu tubuh ketika mencapai laring.
Sebagian dari kelembaban dan panas ini ditangkap kembali saat udara yang dihembuskan bergerak di atas lendir yang sebagian kering dan dingin di lubang hidung selama ekspirasi. Lendir lengket juga menjebak banyak partikel yang Anda hirup, mencegahnya mencapai paru-paru Anda.
Saluran udara bawah
Anatomi sistem pernapasan mamalia yang khas, di bawah struktur yang biasanya terdaftar di antara “saluran udara atas” (rongga hidung, faring, dan laring), sering digambarkan sebagai pohon pernapasan atau pohon trakeobronkial.
Saluran udara yang lebih besar menimbulkan cabang yang sedikit lebih sempit, tetapi lebih banyak daripada saluran udara “batang” yang menimbulkan cabang.
Pohon pernapasan manusia dapat terdiri, rata-rata, dari 23 cabang seperti itu di saluran udara yang semakin kecil, sedangkan pohon pernapasan tikus memiliki hingga 13 cabang seperti itu.
Divisi proksimal (yang paling dekat dengan puncak pohon, seperti trakea dan bronkus) berfungsi terutama untuk mengalirkan udara ke saluran udara bagian bawah.
Divisi posterior, seperti bronkiolus respiratorius, duktus alveolaris, dan alveolus, dikhususkan untuk pertukaran gas.
Trakea dan bagian pertama dari bronkus utama berada di luar paru-paru. Sisa cabang “pohon” di dalam paru-paru, akhirnya menyebar ke setiap bagian paru-paru.
Alveoli adalah terminal buta dari “pohon”, yang berarti bahwa setiap udara yang masuk harus keluar melalui rute yang sama dengan yang digunakan untuk memasuki alveoli.
Sistem seperti ini menciptakan ruang mati, volume udara yang mengisi saluran udara (ruang mati) pada akhir inhalasi, dan dihembuskan, tidak berubah, selama ekspirasi berikutnya, tanpa pernah mencapai alveoli.
Demikian pula, ruang mati diisi dengan udara alveolus pada akhir ekspirasi, dan ini adalah udara pertama yang Anda hirup kembali ke alveolus, sebelum udara segar mencapai alveolus selama inhalasi. Volume ruang mati manusia dewasa yang khas adalah sekitar 150 ml.
Pertukaran gas
Tujuan utama respirasi adalah untuk membawa udara atmosfer (dalam dosis kecil) ke alveolus dimana terjadi pertukaran gas dengan gas dalam darah. Keseimbangan tekanan parsial gas dalam darah alveolus dan udara alveolus terjadi melalui difusi.
Pada akhir setiap pernafasan, paru-paru manusia dewasa masih mengandung 2.500-3.000 ml udara, kapasitas residu fungsionalnya, atau FRC. Dengan setiap napas (penghirupan) hanya sekitar 350 ml suasana hangat dan lembab yang ditambahkan dan bercampur dengan baik, dengan kapasitas residu fungsional.
Akibatnya, komposisi gas dari kapasitas residu fungsional berubah sangat sedikit selama siklus respirasi.
Karena darah kapiler paru diseimbangkan oleh campuran udara yang hampir tidak berubah ini di paru-paru (yang memiliki komposisi yang sangat berbeda dari udara ambien), tekanan parsial gas darah arteri juga tidak berubah setiap kali bernapas.
Oleh karena itu, jaringan tidak terkena osilasi oksigen dan tekanan karbon dioksida dalam darah selama siklus respirasi, dan kemoreseptor perifer dan pusat tidak perlu ‘memilih’ titik dalam siklus respirasi untuk mengukur gas darah dan meresponsnya. .
Oleh karena itu, kontrol homeostatis laju pernapasan hanya bergantung pada tekanan parsial oksigen dan karbon dioksida dalam darah arteri. Ini juga menjaga kestabilan pH darah.
Kontrol
Laju dan kedalaman pernapasan secara otomatis dikendalikan oleh pusat pernapasan yang menerima informasi dari kemoreseptor perifer dan sentral.
Kemoreseptor ini terus memantau tekanan parsial karbon dioksida dan oksigen dalam darah arteri.
Sensornya adalah, pertama, kemoreseptor sentral pada permukaan medula oblongata batang otak, yang sangat sensitif terhadap pH, serta terhadap tekanan parsial karbon dioksida dalam darah dan cairan serebrospinal.
Kelompok sensor kedua mengukur tekanan parsial oksigen dalam darah arteri. Secara kolektif, yang terakhir dikenal sebagai kemoreseptor perifer yang ditemukan di badan aorta dan karotis.
Informasi dari semua kemoreseptor ini ditransmisikan ke pusat pernapasan pons dan batang otak, yang menanggapi penyimpangan tekanan parsial karbon dioksida dan oksigen dalam darah arteri dari normal.
Dengan mengatur kecepatan dan kedalaman respirasi, sedemikian rupa untuk mengembalikan tekanan parsial karbon dioksida kembali ke 5,3 kPa (40 mm Hg), pH menjadi 7,4 dan, pada tingkat lebih rendah, tekanan parsial oksigen ke 13 kPa (100 mmHg).
Misalnya, olahraga meningkatkan produksi karbon dioksida dengan melatih otot. Karbon dioksida ini berdifusi ke dalam darah vena dan akhirnya meningkatkan tekanan parsial karbon dioksida dalam darah arteri.
Ini segera dideteksi oleh kemoreseptor karbon dioksida di batang otak.
Pusat pernapasan merespon informasi ini dengan meningkatkan kecepatan dan kedalaman pernapasan sedemikian rupa sehingga tekanan parsial karbon dioksida dan oksigen dalam darah arteri segera kembali ke tingkat yang sama seperti saat istirahat.
Pusat pernapasan berkomunikasi dengan otot-otot pernapasan melalui saraf motorik, di mana saraf frenikus, yang mempersarafi diafragma, mungkin yang paling penting.
Pernapasan otomatis dapat diganti sampai batas tertentu dengan pilihan sederhana, atau untuk memfasilitasi renang, berbicara, menyanyi, atau latihan vokal lainnya.
Tidak mungkin untuk menekan keinginan untuk bernapas sampai hipoksia , tetapi pelatihan dapat meningkatkan kemampuan untuk menahan napas; Misalnya, pada Februari 2016, seorang penyelam bebas profesional Spanyol memecahkan rekor dunia untuk menahan napas di bawah air hanya dalam waktu 24 menit.
Ada juga refleks kontrol napas otomatis lainnya.
Berendam, terutama di wajah, dalam air dingin, memicu respons yang disebut refleks menyelam. Ini pertama memiliki hasil menutup saluran udara terhadap masuknya air. Tingkat metabolisme melambat.
Ini dikombinasikan dengan vasokonstriksi parah dari arteri di ekstremitas dan jeroan perut. Ini cadangan oksigen yang ada dalam darah dan paru-paru pada awal penyelaman, hampir secara eksklusif untuk jantung dan otak.
Refleks menyelam adalah respons yang sering digunakan oleh hewan yang secara rutin perlu menyelam, seperti penguin, anjing laut, dan paus. Hal ini juga lebih efektif pada bayi dan anak-anak yang sangat muda daripada pada orang dewasa.
Pertahanan terhadap infeksi
Lapisan epitel saluran pernapasan bagian atas diselingi dengan sel goblet yang mengeluarkan lendir pelindung. Ini membantu menyaring limbah, yang akhirnya tertelan ke dalam lingkungan perut yang sangat asam atau dikeluarkan dengan meludah.
Epitel yang melapisi saluran pernapasan ditutupi dengan rambut-rambut kecil yang disebut silia. Ini berdetak secara berirama dari paru-paru, memindahkan partikel lendir asing yang disekresikan ke atas dan keluar dari laringofaring, dalam proses yang disebut eskalator mukosiliar.
Selain menjaga saluran pernapasan bagian bawah tetap steril, mereka mencegah akumulasi lendir di paru-paru. Makrofag di alveoli adalah bagian dari sistem kekebalan yang menelan dan mencerna agen berbahaya yang dihirup.
Rambut di lubang hidung memainkan peran protektif, menjebak partikel seperti debu. Refleks batuk mengusir semua iritasi di dalam selaput lendir ke luar.
Saluran udara paru-paru mengandung cincin otot. Ketika saluran teriritasi oleh alergen , otot-otot ini dapat berkontraksi.
Gangguan pernafasan
Pola pernapasan abnormal meliputi napas Kussmaul, napas Biot, dan napas Cheyne-Stokes.
Gangguan pernapasan lainnya termasuk sesak napas ( dispnea ), stridor, apnea, sleep apnea ( apnea tidur obstruktif ), pernapasan mulut, dan mendengkur.
Banyak kondisi yang berhubungan dengan saluran udara yang tersumbat. hypopnea mengacu bernapas terlalu dangkal; hyperpnea mengacu pada pernapasan cepat dan dalam yang disebabkan oleh permintaan lebih banyak oksigen, seperti melalui olahraga.
Istilah hipoventilasi dan hiperventilasi juga mengacu pada pernapasan dangkal dan pernapasan cepat dan dalam, masing-masing, tetapi dalam keadaan atau penyakit yang tidak tepat.
Namun, perbedaan ini (antara, misalnya, hiperpnea dan hiperventilasi) tidak selalu terpenuhi, itulah sebabnya istilah ini sering digunakan secara bergantian.
Berbagai tes napas dapat digunakan untuk mendiagnosis kondisi seperti intoleransi diet. Sebuah rhinomanometer menggunakan teknologi akustik untuk memeriksa aliran udara melalui saluran hidung.
Pernapasan dan suasana hati
Pola pernapasan tertentu cenderung terjadi dengan suasana hati tertentu. Karena hubungan ini, para praktisi dari berbagai disiplin ilmu percaya bahwa mereka dapat mendorong munculnya suasana hati tertentu dengan mengadopsi pola pernapasan tertentu.
Misalnya, dan mungkin rekomendasi yang paling umum, adalah bahwa pernapasan dalam yang menggunakan diafragma dan perut lebih banyak dapat mendorong suasana hati yang lebih santai dan percaya diri.
Praktisi dari berbagai disiplin ilmu sering menginterpretasikan pentingnya pengaturan pernapasan dan pengaruhnya terhadap suasana hati dengan cara yang berbeda.
Umat Buddha mungkin menganggapnya membantu memicu rasa kedamaian batin, penyembuh holistik yang mempromosikan kesehatan umum, dan konselor bisnis yang memberikan bantuan stres berbasis pekerjaan.