Mekanisme Kontrol Respirasi

MEKANISME KONTROL RESPIRASI

Sistem pernafasan manusia merupakan suatu susunan yang sangat kompleks. Mulai dari alat tubuh yang dipergunakan dalam bernapas maupun dari segi bagaimana ia dapat bekerja secara optimal. Allah swt telah menciptakan susunan ini dengan begitu sempurna, tiada cacat sedikitpun. Setiap sel dan jaringan yang menyusunnya memiliki fungsi dan peranannya tersendiri. Strukturnya yang begitu rumit menjadikan sistem ini begitu istimewa untuk menopang kehidupan kita para manusia. Pola napas pada saat tubuh menjalani exercise tidak bisa dipertahankan secara otonom karena tubuh kala itu butuh pasokan oksigen lebih banyak dari biasanya, sehingga harus dibantu dengan faktor lain. Secara umum, sistem kontrol respirasi diambil alih oleh kerja sistem saraf pusat di bagian bilateral medula oblongata dan pons pada batang otak. Daerah ini dibagi menjadi 3 kelompok neuron utama : 1. Kelompok pernapasan dorsal, terletak di bagian dorsal (belakang) medula yang terutama menyebabkan inspirasi. 2. Kelompok pernapasan ventral, terletak di ventrolateral (depan samping) medula, yang terutama menyebabkan inspirasi dan ekspirasi yang lebih dalam. 3. Pusat pneumotaksik, terletak di sebelah dorsal bagian superior pons, tepatnya di sebelah dorsal nuklous parabrakialis pada pons bagian atas, yang terutama mengatur kecepatan dan kedalaman napas. Respirasi adalah pertukaran gas antara mahluk hidup dengan lingkungan sekitarnya. Pada serangga oxigen dibawa langsung ke selsel melalui suatu sistem percabangan trachea yang cukup efisien.pada katak respirasi terjadi 50% melalui kulit, dan sisanya melalui sistem sirkulasi pulmonal. Pertukaran gas pada manusia melalui sistem sirkulasi pulmonal yang kompleks, dimana oksigen didistribusikan dan CO2 dikeluarkan dari seluruh sel-sel tubuh. Respirasi Respirasi pada manusia dibagi menjadi respirasi eksternal dan respirasi internal. Respirasi eksternal adalah pertukaran gas antara darah dan udara di lingkungan sekitar, terbagi dalam empat proses : 1. Ventilasi : Pergerakan massa udara dari luar ke dalam alveoli dan distribusinya di dalam alveoli.

2. Mixing : Distribusi intrapulmonal molekul gas (alveolar) 3. Diffusi : Proses masuknya gas melewati membran alveoli-kapiler. 4. Perfusi alveolar-sirkulasi kapiler : pengambilan gas oleh aliran darah pulmonal Respirasi internal adalah pertukaran gas antara darah dan jaringan, terdiri dari empat proses : 1. Sirkulasi arteri dalam menghantarkan darah yang mengandung oksigen. 2. Distribusi kapiler 3. Difusi : Proses masuknya gas ke dalam ruang interstitial dan melewati melewati membran 4. Metabolisme seluler melibatkan enzim respirasi. Pada dasarnya, ventilasi bervariasi berdasarkan metabolisme individu dan reaksi kimia di darah. Ventilasi yang efisien tergantung pada : 1. Struktur normal 2. Koordinasi kerja otot 3. Perbedaan tekanan gas 4. Integrasi neuromuskuler

Kemoreseptor Input afferen yang paling penting terhadap neuron-neuron di pusat respirasi datang dari kemoreseptor sentral dan perifer. Kemoreseptor sentral terletak pada permukaan ventral medulla, di suatu area yang terpisah dari neuron-neuron pusat respirasi. Kemoreseptorkemoreseptor ini responsif terhadap konsentrasi ion hidrogen cairan serebrospinal dan menyediakan aktivitas afferen yang paling penting selama kontrol normal pernafasan. Hipoksia akan menekan kemoreseptor sentral. Kemoreseptor perifer terletak ada badan karotis dan aorta dan sangat responsif terhadap hipoksia, asidosis, hiperkarbia dan obat-obat tertentu dalam darah yang mencapai mereka. Kemoreseptor perifer tidak sepenting kemoreseptor sentral selama kontrol normal respirasi, tapi mereka memberikan inpur afferen yang penting terhadap pusat respirasi pada kondisi lingkungan atau stadium

penyakit tertentu. Prnyakit vaskuler atherosklerotik atau diseksi operasi dapat menekan reseptor-reseptor ini dengan efek minimal pada respirasi yang tenang. Kemoreseptor adalah alat indera yang merespon terhadap rangsangan zat kimia yaitu indra pembau (idung) dan indra pengecap (lidah).

Mekanikal Reseptor pada Respirasi terdiri dari 1. Saluran nafas bagian atas Pada bagian ini udara yang masuk ke tubuh dihangatkan, disarung dan dilembabkan 2. Saluran nafas bagian bawah Bagian ini menghantarkan udara yang masuk dari saluran bagian atas ke alveoli 3. Alveoli terjadi pertukaran gas antara O2 dan CO2 4. Sirkulasi paru Pembuluh darah arteri menuju paru, sedangkan pembuluh darah vena meninggalkan paru. 5. Paru terdiri dari : Saluran nafas bagian bawah , Alveolic, Sirkulasi paru 6. Rongga Pleura Terbentuk dari dua selaput serosa, yang meluputi dinding dalam rongga dada yang disebut pleura parietalis, dan yang meliputi paru atau pleura veseralis 7. Rongga dan dinding dada Merupakan pompa muskuloskeletal yang mengatur pertukaran gas dalam proses respirasi

Mekanisme Pertahanan dan Filtasi Udara Normalnya, saluran pernafasan steril dari daerah sublaring sampai parenkim paru. Paru-paru dilindungi dari infeksi bakteri melalui mekanisme pertahanan anatomis dan mekanis, dan faktor imun lokal

dan sistemik. Mekanisme pertahanan awal berupa filtrasi bulu hidung, refleks batuk dan mukosilier aparatus. Mekanisme pertahanan lanjut berupa sekresi Ig A lokal dan respon inflamasi yang diperantarai leukosit, komplemen, sitokin, imunoglobulin, makrofag alveolar, dan imunitas yang diperantarai sel. Beberapa infeksi alat respirasi berasal dari partikel debu yang membawa agen infeksi dimana keluar/masuk paru-paru. Di bawah kondisi normal suatu mekanisme pertahanan biokimiawi, fisiologis dan immunologis secara kompleks melindungi alat pernafasan dari partikel masuk, yang mungkin bersifat melukai atau infeksius. Mekanisme pertahanan utama alat respirasi meliputi filtrasi aerodynamika oleh rongga hidung, bersin, refleks laryngealis, refleks batuk, mekanisme transport mucociliary makrofag alveolar dan sistem antibodi sistemik maupun lokal. Mekanisme pertahanan tubuh yang penting pada paru-paru terbagi atas : 1) Filtrasi udara pernafasan Hembusan udara yang melalui rongga hidung mempunyai berbagai ukuran. Partikel berdiameter 5 – 7 μ akan bertahan di orofaring, diameter 0,5 – 5 μ akan masuk sampai ke paru-paru dan diameter 0,5 μ dapat masuk sampai ke alveoli tetapi dapat keluar bersama sekresi 2) Pembersihan melalui mukosilia 3) Sekresi oleh humoral lokal 4) Fagositosis

Mekanisme mucociliary sebagai suatu mekanisme pertahanan lokal pada hidung dan sinus paranasal yang bergantung pada clearance mukosiliar

Reflek Batuk Batuk adalah suatu mekanisme perlindungan berupa reflek fisiologis yang bertujuan untuk mengeluarkan dan membersihkan saluran pernapasan dari 'benda asing' yang merangsang terjadinya reflek tersebut. Reflek batuk dapat ditimbulkan oleh :

1 Rangsangan mekanis, misalnya asap rokok, debu, tumor . 2 Adanya perubahan suhu mendadak . 3 Rangsangan kimiawi, misalnya gas dan bau-bauan . 4 Adanya peradangan / infeksi . 5 Reaksi alergi .

Selain oleh kelima penyebab di atas, batuk pun merupakan gejala yang lazim terjadi pada penderita penyakit typus, penderita dekompensasi jantung dan pada penderita penyakit cacing gelang.

control system pernapasan Paru-paru bekerja secara otonom, maksudnya tidak ada yang mempengaruhi aktifitasnya, atau bekerja dengan kehendak sendiri/ otomatis. Kemampuan otonom yang dimiliki paru adalah sekitar 14-16 kali pernapasan permenit. 1 kali pernapasan = 1 x inspirasi + 1 x ekspirasi. Pola napas pada saat tubuh menjalani exercise tidak bisa dipertahankan secara otonom karena tubuh kala itu butuh pasokan oksigen lebih banyak dari biasanya, sehingga harus dibantu dengan faktor lain. Secara umum, sistem kontrol respirasi diambil alih oleh kerja sistem saraf pusat di bagian bilateral medula oblongata dan pons pada batang otak. Daerah ini dibagi menjadi 3 kelompok neuron utama : 1. Kelompok pernapasan dorsal, terletak di bagian dorsal (belakang) medula yang terutama menyebabkan inspirasi. 2. Kelompok pernapasan ventral, terletak di ventrolateral (depan samping) medula, yang terutama menyebabkan inspirasi dan ekspirasi yang lebih dalam. 3. Pusat pneumotaksik, terletak di sebelah dorsal bagian superior pons, tepatnya di sebelah dorsal nuklous parabrakialis

pada pons bagian atas, yang terutama mengatur kecepatan dan kedalaman napas. Adalagi yang namanya saraf-saraf sensoris yang mendeteksi paru. Perlu diingat bahwa saraf-saraf sensoris ini berujung sebagai reseptor, seperti kemoreseptor perifer, baroreseptor dan reseptor2 lainnya di dalam paru. Nanti kumpulan reseptor-reseptor ini akan bergabung menjadi nucleus traktus solitarius yakni ujung akhir dari saraf sensoris pernapasan yang terdapat pada nervus vagus dan nervus glosofaringeus. Pada akhirnya kedua nervus ini akan berhubungan dengan kelompok pernapasan bagian dorsal. Melalui ini, mekanisme penghantaran informasi dari paru ke pusat respirasi bagian dorsal bisa berlangsung. Pernapasan Normal Pada pernapasan biasa, pusat saraf dorsal akan melepaskan sinyal inspirasi ritimis (yang teratur). Kalau di guyton disebutkan bahwa pelepasan sinyal2 inspirasi ritmis ini belum diketahui penyebabnya. Sinyal inspirasi yang dilepaskannya ini berupa sinyal yang landai (ramp signal), gunanya supaya inspirasi kita itu terjadi secara perlahan dan dapat meningkatkan volume paru dengan mantap, sehingga kita tidak bernapas terengah-engah. Perlu diingat lagi bahwa sinyal-sinyal ini akan dihantarkan ke paru dan otot2 diafragma melalui saraf2 motorik pernapasan. Setelah pusat dorsal melepaskan sinyal inspirasi yang landai tersebut, pusat pneumotaksik akan mentransmisikan sinyal ke area inspirasi. Efek utama di sini adalah mengatur titik “penghentian” inspirasi landai, dengan demikian mengatur lamanya proses inspirasi. Kalau sinyal pneumotaksik ini kuat, inspirasi dapat berlangsung hanya dalam 0,5 detik, akibatnya volume inspirasi juga sedikit; kalau sinyal pneumotaksik ini lemah, inspirasi dapat berlangsung terus selama 5 detik bahkan bisa lebih, akibatnya volume inspirasi menjadi banyak sekali. Nah, kalau sinyal inspirasi landai itu telah berhenti, maka paru secara otomatis akan mengalami fase ekspirasi. Paru-paru kita mempunyai suatu sifat istimewa yakni elastis dan punya daya lenting. Jadi ekspirasi ini terjadi sebagai imbas dari inspirasi, dimana disini udara yang keluar tentunya telah bertukar dengan CO2. Tegasnya, ekspirasi tenang yang normal, murni disebabkan akibat sifat elastis daya lenting paru dan rangka toraks. (guyton hal.540) Pernapasan yg Lebih Dalam Nah, kalau kita bernapas lebih dalam, disini baru terjadi peranan dari kelompok saraf pernapasan bagian ventral. Sedangkan pada pernapasan tenang yang normal, kelompok saraf ventral ini inaktif. Bila rangsangan pernapasan guna meningkatkan ventilasi paru menjadi

lebih besar dari normal, sinyal respirasi yang berasal dari mekanisme getaran dasar di area pernapasan dorsal akan tercurah ke neuron pernapasan ventral. Akibatnya, area pernapasan ventral turut membantu merangsang pernapasan ekstra. Rangsangan area ventral ini berupa rangsangan listrik yang menyebabkan inspirasi dan juga ekspirasi. Tetapi yang paling penting disini adalah sinyal untuk ekspirasi, karena sinyal2 ini langsung dihantarkan dengan kuat ke otototot abdomen selama ekspirasi yang sangat sulit. Intinya, pernapasan ventral ini gunanya sebagai pendorong bila dibutuhkan ventilasi paru yang lebih besar, khususnya selama latihan fisik berat. Pembatasan sinyal inspirasi oleh refleks Hering-Breuer Selain sinyal pusat pneumotaksik, masih ada sinyal-sinyal saraf sensoris yang berasal dari paru untuk membantu mengatur pernapasan. Yang paling penting adalah yang terletak di bagian otot dinding bronkus dan bronkiolus seluruh paru, yaitu reseptor regang, yang menjalarkan sinyal melalui nervus vagus ke kelompok neuron pernapasan dorsal apabila paru-paru menjadi sangat teregang akibat inspirasi terlalu lama. Sinyal ini akan “menghentikan” inspirasi landai yang dilepaskan oleh pusat pernapasan dorsal tadi. (kurang lebih mekanisme penghentiannya mirip dengan penghentian oleh sinyal pusat penumotaksik). Ini disebut refleks inflasi Hering-Breuer. Refleks ini juga ikut meningkatkan kecepatan pernapasan, sama halnya dg sinyal pneumotaksik. [an baca di gayton, refleks ini kemungkinan tidak diaktifkan sampai volume tidal meningkat dari 3 kali normal, jadi refleks ini terutama muncul sebagai mekanisme protektif untuk mencegah inflasi (peregangan) paru yang berlebihan daripada yang dibutuhkan biasanya.] Pengaturan kimiawi CO2 dan H+ di area kemosensitif 

Di dekat medula oblongata, tepatnya 0,2 mm di bilateral (samping) area pernapasan ventral, ada suatu area neuron yang sangat sensitif dengan perubahan konsentrasi CO2 ataupun ion H+ dalam darah. Area ini disebut area kemosensitif. Area ini bakal merangsang bagian lain dalam pusat pernapasan.



Apabila suatu saat konsentrasi CO2 dan H+ yang dihasilkan jaringan otak meningkat, ia akan berdifusi ke dalam sawar darah otak. Perlu diingat, bahwa sawar darah di otak ini punya dinding yang khusus, dimana ia hanya mengizinkan zat-zat tertentu untuk lewat. (semacam benteng pertahanan, yang lebih dikenal dengan Blood Brain Barrier/ BBB). Nah, CO2 ini sangat permeable terhadap BBB tsb, namun tidak permeable sama sekali terhadap ion H+, sehingga yang mudah berdifusi ke sawar darah otak adalah CO2.



Sawar darah otak ini juga dilengkapi dengan neuron-neuron kemosensitif yang bakal mendeteksi perubahan konsentrasi CO2 dalam sawar darah. CO2 di dalam sawar darah otak ini bakal bereaksi dengan air membentuk ion H+ dan asam HCO3-. Nah, H+ yang dihasilkan melalui reaksi inilah yang sebenarnya lebih merangsang area kemosensitif melalui neuron2 kemosensitif tadi. Apabila area kemosenstif ini terangsang, maka pusat pernapasan lainnya ikut terangsang dan pola napas pun mengalami perubahan.

Kemoreseptor Perifer 

Di luar otak, ternyata juga terdapat sistem kemoreseptor tersendiri yang juga turut andil dalam pengaturan pernapasan. Kemoreseptor di luar otak ini disebut kemoreseptor perifer. Fungsinya yang terpenting adalah untuk mendeteksi perubahan oksigen dalam darah walaupun respetor ini juga sedikit berpengaruh terhadap perubahan konsentrasi CO2 dan H+ di dalam darah.



Sebagian besar kemoreseptor ini terletak di badan karotis (karotic body) dan di badan aorta (aortic body). Karotic body terletak di bilateral pada percabangan arteri karotis komunis. Serabut saraf aferennya berjalan melalui nervus Hering ke nervus glosofaringeus dan kemudian ke area pernapasan dorsal di medula oblongata. Sedangkan aortic body terletak di sepanjang arkus aorta; dimana serabut saraf aferennya berjalan melalui nervus vagus, juga ke area pernapasan dorsal di medula oblongata.



Reseptor ini akan mendeteksi perubahan kadar O2, CO2 dan ion H+. Misalkan apabila kadar O2 dalam arteri menurun, kemoreseptor perifer ini menjadi sangat terangsang. Singkatnya, ia bakal mengirimkan impuls ke pusat pernapasan untuk meningkatkan frekuensi napas.