Mekanisme Pertukaran Gas O2 dan CO2 di dalam tubuh

Bernapas merupakan pengambilan udara masuk berupa oksigen (O2) ke dalam paru-paru dan mengeluarkannya kembali dalam bentuk karbon dioksida (CO2) dan uap air. Pengambilan udara masuk ke dalam paru-paru disebut dengan inspirasi dan proses pengeluarannya kembali disebut ekspirasi. Pada proses tersebut terjadi pertukaran gas secara difusi. Paru-paru merupakan bagian terpenting dari organ-organ yang berperan dalam sistem pernapasan. Dalam sistem organ pada manusia, paru-paru memiliki 2 fungsi yaitu sebagai organ respirasi(pernapasan) dan ekskresi.
Berdasarkan otot yang berperan aktif pada proses pernapasan, pernapasan pada manusia dapat dibedakan menjadi pernapasan dada dan pernapasan perut. Pernapasan juga dapat dibedakan menjadi langsung dan tidak langsung. Pada pernapasan langsung, pengambilan udara pernapasan dilakukan secara langsung oleh permukaan tubuh dan pada pernapasan tidak langsung melalui saluran pernapasan. Manusia bernapas secara tidak langsung, artinya udara pernapasan tidak berdifusi langsung melalui seluruh permukaan kulit.
Jika dilihat dari tahapannya, pernapasan atau pertukaran gas pada manusia berlangsung melalui dua tahap yaitu pernapasan luar (eksternal) dan pernapasan dalam (internal). Perbedaan pernapasan luar dan dalam adalah sebagai berikut.

1. Pernapasan Luar (Eksternal)
Pernapasan luar merupakan pertukaran gas di dalam paru-paru. Proses yang terjadi pada pernapasan eksternal adalah pertukaran O2 dari udara dalam alveolus dengan CO2 dalam kaplier darah. Proses tersebut berlangsung secara difusi.
Mekanisme Pertukaran Gas O2 dan CO2 di dalam tubuh
pertukaran gas O2 dan CO2 pada alveolus (sumber: google image)

Penyebab terjadinya difusi O2 dan CO2 di dalam paru-paru ini dikarenakan  adanya perbedaan tekanan parsial. Proses difusi akan terjadi dari daerah yang bertekanan parsial tinggi ke daerah yang bertekanan parsial rendah. Udara yang sampai alveoli memiliki tekanan O2 yang lebih tinggi dan tekanan CO2 yang lebih rendah dibandingkan dengan darah dalam pembuluh arteri yang melewati alveoli. Karena tekanan O2 di alveolus lebih tinggi daripada di pembuluh darah, maka O2 akan berdifusi ke dalam darah. Pada saat yang bersamaan dengan difusi oksigen, terjadi juga difusi CO2 dengan arah yang berlawanan, yaitu dari darah ke udara dalam rongga alveolus. Tekanan parsial CO2 dalam alveolus lebih rendah daripada di pembuluh darah, sehingga CO2 berdifusi dari darah ke alveolus.
Saat darah meninggalkan kapiler di alveolus, darah tersebut telah memiliki tekanan O2 yang lebih tinggi dan tekanan CO2 yang lebih rendah. Kemudian jantung memompa darah yang kaya akan O2 tersebut dari paru-paru ke seluruh tubuh.
Dalam darah, oksigen diikat oleh hemoglobin. Hemoglobin adalah sejenis protein yang terdapat sel darah merah yang terdiri atas hemin dan globin. Hemin memiliki unsur besi (Fe) yang menjadi pusat dari molekul hemoglobin. Hemoglobin inilah yang menyebabkan darah bewarna merah. Dalam unsur besi ini, terjadi pengikatan oksigen (proses oksigenasi) sehingga terbentuk oksihemoglobin (HbO2).
Hb + O2⎯→ HbO2

2. Pernapasan Dalam (Internal)
Pernapasan dalam (pernapasan internal) adalah pertukaran O2 dari aliran darah dengan CO2 dari sel-sel jaringan tubuh. Pertukaran gas di dalam jaringan terjadi dengan prinsip yang sama dengan yang terjadi di paru-paru.
Mekanisme Pertukaran Gas O2 dan CO2 di dalam tubuh
pertukaran gas O2 dan CO2 pada jaringan tubuh

Difusi oksigen keluar dari darah dan masuk ke dalam cairan jaringan dapat terjadi, karena tekanan oksigen di dalam cairan jaringan lebih rendah dibandingkan di dalam darah. Hal ini disebabkan karena sel-sel secara terus-menerus menggunakan oksigen dalam respirasi selular. Oksigen digunakan sel-sel tubuh untuk proses pembakaran (oksidasi) untuk menghasilkan energi. Tekanan parsial O2 pada kapiler darah nadi 100 mmHg dan tekanan parsial O2 dalam jaringan tubuh kurang dari 40 mmHg.
Perbedaan tekanan menyebabkan oksigen dalam darah dilepaskan dari oksihemoglobin ke dalam jaringan tubuh atau sel.
Reaksinya adalah sebagai berikut.
HbO→ Hb + O2
Selanjutnya O2 akan diterima oleh mitokondria untuk mengoksidasi zat makanan(glukosa) sehingga dapat dihasilkan energi, gas CO2, dan uap air. Mitokondria adalah organel sel yang berperan sebagai tempat berlangsungnya respirasi sel. Selain membutuhkan O2, respirasi sel juga membutuhkan zat makanan. Ternyata ada kerja sama yang sinergis antara sistem pernapasan dan sistem pencernaan untuk melaksanakan proses oksidasi biologi guna menghasilkan energi. Hal tersebut merupakan contoh bahwa sistem organ yang ada dalam tubuh kita saling berhubungan.
Karena karbon dioksida secara terus-menerus dihasilkan oleh sel-sel tubuh sebagai salah satu sisa metabolisme, maka tekanan karbon dioksida menjadi tinggi. Tekanan parsial CO2 dalam jaringan 60 mmHg dan dalam kapiler darah 41 mmHg. Hal tersebutlah yang menyebabkan O2 dapat berdifusi ke dalam jaringan dan CO2 berdifusi ke luar jaringan. CO2 akan berdifusi masuk ke kapiler vena darah. CO2 ini akan diangkut oleh kapiler vena darah menuju alveolus.

Pengangkutan CO2 di dalam darah dapat dilakukan dengan tiga cara berikut.
1. Sekitar 60–70% CO2 diangkut dalam bentuk ion bikarbonat (HCO3–) oleh plasma darah, setelah asam karbonat yang terbentuk dalam darah terurai menjadiion hidrogen (H+) dan ion bikarbonat (HCO3–). Ion H+ bersifat racun, oleh sebab itu ion ini segera diikat Hb, sedangkan ion HCO3– meninggalkan eritrosit masuk ke plasma darah. Kedudukan ion HCO3– dalam eritrosit diganti oleh ion klorit.
Persamaan reaksinya sebagai berikut.
H2O + CO2→ H2CO3→ H++ HCO3
2. Lebih kurang 25% CO2 diikat oleh hemoglobin membentuk karboksihemoglobin. Secara sederhana, reaksi CO2 dengan Hb ditulis sebagai berikut.
CO2 + Hb → HbCO2
Karboksihemoglobin disebut juga karbominohemoglobin karena bagian dari hemoblogin yang mengikat CO2 adalah gugus asam amino.
Reaksinya sebagai berikut.
CO2+ RNH2→ RNHCOOH
3. Sekitar 6–10% CO2 diangkut plasma darah dalam bentuk senyawa asam karbonat (H2CO3).


Tidak semua CO2 yang diangkut darah melalui paru-paru dibebaskan ke udara bebas. Darah yang melewati paru-paru hanya membebaskan 10% CO2. Sisanya sebesar 90% tetap bertahan di dalam darah dalam bentuk ion-ion bikarbonat. Ion-ion bikarbonat dalam darah ini sebagai buffer atau penyangga karena mempunyai peran penting dalam menjaga stabilitas pH darah. Apabila terjadi gangguan pengangkutan CO2 dalam darah, kadar asam karbonat (H2CO3) akan meningkat sehingga akan menyebabkan turunnya kadar alkali darah yang berperan sebagai larutan buffer.
Jika diilustrasikan perbedaan pernapasan eksternal dan internal adalah sebagai berikut.
Mekanisme Pertukaran Gas O2 dan CO2 di dalam tubuh
Perbedaan pernapasan eksternal(kanan) dan pernapasan internal (kiri)
Latest
Previous
Next Post »