MODUL 4.2: SISTEM RESPIRASI: MENGAMBIL DAN MEMBUANG NAPAS KEHIDUPAN

2. Tujuan Pembelajaran

• Menganalisis struktur dan fungsi organ-organ dalam sistem respirasi manusia sebagai dasar untuk memahami keterkaitannya dengan sistem sirkulasi dan sistem ekskresi.

3. Materi Prasyarat

• Modul 0.2: Struktur Dasar Sel

• Modul 3.2: Katabolisme (khususnya konsep respirasi seluler)

• Modul 4.1: Sistem Sirkulasi: Jaringan Transportasi Tubuh

4. Apersepsi (Pembuka Konteks)

Saat musim pancaroba, berita tentang meningkatnya kasus ISPA (Infeksi Saluran Pernapasan Akut) sering kita dengar, terutama di kota-kota besar yang padat polusi. Gejalanya bisa berupa batuk, pilek, atau sesak napas. Penyakit ini menyerang "jalur pipa" udara di tubuh kita. Sebenarnya, seberapa canggih dan pentingnya sistem pernapasan kita? Mengapa gangguan sekecil debu atau virus di jalur ini bisa sangat memengaruhi seluruh tubuh kita? Mari kita selami sistem yang memungkinkan kita mengambil setiap napas berharga ini.

5. Uraian Materi

Sistem respirasi adalah serangkaian organ yang bertanggung jawab untuk mengambil oksigen (O₂) dari udara dan mengeluarkan karbon dioksida (CO₂) dari tubuh. Penting untuk membedakan antara pernapasan (breathing), yaitu proses mekanis menarik dan mengembuskan udara, dengan respirasi seluler, yaitu proses kimia di dalam sel untuk menghasilkan energi (ATP) yang telah kita bahas di Unit 3.

a. Jalur Udara: Dari Hidung hingga Paru-Paru

Udara menempuh perjalanan yang cukup panjang dan melalui berbagai "pos pemeriksaan" sebelum sampai ke tujuan utamanya.

• Hidung: Pintu gerbang utama. Di sini, udara pertama kali disaring oleh rambut hidung, dihangatkan oleh kapiler darah, dan dilembapkan oleh lapisan lendir (mukus). Ini adalah sistem penyaringan dan penyesuaian suhu pertama.

• Faring dan Laring: Faring adalah persimpangan antara saluran pernapasan dan pencernaan. Laring (pangkal tenggorokan) berisi pita suara, yang bergetar saat udara melewatinya untuk menghasilkan suara. Terdapat juga katup epiglotis yang secara refleks menutup saluran napas saat kita menelan, mencegah makanan seperti bakso atau seblak masuk ke paru-paru.

• Trakea (Batang Tenggorokan): Pipa yang diperkuat oleh cincin-cincin tulang rawan agar selalu terbuka. Dinding dalamnya dilapisi oleh silia (rambut getar) dan mukus. Mukus berfungsi menangkap debu dan kuman, sementara silia bergerak seperti sapu, mendorong kotoran tersebut ke atas untuk dikeluarkan (dibatukkan) atau ditelan.

• Bronkus dan Bronkiolus: Trakea bercabang menjadi dua bronkus (menuju paru-paru kanan dan kiri), yang kemudian bercabang lagi menjadi saluran-saluran yang lebih kecil disebut bronkiolus.

• Alveolus (Kantung Udara): Ujung dari bronkiolus adalah jutaan kantung udara kecil seperti anggur yang disebut alveolus. Di sinilah "keajaiban" pertukaran gas terjadi. Dindingnya sangat tipis (hanya selapis sel) dan dikelilingi oleh jaring-jaring kapiler darah yang sangat padat. Luas permukaan total semua alveolus jika dibentangkan bisa seluas lapangan tenis!

b. Mekanisme Pernapasan: Aksi Pompa Udara Alami

Proses menarik dan mengembuskan napas adalah hasil kerja otot yang mengubah volume dan tekanan di dalam rongga dada.

• Inspirasi (Menarik Napas): Otot diafragma (sekat otot di bawah paru-paru) berkontraksi dan mendatar. Otot antartulang rusuk juga berkontraksi, mengangkat tulang rusuk ke atas dan ke luar. Akibatnya, volume rongga dada membesar, tekanan udara di dalamnya menurun (lebih rendah dari tekanan atmosfer), sehingga udara dari luar masuk ke paru-paru.

• Ekspirasi (Mengembuskan Napas): Ini adalah proses yang lebih pasif. Otot diafragma dan otot antartulang rusuk berelaksasi. Akibatnya, volume rongga dada mengecil, tekanan udara di dalamnya meningkat (lebih tinggi dari tekanan atmosfer), sehingga udara terdorong keluar dari paru-paru.

c. Pertukaran Gas: Prinsip Sederhana Difusi

Pertukaran O₂ dan CO₂ terjadi di dua tempat utama, dan keduanya didasarkan pada prinsip difusi, yaitu perpindahan zat dari area bertekanan/konsentrasi tinggi ke area bertekanan/konsentrasi rendah.

• Di Paru-Paru (Respirasi Eksternal): Darah yang baru datang dari tubuh kaya akan CO₂ dan miskin O₂. Di alveolus, tekanan parsial O₂ sangat tinggi (karena baru menarik napas) dan tekanan parsial CO₂ rendah. Akibatnya, O₂ berdifusi dari alveolus ke darah, dan CO₂ berdifusi dari darah ke alveolus untuk diembuskan keluar.

• Di Jaringan Tubuh (Respirasi Internal): Darah yang datang dari paru-paru kaya akan O₂ dan miskin CO₂. Di sel-sel tubuh (misalnya sel otot), O₂ terus digunakan untuk respirasi seluler, sehingga tekanan parsialnya rendah. Sebaliknya, respirasi seluler menghasilkan CO₂, sehingga tekanan parsialnya tinggi. Akibatnya, O₂ berdifusi dari darah ke sel jaringan, dan CO₂ berdifusi dari sel jaringan ke darah untuk dibawa kembali ke paru-paru.

6. Istilah Penting

• Tekanan Parsial: Tekanan yang diberikan oleh satu jenis gas tertentu dalam campuran berbagai gas (seperti udara).

• Difusi: Perpindahan molekul dari area konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Kunci utama pertukaran gas.

• Hemoglobin (Hb): Protein pengikat oksigen di dalam sel darah merah.

• Silia: Rambut-rambut getar halus di saluran pernapasan yang berfungsi membersihkan kotoran.

• Diafragma: Otot utama yang berperan dalam mekanisme pernapasan.

• ISPA: Infeksi Saluran Pernapasan Akut, penyakit umum yang menyerang organ-organ sistem respirasi.

7. Miskonsepsi Umum: "Awas, Jangan Salah Paham!"

• Miskonsepsi: "Kita menghirup oksigen murni dan mengembuskan karbon dioksida murni."

• Fakta yang Benar: Udara yang kita hirup adalah campuran gas (sekitar 78% Nitrogen, 21% Oksigen, 0.04% Karbon Dioksida, dll). Udara yang kita embuskan juga masih berupa campuran gas, tetapi komposisinya berubah: kandungan oksigennya turun menjadi sekitar 16% dan kandungan karbon dioksidanya naik menjadi sekitar 4%. Jadi, kita tidak pernah menghirup atau mengembuskan gas murni.

8. Bantuan Visual

9. Contoh Soal TKA & Pembahasan

Stimulus:

Virus SARS-CoV-2, penyebab COVID-19, diketahui dapat menyerang dan merusak sel-sel epitel yang melapisi alveolus di paru-paru. Infeksi ini memicu respons peradangan hebat dari tubuh, yang menyebabkan penumpukan cairan dan sel-sel imun di dalam kantung alveolus. Akibatnya, ruang yang seharusnya terisi udara menjadi terisi oleh cairan.

Pertanyaan:

Analisis fisiologis manakah yang paling akurat dalam menjelaskan mengapa pasien COVID-19 dengan gejala pneumonia (paru-paru basah) berat sering mengalami hipoksia (kadar oksigen darah rendah) dan memerlukan bantuan oksigen?

A. Penumpukan cairan di alveolus secara fisik menghalangi otot diafragma untuk berkontraksi, sehingga pasien tidak dapat menarik napas.

B. Virus SARS-CoV-2 mengonsumsi seluruh oksigen di dalam alveolus untuk bereplikasi, sehingga tidak ada oksigen yang tersisa untuk masuk ke darah.

C. Cairan di dalam alveolus meningkatkan jarak dan menciptakan penghalang bagi difusi oksigen, sehingga laju perpindahan oksigen dari udara ke kapiler darah menurun secara drastis.

D. Suhu tubuh yang meningkat (demam) akibat infeksi menyebabkan hemoglobin tidak dapat mengikat oksigen sama sekali.

E. Sistem sirkulasi berhenti bekerja karena takut terinfeksi virus, sehingga darah tidak lagi mengalir ke paru-paru untuk mengambil oksigen.

Pembahasan:

• Analisis Konsep: Soal ini menguji penalaran (L3) tentang bagaimana perubahan struktur (adanya cairan di alveolus) memengaruhi fungsi fisiologis (difusi gas).

• Analisis Stimulus: Kunci masalahnya adalah cairan di dalam alveolus. Normalnya, alveolus berisi udara. Pertukaran gas terjadi melalui difusi melintasi membran yang sangat tipis.

• Analisis Opsi:

• A: Salah. Mekanisme pernapasan (kontraksi otot) mungkin menjadi lebih berat, tetapi penyebab utama hipoksia adalah kegagalan pertukaran gas, bukan kegagalan mekanis otot.

• B: Salah. Virus tidak "memakan" oksigen. Mereka menggunakan mesin sel inang untuk bereplikasi. Oksigen tetap ada di udara yang dihirup, masalahnya adalah oksigen tersebut tidak bisa masuk ke darah.

• C: Benar. Prinsip difusi sangat bergantung pada jarak. Dinding alveolus dan kapiler yang normal sangat tipis. Adanya lapisan cairan di antara udara dan kapiler akan mempertebal jarak difusi secara signifikan. Akibatnya, laju perpindahan oksigen dari udara di alveolus ke darah di kapiler menjadi sangat lambat dan tidak efisien, menyebabkan kadar oksigen dalam darah (saturasi) turun drastis.

• D: Salah. Suhu tinggi memang sedikit mengurangi afinitas hemoglobin terhadap oksigen, tetapi tidak menghentikannya sama sekali. Penyebab utama hipoksia adalah masalah difusi, bukan masalah pengikatan.

• E: Salah. Sistem sirkulasi tidak "berhenti". Justru jantung seringkali bekerja lebih keras untuk mengkompensasi kekurangan oksigen.

• Jawaban yang Benar: C.

10. Rangkuman

• Sistem respirasi berfungsi untuk pertukaran O₂ dan CO₂ antara tubuh dan lingkungan.

• Udara masuk melalui hidung, trakea, bronkus, hingga mencapai alveolus di paru-paru.

• Mekanisme pernapasan diatur oleh kontraksi dan relaksasi otot diafragma dan antartulang rusuk.

• Pertukaran gas (O₂ dan CO₂) di paru-paru dan jaringan terjadi melalui proses difusi, yang didorong oleh perbedaan tekanan parsial.

• Kesehatan saluran napas dan alveolus sangat krusial untuk efisiensi pertukaran gas.

11. Refleksi & Aplikasi

1. Banyak perokok berat mengalami batuk kronis. Menggunakan pengetahuanmu tentang struktur trakea, jelaskan mengapa hal ini terjadi!

2. Saat mendaki gunung yang sangat tinggi, beberapa orang bisa mengalami "penyakit ketinggian" dengan gejala pusing dan sesak napas. Hubungkan fenomena ini dengan konsep tekanan parsial oksigen.

3. Mengapa bernapas melalui hidung dianggap lebih sehat daripada bernapas melalui mulut, terutama saat berada di lingkungan yang berdebu atau dingin?