Sistem Pernapasan: Organ, Proses, Faktor, Gangguan, dan Penanganannya

Sistem pernapasan adalah sistem biologis yang terdiri dari organ dan struktur-struktur lain yang digunakan untuk pertukaran gas pada hewan dan tumbuhan. Anatomi dan fisiologi makhluk hidup yang mewujudkan pertukaran gas ini sangat bervariasi, bergantung pada ukuran tubuhnya, lingkungan tempat hidupnya, dan riwayat evolusinya¹.

Organ Pernapasan

Organ pernapasan adalah bagian dari sistem pernapasan yang berfungsi untuk mengambil oksigen dari udara dan melepaskan karbon dioksida sebagai hasil dari respirasi seluler. Organ pernapasan dapat berbeda-beda pada hewan dan tumbuhan, tergantung pada adaptasi dan kebutuhan mereka.

Pada Hewan

Pada hewan, organ pernapasan dapat berupa:

• Paru-paru: organ pernapasan yang paling umum pada vertebrata darat, termasuk manusia. Paru-paru adalah kantong udara elastis yang terletak di dalam rongga dada. Paru-paru memiliki jutaan alveolus, yaitu kantung udara mikroskopis yang kaya akan pembuluh darah. Di sini, pertukaran gas terjadi melalui difusi antara udara dan darah¹².
• Insang: organ pernapasan yang paling umum pada ikan dan sejumlah hewan akuatik lainnya. Insang adalah organ eksternal (baik sebagian maupun sepenuhnya) yang terendam dalam lingkungan perairan. Insang memiliki filamen tipis atau sangat datar, serta lamela yang mempertemukan secara luas jaringan yang sangat tervaskularisasi dengan air. Di sini, pertukaran gas terjadi melalui difusi antara air dan darah¹.
• Trakea: organ pernapasan yang paling umum pada serangga. Trakea adalah sistem saluran udara bercabang yang menghubungkan permukaan tubuh dengan jaringan dalam. Trakea memiliki spirakel, yaitu lubang-lubang kecil pada permukaan tubuh yang dapat dibuka dan ditutup untuk mengatur aliran udara. Di sini, pertukaran gas terjadi langsung antara udara dan jaringan³.
• Kulit: organ pernapasan tambahan pada beberapa hewan, terutama amfibi. Kulit adalah lapisan luar tubuh yang tipis dan basah. Kulit memiliki banyak pembuluh darah di bawahnya. Di sini, pertukaran gas terjadi melalui difusi antara udara atau air dengan darah⁴.

Pada Tumbuhan

Pada tumbuhan, organ pernapasan dapat berupa:

• Stomata: organ pernapasan yang paling umum pada tumbuhan darat. Stomata adalah lubang-lubang kecil pada permukaan daun atau batang yang dapat dibuka dan ditutup oleh sel penjaga. Stomata berfungsi untuk mengambil karbon dioksida dari udara dan melepaskan oksigen sebagai hasil dari fotosintesis. Di sini, pertukaran gas terjadi melalui difusi antara udara dan sel⁵.
• Lentisel: organ pernapasan tambahan pada beberapa tumbuhan berkayu. Lentisel adalah lubang-lubang besar pada permukaan kulit kayu yang tidak dapat dibuka atau ditutup. Lentisel berfungsi untuk mengambil oksigen dari udara dan melepaskan karbon dioksida sebagai hasil dari respirasi seluler. Di sini, pertukaran gas terjadi melalui difusi antara udara dan sel⁶.

Proses Pernapasan

Proses pernapasan adalah proses keluar masuknya udara ke dan dari organ pernapasan untuk memfasilitasi pertukaran gas dengan lingkungan internal tubuh, terutama dengan memasukkan oksigen dan membuang karbon dioksida. Proses pernapasan dapat dibagi menjadi dua tahap utama, yaitu:

• Inspirasi: proses masuknya udara dari luar tubuh menuju ke organ pernapasan. Inspirasi melibatkan kontraksi otot-otot pernapasan, seperti diafragma dan otot-otot antara tulang rusuk. Kontraksi ini menyebabkan rongga dada membesar dan tekanan udara di dalamnya menurun. Akibatnya, udara dari luar tubuh mengalir masuk ke organ pernapasan melalui saluran udara, seperti hidung, mulut, faring, laring, trakea, bronkus, dan bronkiolus.
• Ekspirasi: proses keluarnya udara dari organ pernapasan ke luar tubuh. Ekspirasi melibatkan relaksasi otot-otot pernapasan, sehingga rongga dada mengecil dan tekanan udara di dalamnya meningkat. Akibatnya, udara dari organ pernapasan mengalir keluar ke luar tubuh melalui saluran udara yang sama dengan inspirasi.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pernapasan

Pernapasan adalah proses yang dikendalikan secara otomatis dan tidak sadar oleh beberapa mekanisme homeostatis yang menjaga tekanan parsial karbon dioksida dan oksigen dalam darah arteri konstan. Menjaga tekanan parsial karbon dioksida dalam darah arteri tidak berubah di bawah berbagai keadaan fisiologis, memberikan kontribusi signifikan terhadap kontrol ketat pH cairan ekstraseluler (ECF). Pernapasan yang berlebihan (hiperventilasi) dan kurang bernapas (hipoventilasi), yang masing-masing menurunkan dan meningkatkan tekanan parsial arteri karbon dioksida, menyebabkan kenaikan pH ECF pada kasus pertama, dan penurunan pH pada kasus kedua. Keduanya menyebabkan gejala yang menyakitkan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi pernapasan dapat berupa:

• Faktor kimia: faktor ini melibatkan pengaruh dari konsentrasi karbon dioksida, oksigen, dan ion hidrogen dalam darah terhadap pusat pernapasan di otak. Pusat pernapasan adalah bagian dari sistem saraf pusat yang mengatur frekuensi dan kedalaman pernapasan. Pusat pernapasan terdiri dari pusat inspirasi dan pusat ekspirasi yang terletak di medula oblongata, serta pusat pneumotaksis yang terletak di pons. Pusat pernapasan dipengaruhi oleh reseptor kimia yang terletak di aorta, karotis, dan medula oblongata. Reseptor ini mendeteksi perubahan konsentrasi karbon dioksida, oksigen, dan ion hidrogen dalam darah. Jika konsentrasi karbon dioksida atau ion hidrogen meningkat, atau konsentrasi oksigen menurun, reseptor ini akan merangsang pusat pernapasan untuk meningkatkan frekuensi dan kedalaman pernapasan. Sebaliknya, jika konsentrasi karbon dioksida atau ion hidrogen menurun, atau konsentrasi oksigen meningkat, reseptor ini akan menghambat pusat pernapasan untuk menurunkan frekuensi dan kedalaman pernapasan.
• Faktor mekanik: faktor ini melibatkan pengaruh dari peregangan paru-paru dan dinding dada terhadap pusat pernapasan. Peregangan ini disebabkan oleh volume udara yang masuk atau keluar dari paru-paru selama inspirasi atau ekspirasi. Peregangan ini dideteksi oleh reseptor mekanik yang terletak di alveolus, bronkus, bronkiolus, pleura, dan otot-otot antara tulang rusuk. Reseptor ini mengirim sinyal ke pusat pernapasan melalui saraf vagus atau saraf interkostal. Jika peregangan paru-paru atau dinding dada meningkat, reseptor ini akan menghambat pusat inspirasi untuk menghentikan inspirasi dan merangsang pusat ekspirasi untuk memulai ekspirasi. Sebaliknya, jika peregangan paru-paru atau dinding dada menurun, reseptor ini akan merangsang pusat inspirasi untuk memulai inspirasi dan menghambat pusat ekspirasi untuk menghentikan ekspirasi.