Sistem Respirasi Hewan

SISTEM RESPIRASI HEWAN

A. Pendahuluan

Sistem respirasi memiliki fungsi utama untuk memasok oksigen kedalam tubuh serta membuang CO₂ dari dalam tubuh. Kita sering mendengar istilah respirasi eksternal dan internal, bukan? Pada dasarnya, pengertian repirasi eksternal sama dengan bernapas, sedangkan repirasi internal atau respirasi seluler ialah proses penggunaan oksigen oleh sel tubuh dan pembuangan zat sisa metabolisme sel yang berupa CO_2. penyelenggaraan repirasi harus didukung oleh alat pernapasan yang sesuai yaitu alat yang dapat digunakan oleh hewan untuk melakukan pertukaran gas dengan lingkungannya. Alat yang dimaksud dapat berupa alat pernapasan khusus ataupun tidak.

Oksigen yang diperoleh hewan dari lingkungannya digunakan dalam proses fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP. Sebenarnya hewan dapat menghasilkan ATP tanpa oksigen. Proses semacam ini disebut repirasi anaerob. Akan tetpi proses tersebut tidak dapat menghasilkan ATP dalam jumlah banyak. Repirasi yang dapat menghasilkan ATP dalam jumlah banyak ialah repirasi aerob. Dalam proses anaerob, sebuah molekul glukosa hanya menghasilkan dua molekul ATP sementara dalam proses aerob, molekul yang sama akan menghasilkan 36 atau 38 molekul ATP. Oleh karena itu, hampir semua hewan sangat bergantung pada proses repirasi atau pembentukan ATP secara aerob. Respirasi sel (internal) akan menghasilkan zat sisa berupa CO₂ dan air yang harus segera dikeluarkan dari sel.

B. Fungsi Sistem Respirasi

Ada 5 fungsi dari sistem respirasi atau pernapasan yaitu, sebagai berikut:

1.      Menyiapkan permukaan yang luas untuk pertukaran gas antara udara dan peredaran darah.

2.      Menggerakan lalulintas pertukaran udara dari dan ke permukaan paru-paru.

3.      Melindungi permukaan membran respirasi dan dehidrasi, perubahan temperatur, dan perubahan lingkungan lainnya, dan menjaga sistem respirasi dan jaringan lainnya dari invasi patogen.

4.      Menghasilkan bunyi termasuk bicara, nyanyi dan komunikasi nonverbal.

5.      Memberikan sensi olfaktori (pembauan atau penciuman) ke sistem saraf pusat dari epitel olfaktori dibagian atas rongga hidung.

Respirasi

Respirasi meliputi:

1. Respirasi eksternal, yaitu proses pengambilan gas dioksida (O₂) dari lingkungan (medium) dimana hewan itu hidup yang akan digunakan dalam proses metabolisme untuk menghasilkan energi dan pelepasan gas karbondioksida (CO₂) ke lingkungan, melalui membraan respirasi secara difusi.
2. Respirasi internal, yaitu proses yang berlangsung di dalam sel (mitokondria) dimana terjadi reaksi oksidasi reduksi (pembakaran) dengan menggunakan O₂ untuk menghasilkan energi.
3. Transportasi gas, yaitu meliputi pengangkutan gas O₂ dan gas CO₂ melalui sirkulasi darah menuju dan dari sel, serta dari dan ke membran respirasi (paru-paru atau insang).

C. Organ Pernapasan Pada Hewan

Pertukaran gas antara hewan dan lingkungannya dapat terjadi dengan cara difusi sederhana. Pada beberapa hewan, terutama dengan hewan akuatik berukuran kecil, pertukaraan gas dapat terjadi melalui seluruh permukaan tubuhnya. Cara tersebut sudah dapat memenuhi seluruh kebutuhan hewan untuk mengambil oksigen dan membuang karbondioksida.

Akan tetapi, seiring dengan proses perkembangannya, tubuh hewan pun menjadi semakin kompleks dan ukurannya menjadi semakin besar. Akibanya, pertukaran gas dengan cara difusi tidak lagi memadai. Untuk itu, diperlukan organ khusus yang memungkinkan pertukaran gas secara cepat. Tentu saja, organ tersebut harus sesuai dengan kondisi lingkungan tempat hidup suatu hewan. Berdasarkan jenis lingkungan hidupnya, kita mengenal organ repiratori akuatik (pada hewan yang hidup di air) dan organ repiratori terestrial atau aerial (pada hewan yang hidup di darat atau udara).

Organ respirasi akuatik dapat berupa kulit, seluruh permukaan tubuh atau insang. Permukaan tubuh atau kulit sebagai organ repirasi terutama digunakan oleh hewan inaktif yang bertubuh tipis. Sementara, insang lebih sering ditemukaan pada hewan air yang aktif. Insang dapat dibedakan menjadi dua, yaitu insang luar dan insang dalam. Insang luar antara lain dapat ditemukaan pada larva katak, sedangkan insang dalam dapat ditemukan pada ikan dan sejumlah hewan air lainnya. Organ repirasi terestrial dapat berupa paru-paru difusi, paru-paru buku, trakea, dan paru-paru alveoler. Paru-paru difusi merupakan modifikasi dari insang. Pertukaran gas yang terjadi pada organ tersebut tidak terlalu dipengaruhi oleh ventilasi atau pertukaraan udara, tetapi lebih ditentukan oleh laju difusi gas. Paru-paru difusi dapat berupa rongga mantel seperti yang ditemukan pada bekicaot tidak bercangkang (garden slug). Paru-paru buku pada arakhnida, contohnya pada laba-laba dan kalajengking.

Trakea merupakan organ pernapasan yang sering dijumpai pada insecta. Organ pernapasan burung dan ikan biasanya dilengkapi dengan gelembung atau kantong udara.  Fungsi utama gelembung udara adalah mengatur daya apung tubuh hewan atau (buoyancy) agar dapat bergerak naik atau turun. Pengatura daya apung tubuh ikan dilakuakan dengan cara menyekresikan gas (sebagaian besar oksigen) atau mengabsorsinya kembali sehingga gelembung udara akan menyusut atau mengembang. Selain fungsi tersebut, gelembung udara pada ikan ikut diyakini ikut berperan dalam proses repirasi. Pada burung selain mengatur daya apung tubuh, kantung udara juga berfungsi memperluas permukaan untuk pertukaran gas, terutama pada saat terbang.

Organ pernapasan berupa paru-paru dapat ditemukaan pada ampibia, aves, reptil dan mamalia. Paru-paru alveolar pada ambhibia masih sederhana dan kurang elastis sehingga kurang dapat memenuhi kebutuhan fisiologi tubuhnya. Oleh karena itu, ampibi menggunakan kulitnya untuk pertukaran gas. Paru-paru yang telah mengalami perkembangan sempurna ialah paru-paru mamalia.

1. Organ Pernapasan  pada Serangga

Corong hawa (trakea) adalah alat pernapasan yang dimiliki oleh serangga dan arthropoda lainnya. Pembuluh trakea bermuara pada lubang kecil yang ada di kerangka luar (eksoskeleton) yang disebut spirakel. Spirakel berbentuk pembuluh silindris yang berlapis zat kitin, dan terletak berpasangan pada setiap segmen tubuh. Spirakel mempunyai katup yang dikontrol oleh otot sehingga membuka dan menutupnya spirakel terjadi secara teratur. Pada umumnya spirakel terbuka selama serangga terbang, dan tertutup saat serangga beristirahat.

Oksigen dari luar masuk lewat spirakel. Kemudian udara dari spirakel menuju pembuluh-pembuluh trakea dan selanjutnya pembuluh trakea bercabang lagi menjadi cabang halus yang disebut trakeolus sehingga dapat mencapai seluruh jaringan dan alat tubuh bagian dalam. Trakeolus tidak berlapis kitin, berisi cairan, dan dibentuk oleh sel yang disebut trakeoblas. Pertukaran gas terjadi antara trakeolus dengan sel-sel tubuh. Trakeolus ini mempunyai fungsi yang sama dengan kapiler pada sistem pengangkutan (transportasi) pada vertebrata.

 Mekanisme pernapasan pada serangga, misalnya belalang, adalah sebagai berikut: Jika otot perut belalang berkontraksi maka trakea mexrupih sehingga udara kaya COZ keluar. Sebaliknya, jika otot perut belalang berelaksasi maka trakea kembali pada volume semula sehingga tekanan udara menjadi lebih kecil dibandingkan tekanan di luar sebagai akibatnya udara di luar yang kaya O₂masuk ke trakea.

Sistem trakea berfungsi mengangkut O₂ dan mengedarkannya ke seluruh tubuh, dan sebaliknya mengangkut CO₂ basil respirasi untuk dikeluarkan dari tubuh. Dengan demikian, darah pada serangga hanya berfungsi mengangkut sari makanan dan bukan untuk mengangkut gas pernapasan. Di bagian ujung trakeolus terdapat cairan sehingga udara mudah berdifusi ke jaringan. Pada serangga air seperti jentik nyamuk udara diperoleh dengan menjulurkan tabung pernapasan ke permukaan air untuk mengambil udara.

Serangga air tertentu mempunyai gelembung udara sehingga dapat menyelam di air dalam waktu lama. Misalnya, kepik Notonecta sp. mempunyai gelembung udara di organ yang menyerupai rambut pada permukaan ventral. Selama menyelam, O₂ dalam gelembung dipindahkan melalui sistem trakea ke sel-sel pernapasan. Selain itu, ada pula serangga yang mempunyai insang trakea yang berfungsi menyerap udara dari air, atau pengambilan udara melalui cabang-cabang halus serupa insang. Selanjutnya dari cabang halus ini oksigen diedarkan melalui pembuluh trakea.

2. Organ Pernapasan pada Kalajengking dan Laba-laba

Kalajengking dan laba-laba besar (Arachnida) yang hidup di darat memiliki alat pernapasan berupa paru-paru buku, sedangkan jika hidup di air bernapas dengan insang buku. Paru-paru buku memiliki gulungan yang berasal dari invaginasi perut. Masing-masing paru-paru buku ini memiliki lembaran-lembaran tipis (lamela) yang tersusun berjajar. Paru-paru buku ini juga memiliki spirakel tempat masuknya oksigen dari luar. Keluar masuknya udara disebabkan oleh gerakan otot yang terjadi secara teratur. Baik insang buku maupun paru-paru buku keduanya mempunyai fungsi yang sama seperti fungsi paru-paru pada vertebrata.

 

3. Organ Pernapasan pada Ikan

Insang dimiliki oleh jenis ikan (pisces). Insang berbentuk lembaran-lembaran tipis berwarna merah muda dan selalu lembap. Bagian terluar dare insang berhubungan dengan air, sedangkan bagian dalam berhubungan erat dengan kapiler-kapiler darah. Tiap lembaran insang terdiri dari sepasang filamen, dan tiap filamen mengandung banyak lapisan tipis (lamela). Pada filamen terdapat pembuluh darah yang memiliki banyak kapiler sehingga memungkinkan O₂ berdifusi masuk dan CO₂ berdifusi keluar. Insang pada ikan bertulang sejati ditutupi oleh tutup insang yang disebut operkulum, sedangkan insang pada ikan bertulang rawan tidak ditutupi oleh operkulum.

Insang tidak saja berfungsi sebagai alat pernapasan tetapi dapat pula berfungsi sebagai alat ekskresi garam-garam, penyaring makanan, alat pertukaran ion, dan osmoregulator. Beberapa jenis ikan mempunyai labirin yang merupakan perluasan ke atas dari insang dan membentuk lipatan-lipatan sehingga merupakan rongga-rongga tidak teratur. Labirin ini berfungsi menyimpan cadangan O₂ sehingga ikan tahan pada kondisi yang kekurangan O₂. Contoh ikan yang mempunyai labirin adalah: ikan gabus dan ikan lele. Untuk menyimpan cadangan O₂, selain dengan labirin, ikan mempunyai gelembung renang yang terletak di dekat punggung.

Mekanisme pernapasan pada ikan melalui 2 tahap, yakni inspirasi dan ekspirasi. Pada fase inspirasi, O₂ dari air masuk ke dalam insang kemudian 0₂ diikat oleh kapiler darah untuk dibawa ke jaringan-jaringan yang membutuhkan. Sebaliknya pada fase ekspirasi, C0₂ yang dibawa oleh darah dari jaringan akan bermuara ke insang dan dari insang diekskresikan keluar tubuh. Selain dimiliki oleh ikan, insang juga dimiliki oleh katak pada fase berudu, yaitu insang luar. Hewan yang memiliki insang luar sepanjang hidupnya adalah salamander.

4. Organ Pernapasan pada Katak

Pada katak, oksigen berdifusi lewat selaput rongga mulut, kulit, dan paru-paru. Kecuali pada fase berudu bernapas dengan insang karena hidupnya di air. Selaput rongga mulut dapat berfungsi sebagai alat pernapasan karma tipis dan banyak terdapat kapiler yang bermuara di tempat itu. Pada saat terjadi gerakan rongga mulut dan faring, Iubang hidung terbuka dan glotis tertutup sehingga udara berada di rongga mulut dan berdifusi masuk melalui selaput rongga mulut yang tipis.

Selain bernapas dengan selaput rongga mulut, katak bernapas pula dengan kulit, ini dimungkinkan karma kulitnya selalu dalam keadaan basah dan mengandung banyak kapiler sehingga gas pernapasan mudah berdifusi. Oksigen yang masuk lewat kulit akan melewati vena kulit (vena kutanea) kemudian dibawa ke jantung untuk diedarkan ke seluruh tubuh. Sebaliknya karbon dioksida dari jaringan akan di bawa ke jantung, dari jantung dipompa ke kulit dan paru-paru lewat arteri kulit pare-paru (arteri pulmo kutanea). Dengan demikian pertukaran oksigen dan karbon dioksida dapat terjadi di kulit.

Selain bernapas dengan selaput rongga mulut dan kulit, katak bernapas juga dengan paruparu walaupun paru-parunya belum sebaik paru-paru mamalia. Katak mempunyai sepasang paru-paru yang berbentuk gelembung tempat bermuaranya kapiler darah. Permukaan paru-paru diperbesar oleh adanya bentuk- bentuk seperti kantung sehingga gas pernapasan dapat berdifusi. Paru-paru dengan rongga mulut dihubungkan oleh bronkus yang pendek. Dalam paru-paru terjadi mekanisme inspirasi dan ekspirasi yang keduanya terjadi saat mulut tertutup. Fase inspirasi adalah saat udara (kaya oksigen) yang masuk lewat selaput rongga mulut dan kulit berdifusi pada gelembung-gelembung di paru-paru.

 

Mekanisme inspirasi adalah sebagai berikut. Otot Sternohioideus berkonstraksi sehingga rongga mulut membesar, akibatnya oksigen masuk melalui koane. Setelah itu koane menutup dan otot rahang bawah dan otot geniohioideus berkontraksi sehingga rongga mulut mengecil. Mengecilnya rongga mulut mendorong oksigen masuk ke paru-paru lewat celah-celah. Dalam paru-paru terjadi pertukaran gas, oksigen diikat oleh darah yang berada dalam kapiler dinding paru-paru dan sebaliknya, karbon dioksida dilepaskan ke lingkungan. Mekanisme ekspirasi adalah sebagai berikut. Otot-otot perut dan sternohioideus berkontraksi sehingga udara dalam paru-paru tertekan keluar dan masuk ke dalam rongga mulut. Celah tekak menutup dan sebaliknya koane membuka. Bersamaan dengan itu, otot rahang bawah berkontraksi yang juga diikuti dengan berkontraksinya geniohioideus sehingga rongga mulut mengecil. Dengan mengecilnya rongga mulut maka udara yang kaya karbon dioksida keluar.

5. Organ pernapasan pada Reptilia

Paru-paru reptilia berada dalam rongga dada dan dilindungi oleh tulang rusuk. Paru-paru reptilia lebih sederhana, hanya dengan beberapa lipatan dinding yang berfungsi memperbesar permukaan pertukaran gas. Pada reptilia pertukaran gas tidak efektif. Pada kadal, kura-kura, dan buaya paru-paru lebih kompleks, dengan beberapa belahan-belahan yang membuat paru-parunya bertekstur seperti spon. Paru-paru pada beberapa jenis kadal misalnya bunglon Afrika mempunyai pundi-pundi hawa cadangan yang memungkinkan hewan tersebut melayang di udara.

6. Organ Pernapasan  pada Burung

Pada burung, tempat berdifusinya gas pernapasan hanya terjadi di paru-paru. Paru-paru burung berjumlah sepasang dan terletak dalam rongga dada yang dilindungi oleh tulang rusuk. Jalur pernapasan pada burung berawal di lubang hidung. Pada tempat ini, udara masuk kemudian diteruskan pada celah tekak yang terdapat pada dasar faring yang menghubungkan trakea. Trakeanya panjang berupa pipa bertulang rawan yang berbentuk cincin, dan bagian akhir trakea bercabang menjadi dua bagian, yaitu bronkus kanan dan bronkus kiri.

Dalam bronkus pada pangkal trakea terdapat sirink yang pada bagian dalamnya terdapat lipatan-lipatan berupa selaput yang dapat bergetar. Bergetarnya selaput itu menimbulkan suara. Bronkus bercabang lagi menjadi mesobronkus yang merupakan bronkus sekunder dan dapat dibedakan menjadi ventrobronkus (di bagian ventral) dan dorsobronkus (di bagian dorsal). Ventrobronkus dihubungkan dengan dorsobronkus, oleh banyak parabronkus (100 atau lebih). Parabronkus berupa tabung tabung kecil. Di parabronkus bermuara banyak kapiler sehingga memungkinkan udara berdifusi. Selain paru-paru, burung memiliki 8 atau 9 perluasan paru-paru atau pundi-pundi hawa (sakus pneumatikus) yang menyebar sampai ke perut, leher, dan sayap. Pundi-pundi hawa berhubungan dengan paru-paru dan berselaput tipis.

Di pundi-pundi hawa tidak terjadi difusi gas pernapasan; pundi-pundi hawa hanya berfungsi sebagai penyimpan cadangan oksigen dan meringankan tubuh. Karena adanya pundi-pundi hawa maka pernapasan pada burung menjadi efisien. Pundi-pundi hawa terdapat di pangkal leher (servikal), ruang dada bagian depan (toraks anterior), antara tulang selangka (korakoid), ruang dada bagian belakang (toraks posterior), dan di rongga perut (kantong udara abdominal). Masuknya udara yang kaya oksigen ke paru-paru (inspirasi) disebabkan adanya kontraksi otot antartulang rusuk (interkostal) sehingga tulang rusuk bergerak keluar dan tulang dada bergerak ke bawah. Atau dengan kata lain, burung mengisap udara dengan cara memperbesar rongga dadanya sehingga tekanan udara di dalam rongga dada menjadi kecil yang mengakibatkan masuknya udara luar. Udara luar yang masuk sebagian kecil tinggal di paru-paru dan sebagian besar akan diteruskan ke  pundi- pundi hawa sebagai cadangan udara.

Udara pada pundi-pundi hawa dimanfaatkan hanya pada saat udara (O₂) di paruparu berkurang, yakni saat burung sedang mengepakkan sayapnya. Saat sayap mengepak atau diangkat ke atas maka kantung hawa di tulang korakoid terjepit sehingga oksigen pada tempat itu masuk ke paru-paru. Sebaliknya, ekspirasi terjadi apabila otot interkostal relaksasi maka tulang rusuk dan tulang dada kembali ke posisi semula, sehingga rongga dada mengecil dan tekanan menjadi lebih besar dari tekanan di udara luar akibatnya udara dari paru-paru yang kaya karbon dioksida keluar. Bersamaan dengan mengecilnya rongga dada, udara dari kantung hawa masuk ke paru-paru dan terjadi pelepasan oksigen dalam pembuluh kapiler di paru-paru.Jadi, pelepasan oksigen di paru-paru dapat terjadi pada saat ekspirasi maupun inspirasi.

 

Saat terbang terbang pergerakan aktif dari rongga dada tidak dapat dilakukan karena tulang dada dan tulang rusuk merupakan pangkal perlekatan otot yang berfungsi untuk terbang. Saat mengepakan sayap (sayap diangkat ke ke atas), kantong udara di antara tulang korakoid terjepit sehingga udara kaya oksigen pada bagian itu masuk ke paru-paru. Kecepatan respirasi pada berbagai hewan berbeda bergantung dari berbagai hal, antara lain, aktifitas, kesehatan, dan bobot tubuh.

Bagan pernapasan pada burung di saat hinggap adalah sebagai berikut.

Burung mengisap udara à udara mengalir lewat bronkus ke pundi-pundi hawa bagian belakang à bersamaan dengan itu udara yang sudah ada di paru-paru mengalir ke pundi-pundi hawa à udara di pundi-pundi belakang mengalir ke paru-paru à udara menuju pundi-pundi hawa depan.

7. Organ Respirasi pada Manusia

§ Sistem pernapasan pada manusia mencakup dua hal pokok, yaitu:

a.       Saluran pernapasan yang dilalui udara

b.      Mekanisme pernapasan Bagaimana bisa terjadi inspirasi dan ekspirasi

§ Urutan saluran pernapasan adalah sebagai berikut:

    Rongga hidung à faring à trakea à bronkus à bronchiolus à alveolus (Pulmo).

§ Bisa terjadi aliran karena adanya:

a.       Ada perbedaan tekanan partial O2 dan CO2 pada bagian bagian organ respirasi

b.      Tekanan partial PO2 udara 160 mmHg - Alveolus = 46 mmHg Tekanan partial PCO2 Alveolus 40 mmHg - Udara = 0,3mmHg

c.       Maka dipastikan akan terjadi difusi gas gas tersebut dari tekanan yang tinggi ke tekanan yang rendah begitu juga adanya perbedaan tekanan pada pembuluh darah dan sel /jaringannya .

§ Organ Penapasan Manusia

a. Rongga Hidung (Cavum Nasalis)
 Ada 3 karakter di hidung, yaitu:

1)      Rongga hidung berlapis selaput lendir berfungsi menangkap benda asing yang masuk lewat saluran pernapasan, di dalamnya terdapat kelenjar minyak (kelenjar sebasea) dan kelenjar keringat (kelenjar sudorifera).

2)      Terdapat rambut pendek dan tebal yang berfungsi menyaring partikel kotoran yang masuk bersama udara.

3)      Juga terdapat konka yang mempunyai banyak kapiler darah yang berfungsi menghangatkan udara yang masuk (sebagai heatter).

b. Faring (pangkal tenggorokan)

1)      Faring merupakan percabangan 2 saluran berupa nasofarings (udara) pada bagian depan saluran pencernaan (orofarings) pada bagian belakang.

2)      Pada bagian belakang faring (posterior) terdapat laring (tekak) tempat terletaknya pita suara (pita vocalis).

3)      Masuknya udara melalui faring akan menyebabkan pita suara (Laring) bergetar dan terdengar sebagai suara.

!!!Catatan:

Jika makan sambil berbicara dapat mengakibatkan makanan masuk ke saluran pernapasan (Keselek) karena saluran pernapasan pada saat tersebut sedang terbuka. Walaupun demikian, saraf kita akan mengatur agar peristiwa menelan, bernapas, dan berbicara tidak terjadi bersamaan sehingga mengakibatkan gangguan kesehatan.

c. Tenggorokan (Trakea)

1)      Tenggorokan berupa pipa yang panjangnya ± 10 cm, terletak sebagian di leher dan sebagian di rongga dada (torak).

2)      Dinding tenggorokan tipis dan kaku, dikelilingi oleh cincin tulang rawan,

3)      Pada bagian dalam rongga terdapat epithel bersilia. Silia-silia ini berfungsi menyaring benda-benda asing yang masuk ke saluran pernapasan.

d. Cabang-cabang Tenggorokan (Bronki/bronchus)

1)      Merupakan cabang Tenggorokan (trakea) bercabang menjadi dua bagian, yaitu bronkus kanan dan bronkus kiri.

2)      Struktur lapisan mukosa bronkus sama dengan trakea, hanya tulang rawan bronkus bentuknya tidak teratur dan pada bagian bronkus yang lebih besar cincin tulang rawannya melingkari lumen dengan sempurna.

3)      Bronkus bercabang-cabang lagi menjadi bronkiolus.

e. Paru-paru (Pulmo)

1)      Paru-paru terletak di dalam rongga dada bagian atas, di bagian samping dibatasi oleh otot dan rusuk dan di bagian bawah dibatasi oleh diafragma yang berotot kuat.

2)      Paru-paru ada dua bagian yaitu paru-paru kanan (pulmo dekster) yang terdiri atas 3 lobus dan paru-paru kiri (pulmo sinister) yang terdiri atas 2 lobus /lembaran.

3)      Paru-paru dibungkus oleh dua selaput yang tipis, disebut pleura.

4)      Selaput bagian dalam yang langsung menyelaputi paru-paru disebut pleura dalam (pleura visceralis) dan selaput yang menyelaputi rongga dada yang bersebelahan dengan tulang rusuk disebut pleura luar (pleura parietalis). Antara selaput luar dan selaput dalam terdapat rongga berisi cairan pleura yang berfungsi sebagai pelumas paru-paru. Cairan pleura berasal dari plasma darah yang masuk secara eksudasi. Dinding rongga pleura bersifat permeabel terhadap air dan zat-zat lain.

5)      Paru-paru tersusun oleh bronkiolus, alveolus, jaringan elastik, dan pembuluh darah. Paru-paru berstruktur seperti spon yang elastis dengan daerah permukaan dalam yang sangat lebar untuk pertukaran gas.

6)      Di dalam paru-paru, bronkiolus bercabang-cabang halus dengan diameter ± 1 mm, dindingnya makin menipis jika dibanding dengan bronkus.

7)      Bronkiolus tidak mempunyi tulang rawan, tetapi rongganya masih mempunyai silia dan di bagian ujung mempunyai epitelium berbentuk kubus bersilia. Pada bagian distal kemungkinan tidak bersilia. Bronkiolus berakhir pada gugus kantung udara (alveolus)

8)      Alveolus terdapat pada ujung akhir bronkiolus berupa kantong kecil yang salah satu sisinya terbuka sehingga menyerupai busa atau mirip sarang tawon. Oleh karena alveolus berselaput tipis dan di situ banyak bermuara kapiler darah maka memungkinkan terjadinya difusi gas pernapasan.

§ Mekanisme Pernapasan

Pernapasan adalah suatu proses yang terjadi secara otomatis walau dalam keadaan tertidur sekalipun karena sistem pernapasan dipengaruhi oleh susunan saraf otonom.

Menurut tempat terjadinya pertukaran gas maka pernapasan dapat dibedakan atas 2 jenis, yaitu :

1)       Pernapasan luar (Ekspirasi) terjadinya pertukaran udara antara udara dalam alveolus dengan darah dalam kapileR

2)       Pernapasan dalam (Inspirasi) adalah pertukaran udara antara darah dalam kapiler dengan sel-sel tubuh.

Masuk keluarnya udara dalam paru-paru dipengaruhi oleh perbedaan tekanan udara dalam rongga dada dengan tekanan udara di luar tubuh. Jika tekanan di luar rongga dada lebih besar maka udara akan masuk. Sebaliknya, apabila tekanan dalam rongga dada lebih besar maka udara akan keluar.

Sehubungan dengan organ yang terlibat dalam pemasukkan udara (inspirasi) dan pengeluaran udara (ekspirasi) maka mekanisme pernapasan dibedakan atas dua macam, yaitu, sebagai berikut:

a.  Pernapasan Dada

Pernapasan dada adalah pernapasan yang melibatkan otot antartulang rusuk.

Mekanismenya dapat dibedakan sebagai berikut.

1) Fase Inspirasi

§ Fase ini berupa berkontraksinya otot antartulang rusuk

§ Kontraksi ini membuat rusuk naik terangkat

§ Terangkatnya rusuk membuat rongga dada membesar

§ Karena rongga dada membesar tekanan udara di rongga kevil

§ Akibatnya tekanan dalam rongga dada menjadi lebih kecil daripada tekanan di luar sehingga udara luar yang kaya oksigen masuk.

2) Fase ekspirasi.

§ Fase ini merupakan fase relaksasi atau kembalinya otot antara tulang rusuk ke posisi semula yang dikuti oleh turunnya tulang rusuk sehingga rongga dada menjadi kecil.

§ Sebagai akibatnya, tekanan di dalam rongga dada menjadi lebih besar daripada tekanan luar, sehingga udara dalam rongga dada yang kaya karbondioksida keluar.

b. Pernapasan Perut

Pernapasan perut merupakan pernapasan yang mekanismenya melibatkan aktifitas otot-otot diafragma yang membatasi rongga perut dan rongga dada. Mekanisme pernapasan perut dapat dibedakan menjadi dua tahap yakni sebagai berikut.

1)      Fase Inspirasi. Pada fase ini otot diafragma berkontraksi sehingga diafragma mendatar, akibatnya rongga dada membesar. Keadaan ini menyebabkan tekanan udara di paru-paru mengecil sehingga udara luar masuk ke paru-paru.

2)      Fase Ekspirasi. Pada fase ekspirasi merupakan fase berelaksasinya otot diafragma (kembali ke posisi semula, mengembang) sehingga rongga dada mengecil dan akibatnya teekanan udara di paru-paru membesar sehingga udara keluar dari paru-paru.

D. Pertukaran Gas O₂ dan CO₂ dalam Pernapasan.

Jumlah oksigen yang diambil melalui udara pernapasan tergantung pada kebutuhan dan hal tersebut biasanya dipengaruhi oleh jenis pekerjaan, ukuran tubuh, serta jumlah maupun jenis bahan makanan yang dimakan. Pekerja-pekerja berat termasuk atlit lebih banyak membutuhkan oksigen dibanding pekerja ringan. Demikian juga seseorang yang memiliki ukuran tubuh lebih besar dengan sendirinya membutuhkan oksigen lebih banyak. Selanjutnya, seseorang yang memiliki kebiasaan memakan lebih banyak daging akan membutuhkan lebih banyak oksigen daripada seorang vegetarian.

Dalam keadaan biasa, manusia membutuhkan sekitar 300 cc oksigen sehari (24 jam) atau sekitar 0,5 cc tiap menit. Kebutuhan tersebut berbanding lurus dengan volume udara inspirasi dan ekspirasi biasa kecuali dalam keadaan tertentu saat konsentrasi oksigen udara inspirasi berkurang atau karena sebab lain, misalnya konsentrasi hemoglobin darah berkurang. Oksigen yang dibutuhkan berdifusi masuk ke darah dalam kapiler darah yang menyelubungi alveolus. Selanjutnya, sebagian besar oksigen diikat oleh zat warna darah atau pigmen darah (hemoglobin) untuk diangkut ke sel-sel jaringan tubuh. Hemoglobin yang terdapat dalam butir darah merah atau eritrosit ini tersusun oleh senyawa hemin atau hematin yang mengandung unsur besi dan globin yang berupa protein.

 

Secara sederhana, pengikatan oksigen oleh hemoglobin dapat diperlihatkan menurut persamaan reaksi bolak-balik ini: Hb₄ + O₂  à 4 Hb O₂ (oksihemoglobin) berwarna merah jernih Reaksi ini dipengaruhi oleh kadar O₂, kadar CO₂, tekanan O₂ (P O₂), perbedaan kadar O₂ dalam jaringan, dan kadar O₂ di udara. Proses difusi oksigen ke dalam arteri demikian juga difusi CO₂ dari arteri dipengaruhi oleh tekanan O₂ dalam udara inspirasi.

Tekanan seluruh udara lingkungan sekitar 1 atmosfir atau 760 mm Hg, sedangkan tekanan O₂ di lingkungan sekitar 160 mm Hg. Tekanan oksigen di lingkungan lebih tinggi dari pada tekanan oksigen dalam alveolus paru-paru dan arteri yang hanya 104 mm Hg. Oleh karena itu oksigen dapat masuk ke paru-paru secara difusi. Dari paru-paru, O₂ akan mengalir lewat vena pulmonalis yang tekanan O₂ nya 104 mm; menuju ke jantung. Dari jantung O₂ mengalir lewat arteri sistemik yang tekanan O₂ nya 104 mm hg menuju ke jaringan tubuh yang tekanan O₂ nya 0 - 40 mm hg. Di jaringan, O₂ ini akan dipergunakan. Dari jaringan CO₂ akan mengalir lewat vena sistemik ke jantung. Tekanan CO₂ di jaringan di atas 45 mm hg, lebih tinggi dibandingkan vena sistemik yang hanya 45 mm Hg. Dari jantung, CO₂ mengalir lewat arteri pulmonalis yang tekanan O₂ nya sama yaitu 45 mm hg. Dari arteri pulmonalis CO₂ masuk ke paru-paru lalu dilepaskan ke udara bebas.

Berapa minimal darah yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan oksigen pada jaringan? Setiap 100 mm3 darah dengan tekanan oksigen 100 mm Hg dapat mengangkut 19 cc oksigen. Bila tekanan oksigen hanya 40 mm Hg maka hanya ada sekitar 12 cc oksigen yang bertahan dalam darah vena. Dengan demikian kemampuan hemoglobin untuk mengikat oksigen adalah 7 cc per 100 mm3 darah. Pengangkutan sekitar 200 mm3 C0₂ keluar tubuh umumnya berlangsung menurut reaksi kimia berikut: C0₂ + H₂0 à (karbonat anhidrase) H₂CO3. Tiap liter darah hanya dapat melarutkan 4,3 cc CO₂ sehingga mempengaruhi pH darah menjadi 4,5 karena terbentuknya asam karbonat. Pengangkutan CO₂ oleh darah dapat dilaksanakan melalui 3 Cara yakni, sbb:

1.      Karbon dioksida larut dalam plasma, dan membentuk asam karbonat dengan enzim anhidrase (7% dari seluruh CO₂).

2.      Karbon dioksida terikat pada hemoglobin dalam bentuk karbomino hemoglobin (23% dari seluruh CO₂).

3.      Karbon dioksida terikat dalam gugus ion bikarbonat (HCO3) melalui proses berantai pertukaran klorida (70% dari seluruh CO2). Reaksinya adalah sebagai berikut.

      CO₂ + H₂O à H₂CO₃ à H⁺ + HCO^-3

Gangguan terhadap pengangkutan CO₂ dapat mengakibatkan munculnya gejala asidosis karena turunnya kadar basa dalam darah. Hal tersebut dapat disebabkan karena keadaan Pneumoni. Sebaliknya apabila terjadi akumulasi garam basa dalam darah maka muncul gejala alkalosis.

Pertukaran gas antara tubuh hewan dan lingkungannya selalu terjadi pada lingkungan akuatik maupun terestiral. Bernapas, baik di udara ataupun di air, masing-masing mengandung keuntungan dan kerugian. Pada hewan yang bernafas di air, kerugian pertama yang mereka peroleh ialah adanya kenyataan bahwa dibandingkan dengan udara, molekul air jauh lebih padat dan 60 kali lebih sulit mengalir dari pada udara. Jadi, dibandingkan dengan udara, air jauh lebih sulit mengalir ke organ pernapasan oleh karena itu, untuk mengalirkan air ke organ pernapasannya, hewan akuatik harus mengeluarkan energi tambahan untuk melawan gaya gravitasi. Keutungan dan kerugian berikutnya berkaitan dengan adanya perbedaan antara kandungan oksigen di udara dan air. Kandungan oksigen dalam air jauh lebih rendah daripada kandungan oksigen di udara. Kandungan oksigen di dalam air adalah 10 ml O₂/liter, sedangkan kandungan oksigen di udara 200 ml/liter. Jadi, hewan yang bernapas di udara lebih mudah memperoleh oksigen daripada hewan akuatik.

Namun, hewan akuatik memperoleh keuntungan lain berkaitan dengan tingginya kelarutan CO₂ dalam air, yang mencapai 20-30 kali lebih besar daripada kelarutannya di udara. Hal ini menyebabkan hewan akutik sangat mudah membuang CO₂ ke lilngkungannya, dan hampir tidak memiliki masalah yang berkaitan dengan pembuangan CO₂ . berkaitan dengan hal itu, rangsangan utama untuk bernapas pada hewan akuatik adalah O_2. Air mempunyai kapasitas panas lebih tinggi daripada udara. Hal ini berarti bahwa air lebih efektif untuk mengurangi panas dan suhunya tidak mudah berubah. Keadaan ini sangat menguntungkan bagi hewan yang hidup di air, yang umumnya bersifat ektotermik, berbeda dengan air, udara memiliki kapasitas panas yang rendah sehingga suhu udara sangat mudah berubah.

E. Pengaturan Respirasi (Pernapasan)

Respirasi pada hewan merupakan proses yang diatur oleh saraf untuk mencukupi kebutuhan akan oksigen dan membuang CO₂ secara efektif. Pengaturan respirasi dapat berlangsung secara kimiawi maupun sarafi. Pada dasarnya, pengaturan tersebut dimaksudkan untuk menjaga keseimbangan kadar oksigen dan karbodioksida dalam tubuh. Hal ini penting karena kekurangan oksigen maupun kelebihan karbondioksida dalam darah/cairan tubuh akan menggangu proses fisiologis secara keseluruhan. Dari gambar dibawah ini kita dapat memahami bahwa pada saat kadar karbodioksida meningkat (misalnya selama katif melakukan kegiatan), kemoreseptor di medula (pusat repirasi) terangsang. Hal ini menyebabkan implus saraf dijalarkan di sepanjang serabut eferen ke organ efektor (otot dada, jantung, dan pembuluh darah). implus yang sampai pada organ efektor tersebut menimbulkan proses kompleks yang menyebabkan peningkatan laju ventilasi dan pelepasan CO_2. Implus yang sampai ke jantung dan pembuluh darah pada jaringan yang mengalami penimbunan CO₂ akan mendorong timbulnya respons yang akan mempermudah pelepasan CO₂ dari tubuh, sekaligus meningkatkan pemasukan oksigen ke dalam tubuh.

Pengaturan respirasi secara kimiawi pada hewan terestrial lebih banyak dirangsang oleh adanya peningkatan kadar CO₂ dalam darah daripada oleh penurunan kadar oksigen. Pengaturan respirasi secara sarafi dilakukan oleh sekelompok sel saraf pada pons varolli dan medula oblongata. Pada pons bagian atas terdapat pneumotaxic centre, yaitu pusat pernapasan yang berfungsi sebagai pengatur kerja pusat saraf yang lebih rendah, yang terdapat di medula oblongata. Pusat saraf yang lebih rendah tersebut ialah pusat inspiratori dan pusat ekspiratori, yang mengendalikan inspirasi dan ekspirasi yang dilakukan hewan. Selain ketiga pusat tersebut, pengaturan respirasi juga dilakukan oleh stretch receptor (reseptor regangan) dan saraf vagus, yang membawa rangsangan dari organ pernapasan ke pusat ekspiratori. Stretch receptor yaitu reseptor yang terdapat pada bronkhus dan jaringan paru-paru, berfungsi untuk memantau keadaan paru-paru. Reseptor ini terangsang pada saat paru-paru meregang maksimal (saat inspirasi).

Kemoreseptor yang peka terhadap CO₂ juga ditemukan pada badan karotid dan aorta. Reseptor di bagian ini memantau kadar CO₂ secara langsung, tetapi peranannya tidak sebesar peran reseptor sejenis yang terdapat di medula oblongata. Hal ini berarti sekalipun saraf yang menghubungkan bagian tersebut dengan otak diputuskan, respon untuk menurunkan kadar CO₂ akan tetap terselenggara. Sebagian reseptor di badan karotid dan aortik juga merespons penurunan kadar oksigen (pO₂).

Hal terpenting yang harus diatur terkait langsung dengan pengendalian homeostatis kadar/tekanan O₂ dan CO₂ adalah kedalaman dan laju pernapasan. Faktor yang paling menentukan kedalaman dan laju pernapasan ialah konsentrasi karbondioksida, yang biasanya dinyatakan dengan pCO₂. Perubahan pCO₂ akan dipantau oleh kemoreseptor yang terdapat di pusat respiratori di medula. Pusat respiratori tersebut sebenarnya merespon penurunan pH cairan serebrospinal. Peningkatan keasaman pada cairan tersebut merupakan cermin yang tepat bagi adanya peningkatan pCO₂ di arteri. Penigkatan pCO₂ di arteri akan menjadi sumber rangsangan bagi dimulainya proses pembuangan CO_2.  

Pembuangan CO₂ dan pemasokan oksigen harus sesuai dengan kebutuhan tubuh hewan, yang dari waktu ke waktu dapat sangat bervariasi. Pada saat laju metabolisme meningkat, kebutuhan oksigen dan pembentukan karbondioksida juga meningkat. Apabila pada saat tersebut darah tidak mengandung cukup oksigen untuk a, memenuhi kebutuhannya, hewan akan mengalami kondisi hipoksi atau bahkan asfiksia (keadaan tidak terdapat oksigen pada jaringan tubuh). Sebaliknya, apabila kadar oksigen dalam sel/tubuh terlalu tinggi, dapat terjadi oksidasi yang tidak diharapkan, yang dapat mengakibatkan kehancuran sel-sel tubuh. Pasokan oksigen yang tidak memadai pada umumnya berkaitan erat dengan adanya timbunan karbondioksida. Sementara itu, timbunan karbondioksida dalam tubuh dapat menimbulkan berbagai gangguan yang tidak diinginkan, antara lain gangguan metabolisme.

DAFTAR PUSTAKA

Isnaeni, Wiwi. 2006. Fisiologi Hewan. Kanisius: Yogyakarta

Junqueira, Luis & Carneiro. Jose. 1991. Histologi Dasar. Terjemahan Drama, Adji. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.

Isharmanto. 2009. Theory sistem respirasi. http://www.biologigonz.blogspot.com Diakses pada 10 April 2011

Wasetiawan. 2009. Respirasi Hewan pdf. http://www.blog.unila.ac.id. Diakses pada 10 April 2011

Pertukaran O₂ dan CO₂ dalam pernapasan. http://www.biologi-new.blogspot.com. Diakses pada 10 April 2011

Anonymous. 2009. Fisiologi Hewan. http://bebas.vlsm.org/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/Praweda/Biologi/0074%20Bio%202-8a.htm. Diakses tanggal 10 April 2011