SISTEM RESPIRASI
A. Sistem Pernapasan pada Manusia
Istilah bernapas, seringkali diartikan dengan respirasi, walaupun secara harfiah sebenarnya kedua istilah tersebut berbeda. Pernapasan (breathing) artinya menghirup dan menghembuskan napas. Oleh karena itu, bernapas diartikan sebagai proses memasukkan udara dari lingkungan luar ke dalam tubuh dan mengeluarkan udara sisa dari dalam tubuh ke lingkungan. Sementara, respirasi (respiration) berarti suatu proses pembakaran (oksidasi) senyawa organik (bahan makanan) di dalam sel sehingga diperoleh energi.
Energi yang dihasilkan dari respirasi sangat menunjang sekali untuk melakukan beberapa aktifitas. Misalnya saja, mengatur suhu tubuh, pergerakan, pertumbuhan dan reproduksi. Oleh karena itu, kegiatan pernapasan dan respirasi sebenarnya saling berhubungan. Sistem pernapasan manusia merupakan sistem pernapasan yang kompleks dan ditunjang oleh alat-alat yang kompleks pula.
1. Struktur dan Fungsi Alat Pernapasan pada Manusia
Setiap kita bernapas, okisigen (O2) masuk dan karbon dioksida (CO2) dikeluarkan. Oksigen yang kita hirup ini masuk ke dalam paru-paru setelah melalui berbagai alat pernapasan. Alat pernapasan yang dimaksud terdiri atas rongga hidung, pangkal tenggorokan (laring), batang tenggorokan (trakea), cabang batang tenggorokan (bronkus), dan paru-paru (pulmo).
a. Hidung dan Rongga Hidung
Hidung merupakan organ yang pertama kali dilalui udara dari luar tubuh. Udara segar masuk ke paru-paru melalui hidung, sebaliknya udara kotor keluar dari paru-paru juga melewati hidung. Di dalam rongga hidung terdapat rambut-rambut dan selaput lendir. Rambut hidung berguna menyaring udara kotor yang masuk melalui hidung. Sementara selaput lendir, menghasilkan lendir (mukus) yang berfungsi menangkap udara kotor yang lolos oleh saringan rambut hidung. Selain itu, selaput lendir berfungsi menghangatkan suhu udara yang masuk ke paru-paru dan mengatur kelembaban udara.
b. Faring
Setelah melewati hidung, udara masuk menuju faring. Faring adalah hulu tenggorokkan atau disebut juga tekak. Saat udara melewati fa ring, antara rongga hidung dengan tenggorokan ada bagian yang selalu terkoordinasi dengan baik. Bagian penting tersebut adalah semisal katup penutup rongga hidung yang disebut anak tekak. Anak tekak berperan menutup faring saat kita sedang menelan makanan. Apabila makanan kita telan dan katup belum menutup, maka makanan masuk ke tenggorokan, akibatnya kita pun tersedak.
c. Pangkal Tenggorokan (Laring)
Dari faring, udara pernapasan akan menuju pangkal tenggorokan atau disebut juga laring. Laring tersusun atas kepingan tulang rawan yang membentuk jakun. Jakun tersebut tersusun oleh tulang lidah, katup tulang rawan, perisai tulang rawan, piala tulang rawan, dan gelang tulang rawan.
Pangkal tenggorokan dapat ditutup oleh katup pangkal tenggorokan (epiglotis). Jika udara menuju tenggorokan, anak tekak melipat ke bawah, dan ketemu dengan katup pangkal tenggorokan sehingga membuka jalan udara ke tenggorokan. Saat menelan makanan, katup tersebut menutupi pangkal tenggorokan dan saat bernapas katup tersebut akan membuka. Pada pangkal tenggorokan terdapat pita suara yang bergetar bila ada udara melaluinya. Misalnya saja saat kita berbicara.
d. Batang Tenggorokan (Trakea)
Di dalam tubuh, batang tenggorokan terletak pada daerah leher, tepatnya di bagian depan kerongkongan (esofagus). Batang tenggorokan berbentuk pipa yang terdiri atas gelang-gelang tulang rawan dengan panjang sekitar 10 cm. Dinding dalamnya terlapisi oleh selaput lendir dengan sel-selnya yang memiliki rambut getar. Rambut-rambut getar tersebut berfungsi menolak debu atau benda-benda asing. Jika tiba-tiba kita batuk atau bersin, dipastikan ada lendir atau debu pada saluran batang tenggorokan sehingga mengganggu pernapasan terganggu.
e. Cabang Batang Tenggorokan (Bronkus)
Setelah melalui trakea, udara akan terus masuk menuju cabang batang tenggorokan atau dinamakan bronkus. Batang tenggorokan bercabang menjadi dua bronkus, yakni bronkus sebelah kiri dan sebelah kanan. Pada kedua bronkus terdapat saluran yang menuju paru-paru. Apabila bronkus mengalami infeksi, maka timbullah suatu penyakit yang disebut bronkitis. Di dalam paru-paru, bronkus bercabang lagi menjadi bronkiolus. Bronkus sebelah kanan bercabang menjadi tiga bronkeolus, sedangkan bronkus sebelah kiri bercabang menjadi dua bronkiolus. Bronkiolus masih bercabang-cabang lagi membentuk pembuluh-pembuluh yang halus.Cabang-cabang yang terhalus masuk ke dalam gelembung paru-paru atau alveolus. Adanya dinding alveolus membuat oksigen berdifusi ke dalam darah, sebaliknya karbon dioksida (CO2) dan air dilepaskan.
f. Paru-paru (Pulmo)
Organ yang berperan penting dalam proses pernapasan adalah paru-paru. Paru-paru merupakan organ tubuh yang terletak pada rongga dada, tepatnya di atas sekat diafragma. Diafragma adalah sekat rongga badan yang membatasi rongga dada dan rongga perut. Paru-paru terdiri atas dua bagian, paru-paru kanan dan paru-paru kiri. Paru-paru kanan memiliki tiga gelambir yang berukuran lebih besar daripada paru-paru sebelah kiri yang memiliki dua gelambir.
Paru-paru dibungkus oleh dua lapis selaput paru-paru yang disebut pleura. Semakin ke dalam, di dalam paru-paru akan ditemui gelembung halus kecil yang disebut alveolus. Jumlah alveolus pada paru-paru kurang lebih 300 juta buah. Adanya alveolus ini menjadikan permukaan paru-paru lebih luas. Diperkirakan, luas permukaan paru-paru sekitar 160 m2. Dengan kata lain, paru-paru memiliki luas permukaan sekitar 100 kali lebih luas daripada luas permukaan tubuh.
Dinding alveolus mengandung kapiler darah. Oksigen yang terdapat pada alveolus berdifusi menembus dinding alveolus, lalu menembus dinding kapiler darah yang mengelilingi alveolus. Setelah itu, masuk ke dalam pembuluh darah dan diikat oleh hemoglobin yang terdapat di dalam sel darah merah sehingga terbentuk oksihemoglobin (HbO2). Akhirnya, oksigen diedarkan oleh darah ke seluruh tubuh. Setelah sampai ke dalam sel-sel tubuh, oksigen dilepaskan sehingga oksihemoglobin kembali menjadi hemoglobin. Oksigen ini digunakan untuk oksidasi.
Karbon dioksida yang dihasilkan dari respirasi sel diangkut oleh plasma darah melalui pembuluh darah menuju ke paru-paru. Sesampai di alveolus, CO2 menembus dinding pembuluh darah dan dinding alveolus. Dari alveolus, karbondioksida akan disalurkan menuju hidung untuk dikeluarkan. Jadi proses pertukaran gas sebenarnya berlangsung di alveolus.
2. Mekanisme Pertukaran Gas Oksigen (O2) dan Karbondioksida (CO2)
Udara lingkungan dapat dihirup masuk ke dalam tubuh makhluk hidup melalui dua cara, yakni pernapasan secara langsung dan pernapasan tak langsung. Pengambilan udara secara langsung dapat dilakukan oleh permukaan tubuh lewat proses difusi. Sementara udara yang dimasukan ke dalam tubuh melalui saluran pernapasan dinamakan pernapasan tidak langsung.
Saat kita bernapas, udara diambil dan dikeluarkan melalui paru-paru. Dengan lain kata, kita melakukan pernapasan secara tidak langsung lewat paru-paru. Walaupun begitu, proses difusi pada pernapasan langsung tetap terjadi pada paru-paru. Bagian paru-paru yang meng alami proses difusi dengan udara yaitu gelembung halus kecil atau alveolus. Oleh karena itu, berdasarkan proses terjadinya pernapasan, manusia mempunyai dua tahap mekanisme pertukaran gas. Pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida yang dimaksud yakni mekanisme pernapasan eksternal dan internal.
a. Pernapasan Eksternal
Ketika kita menghirup udara dari lingkungan luar, udara tersebut akan masuk ke dalam paru-paru. Udara masuk yang mengandung oksigen tersebut akan diikat darah lewat difusi. Pada saat yang sama, darah yang mengandung karbondioksida akan dilepaskan. Proses pertukaran oksigen (O2) dan karbondioksida (CO2) antara udara dan darah dalam paru-paru dinamakan pernapasan eksternal.
Saat sel darah merah (eritrosit) masuk ke dalam kapiler paru-paru, sebagian besar CO2 yang diangkut berbentuk ion bikarbonat (HCO-3).
Dengan bantuan enzim karbonat anhidrase, karbondioksida (CO2) air (H2O) yang tinggal sedikit dalam darah akan segera berdifusi keluar. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut.
H+ + HCO-3 --> H2CO3 -----> H2O + CO2
(ion hidrogen) (ion bikarbonat) (asam karbonat) (air) (karbon-dioksida)
Seketika itu juga, hemoglobin tereduksi (yang disimbolkan HHb) melepaskan ion-ion hidrogen (H+) sehingga hemoglobin (Hb)-nya juga ikut terlepas. Kemudian, hemoglobin akan berikatan dengan oksigen (O2) menjadi oksihemoglobin (disingkat HbO2).
Hb + O2 ------> HbO2
(hemoglobin) (oksigen) (oksihemoglobin)
Proses difusi dapat terjadi pada paru-paru (alveolus), karena ada perbedaan tekanan parsial antara udara dan darah dalam alveolus. Tekanan parsial membuat konsentrasi oksigen dan karbondioksida pada darah dan udara berbeda. Tekanan parsial oksigen yang kita hirup akan lebih besar dibandingkan tekanan parsial oksigen pada alveolus paru-paru. Dengan kata lain, konsentrasi oksigen pada udara lebih tinggi daripada konsentrasi oksigen pada darah. Oleh karena itu, oksigen dari udara akan berdifusi menuju darah pada alveolus paru-paru.
Sementara itu, tekanan parsial karbondioksida dalam darah lebih besar dibandingkan tekanan parsial karbondioksida pada udara. Sehingga, konsentrasi karbondioksida pada darah akan lebih kecil di bandingkan konsentrasi karbondioksida pada udara. Akibatnya, karbondioksida pada darah berdifusi menuju udara dan akan dibawa keluar tubuh lewat hidung.
Oksigen berdifusi dari udara kedalam darah karena tekanan parsial :
1). Udara dari luar sebesar 1 atm (760 mmHg)
2). Oksigen di paru paru sebesar ± 160 mmHg,
3). Oksigen di kapiler ± 100 mmHg,
4). Oksigen di vena ± 40 mmHg.
Karbondioksida berdifusi dari darah ke udara karena perbedaan tekanan parsial :
1). Karbondioksida di vena sebesar ± 47 mmHg,
2). Karbondioksida di arteri ± 41 mmHg,
3). Karbondioksida di alveolus ± 40 mmHg
4). Karbondioksida di jaringan ± 60 mmHg
Cara Pengangkutan CO2
1) Sekitar 60 – 70 % diangkut dalam bentuk HCO3- oleh plasma darah.
2) H2O + CO2 à H2CO3
3) H2CO3 à H+ + HCO3-
4) Lebih kurang 25 % diangkut oleh hemoglobin dengan reaksi :
CO2 + Hb à HbCO2
5) Sekitar 6- 10 % diangkut plasma darah dalam bentuk senyawa asam karbonat H2CO3
CO2 yang diangkut dari jaringan ke paru paru tidak semuanya dibebaskan ke udara, darah yang melewati paru–paru hanya membebaskan 10 % CO2 Sedangkan sisanya 90 % tetap tertahan di paru–paru
b. Pernapasan Internal
Berbeda dengan pernapasan eksternal, proses terjadinya pertukaran gas pada pernapasan internal berlangsung di dalam jaringan tubuh. Proses pertukaran oksigen dalam darah dan karbondioksida tersebut berlangsung dalam respirasi seluler. Setelah oksihemoglobin (HbO2) dalam paru-paru terbentuk, oksigen akan lepas, dan selanjutnya menuju cairan jaringan tubuh.
Oksigen tersebut akan digunakan dalam proses metabolisme sel. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.
HbO2 -------> Hb + O2
(oksihemoglobin) (hemoglobin) (oksigen)
Proses masuknya oksigen ke dalam cairan jaringan tubuh juga melalui proses difusi. Proses difusi ini terjadi karena adanya perbedaan tekanan parsial oksigen dan karbondioksida antara darah dan cairan jaringan. Tekanan parsial oksigen dalam cairan jaringan, lebih rendah dibandingkan oksigen yang berada dalam darah. Artinya konsentrasi oksigen dalam cairan jaringan lebih rendah. Oleh karena itu, oksigen dalam darah mengalir menuju cairan jaringan. Sementara itu, tekanan karbondioksida pada darah lebih rendah daripada cairan jaringan. Akibatnya, karbondioksida yang terkandung dalam sel-sel tubuh berdifusi ke dalam darah. Karbondioksida yang diangkut oleh darah, sebagian kecilnya akan berikatan bersama hemoglobin membentuk karboksi hemoglobin (HbCO2). Reaksinya sebagai berikut.
CO2 + Hb -----> HbCO2
(karbondioksida) + (hemoglobin) (karboksi hemoglobin)
Namun, sebagian besar karbondioksida tersebut masuk ke dalam plasma darah dan bergabung dengan air menjadi asam karbonat (H2CO3). Oleh enzim anhidrase, asam karbonat akan segera terurai menjadi dua ion, yakni ion hidrogen (H+) dan ion bikarbonat (HCO-3).
Persamaan reaksinya sebagai berikut.
CO2 + H2O ---> H2CO3 ----> H+ + HCO-3
(karbondioksida) + (air) (asam karbonat) (hidrogen) (ion bikarbonat)
CO2 yang diangkut darah ini tidak semuanya dibebaskan ke luar tubuh oleh paru-paru, akan tetapi hanya 10%-nya saja. Sisanya yang berupa ion-ion bikarbonat yang tetap berada dalam darah. Ion-ion bikarbonat di dalam darah berfungsi sebagai buffer atau larutan penyangga. Lebih tepatnya, ion tersebut berperan penting dalam menjaga stabilitas pH (derajat keasaman) darah.
3. Mekanisme Pernapasan
Bernapas merupakan aktivitas pokok setiap makhluk hidup. Udara yang kita hisap saat bernapas, dapat masuk ke dalam paru-paru karena adanya mekanisme pernapasan. Tanpa adanya otot, udara yang ada di luar tubuh tidak bisa masuk ke dalam paru-paru. Demikian pula saat udara dihembuskan, otot juga berperan di dalamnya. Oleh karena itu, berdasarkan otot yang berperan dalam proses pernapasan, kegiatan bernapas manusia dibedakan menjadi dua jenis, yakni pernapasan dada dan pernapasan perut.
Sementara itu, kedua proses pernapasan ini terjadi dalam dua fase, meliputi inspirasi (inhalase) dan ekspirasi (ekshalase). Inspirasi adalah proses masuknya udara dari luar tubuh menuju paru-paru melewati saluran pernapasan. Sedangkan ekspirasi adalah proses keluarnya udara dari dalam tubuh menuju lingkungan melalui organ saluran pernapasan.
a. Pernapasan Dada
Apabila kita menghirup dan menghempaskan udara menggunakan pernapasan dada, otot yang digunakan yaitu otot antartulang rusuk. Otot ini terbagi dalam dua bentuk, yakni otot antartulang rusuk luar dan otot antartulang rusuk dalam. Saat terjadi inspirasi, otot antartulang rusuk luar berkontraksi, sehingga tulang rusuk menjadi terangkat. Akibatnya, volume rongga dada membesar. Membesarnya volume rongga dada menjadikan tekanan udara dalam rongga dada menjadi kecil/berkurang, padahal tekanan udara bebas tetap. Dengan demikian, udara bebas akan mengalir menuju paru-paru melewati saluran pernapasan.
Sementara saat terjadi ekspirasi, otot antartulang rusuk dalam berkontraksi (mengkerut/mengendur), sehingga tulang rusuk dan tulang dada ke posisi semula. Akibatnya, rongga dada mengecil. Oleh karena rongga dada mengecil, tekanan dalam rongga dada menjadi meningkat, sedangkan tekanan udara di luar tetap. Dengan demikian, udara yang berada dalam rongga paru-paru menjadi terdorong keluar.
b. Pernapasan Perut
Berbeda dengan pernapasan dada, pernapasan perut menggunakan otot diafragma dan otot dinding rongga perut. Sementara mekanisme pernapasannya tetap melalui dua fase, yaitu inspirasi dan ekspirasi.
Fase inspirasi pada pernapasan perut terjadi apabila otot diafragma berkontraksi (mengkerut), sehingga posisi diafragma mendatar. Akibat yang ditimbulkan, volume rongga dada menjadi lebih besar, sehingga tekanan udara di dalam rongga dada mengecil. Namun, volume udara luar tetap. Penurunan tekanan udara ini menjadikan paru-paru mengembang. Akibatnya, udara di luar tubuh masuk ke dalam paru-paru.
Sementara itu, fase ekspirasi terjadi apabila otot diafragma berelaksasi (mengendur) dan otot dinding rongga perut berkontraksi. Akibat yang ditimbulkan, rongga perut terdesak ke arah diafragma, sehingga keadaan diafragma cekung ke rongga dada. Akibatnya, volume rongga dada mengecil dan tekanan udaranya meningkat. Sehingga, udara dalam rongga paru-paru keluar tubuh..
4. Volume, Kapasitas, dan Frekuensi Paru-paru
Volume udara yang dihirup setiap orang biasanya berbeda-beda. Perbedaan ini terjadi karena dipengaruhi oleh beberapa faktor, misalnya ukuran paru-paru, kekuatan bernapas, dan cara bernapas. Sementara kecepatan (frekuensi) seseorang dalam bernapas juga berbeda-beda. Perbedaan frekuensi paru-paru setiap orang ini disebab-kan faktor usia, jenis kelamin, suhu tubuh, posisi tubuh, dan kegiatan yang dilakukan tubuh. Seorang laki-laki muda dengan suhu tubuh tinggi dan banyak aktivitas, akan lebih tinggi frekuensi pernapasannya dibandingkan kondisi sebaliknya.
Saat kita bersantai atau dalam keadaan normal, udara yang kita hirup dan hembuskan dari paru-paru memiliki volume yang tidak besar, sekitar 500 cm3 atau 500 cc. Volume udara yang demikian dinamakan volume udara tidal. Namun demikian, dalam volume udara tidal tersebut, masih kemungkinan untuk menambah volume udara ekstra dari luar sebesar 1.500 cm3 atau 1.500 cc. Volume udara ekstra dinamakan volume udara cadang an inspirasi atau udara komplementer. Demikian pula sebaliknya, volume udara sekitar 1.500 cm3 atau 1.500 cc dapat kita keluarkan setelah melakukan pernapasan normal. Volume udara yang demikian dinamakan volume udara cadangan ekspirasi atau udara suplementer. Jadi, saat kita bernapas sekuat-kuatnya, baik secara inspirasi maupun ekspirasi, di dalam paru-paru akan terdapat jumlah volume udara sekitar 3.500 sampai 4.000 cm3. Kita namakan kondisi demikian sebagai kapasitas vital paru-paru. Oleh karena itu, kapasitas vital paru-paru dapat dirumuskan sebagai berikut.
Kapasitas vital = volume tidal + udara komplementer + udara suplementer
Namun demikian, sesudah kita melakukan pernapasan secara maksimal, di dalam paru-paru masih tersimpan volume udara sekitar 1.500 cm3. Volume udara ini dinamakan udara residu (sisa).
5. Kelainan dan Penyakit pada Sistem Pernapasan Manusia
a. Asma
Asma merupakan gangguan pernapasan yang disebabkan oleh hiper sensitivitas bronkiolus (atau disebut juga asma bronkiale). Penderita asma akan mengalami kesukaran saat bernapas. Kondisi ini terjadi karena adanya kontraksi kaku dari bronkiolus.
b. Asidosis
Asidosis adalah penyakit pernapasan yang disebabkan oleh adanya peningkatan kadar asam bikarbonat dan asam karbonat dalam darah.
c. Asfiksi (Asfiksia)
Akibat terganggunya fungsi berbagai organ seperti paru-paru, pembuluh darah ataupun jaringan tubuh, asfi ksi dapat diderita oleh seseorang. Penyebabnya antara lain alveolus korban tenggelam yang terisi air, kemudian juga adanya pengikatan karbonmonoksida oleh hemoglobin dalam darah sehingga pengangkutan oksigen berkurang.
d. Emfisema Paru-paru
Emfisema paru-paru merupakan suatu penyakit yang diderita seseorang akibat jumlah udara yang berlebihan di dalam paru-paru, sehingga membuat daerah pertukaran gas berkurang. Berbagai penyebab emfisema misalnya infeksi kronis oleh rokok atau bahan-bahan lain yang mengiritasi bronkus, kemudian infeksi akibat kelebihan mukus karena peradangan dan edema epitel bronkiolus. Selain itu, penyakit ini disebabkan karena adanya gangguan saluran respirasi sehingga sulit untuk berekspirasi, sehingga mengakibatkan udara terperangkap di dalam alveolus dan menyebabkan alveolus renggang.
e. Faringitis
Faringitis merupakan peradangan pada faring. Akibat yang ditimbulkan gangguan ini adalah rasa nyeri saat menelan makanan atau kerongkongan terasa kering. Penyebabnya yakni infeksi oleh bakteri atau virus, kemudian bisa pula karena terlalu banyak merokok.
f. Pneumonia
Pneumonia adalah peradangan paru-paru yang mengakibatkan alveolus berisi cairan dan eritrosit secara berlebihan. Sebagai contoh pnemonia adalah pneumonia bakteri. Infeksi ini disebarkan oleh bakteri Diplococus pneumaticus, dari satu alveolus ke alveolus yang lain, sehingga dapat meluas ke seluruh lobus, bahkan ke seluruh paru-paru.
g. Tuberkulosis (TBC)
Tuberkulosis (TBC) merupakan penyakit yang disebabkan oleh bakteri Mycobacterium tuberculosis. Semua organ tubuh dapat diserang oleh bakteri ini, namun biasanya yang terserang adalah organ paru-paru dan tulang.
h. Bronkitis, Pleuritis, Laringitis, dan Tonsilitis
Bronkitis adalah penyakit yang disebabkan oleh adanya peradangan pada bronkus. Pleuritis adalah peradangan pada selaput rongga dada (pleura) sehingga mengalami penambahan cairan intrapleura. Akibatnya timbul rasa nyeri saat bernapas. Laringitis adalah peradangan pada laring. Sementara, tonsilitis adalah radang karena infeksi oleh bakteri tertentu pada tonsil. Gejala tonsilitis antara lain tenggorokan sakit, sulit menelan, suhu tubuh naik, demam, dan otot-otot terasa sakit.
i. Kanker Paru-Paru
Kanker paru-paru adalah penyakit yang disebabkan oleh tumor ganas yang terbentuk di dalam epitel bronkiolus. Kanker paru-paru dapat memengaruhi pertukaran gas yang terjadi dalam paru-paru. Salah satu penyebabnya adalah kebiasaan buruk penderita yang sering merokok atau perokok aktif. Perokok pasif juga dapat terkena jenis kanker ini. Penyebab lainnya adalah seperti seringnya seseorang menghirup debu asbes, kromium, produk petrotelum, dan radiasi ionisasi.
Selain gangguan dan penyakit tersebut, sistem pernapasan juga dapat terganggu oleh beberapa penyakit seperti influenza, mimisan, emboli, dan lain sebagainya.
B. Sistem Pernapasan pada Hewan
Pertukaran gas oksigen dan karbondioksida yang terjadi dalam setiap tubuh hewan kemungkinan dapat berbeda. Perbedaan tersebut terjadi karena ada nya perbedaan organ yang digunakan dalam proses bernapas. Selain itu, habitat hewan tersebut juga turut membedakan mekanisme pernapasannya. Sebagai contoh, hewan yang hidup di perairan memiliki mekanisme pernapasan yang berbeda dengan hewan yang hidup di daratan.
a. Sistem Pernapasan pada Protozoa
Hewan protozoa seperti Amoeba atau Paramaecium bernapas menggunakan permukaan tubuhnya. Oksigen dan karbondioksida saling berdifusi melalui membran sel. Saat Amoeba bernapas, konsentrasi oksigen dalam sel semakin berkurang (rendah), sedangkan sisa metabolisme yang berupa karbondioksida di dalam sel semakin tinggi konsentrasinya. Di sisi lain, konsentrasi oksigen dalam air lebih tinggi daripada di dalam sel, sementara konsentrasi oksigennya lebih rendah. Akibatnya, oksigen dari luar akan berdifusi ke dalam sel, sementara karbondioksida berdifusi keluar sel menuju air.
Pertukaran gas tersebut akan terjadi pada seluruh luas permukaan tubuh protista. Selain itu, proses seperti ini terjadi juga pada organisme uniselluler lain dan beberapa hewan seperti spons, Cnidaria, dan cacing pipih.
b. Sistem Pernafasan pada Porifera
Porifera bernafas dengan cara memasukkan air melalui ostium (pori-pori/lubang) yang terdapat pada seluruh permukaan tubuhnya, masuk ke dalam spongocoel. Proses pernafasan selanjutnya dilakukan oleh sel leher (koanosit), yaitu sel yang berbatasan langsung dengan rongga spongocoel.
Aliran air yang masuk melalui ostium menuju rongga spongocoel membawa oksigen sekaligus zat-zat makanan. Pengikatan oksigen dan pelepasan karbondioksida dilakukan oleh sel leher (koanosit). Sel leher juga berfungsi melakukan proses pencernaan dan sirkulasi zat makanan. Selanjutnya air akan keluar melalui oskulum.
c. Sistem Pernapasan pada Cacing
Cacing senang hidup di daerah lembab. Hal ini dilakukan supaya kulit cacing selalu lembab. Bagi cacing, misalnya saja cacing tanah, kulitnya dijadikan sebagai organ pernapasan atau tepatnya sebagai tempat pertukaran gas. Kulit tubuh cacing tanah permukaannya basah, tipis, dan banyak mengandung pembuluh darah. Melalui kulitnya, oksigen dari luar berdifusi ke dalam tubuh secara difusi. Hemoglobin yang terkandung dalam darah akan mengikat oksigen tersebut untuk dialirkan ke seluruh tubuh. Sementara, hasil metabolisme yang berupa karbon dioksida dikeluarkan melalui permukaan tubuh cacing. Pertukaran gas melewati permukaan tubuh pada cacing ini dinamakan juga pernapasan integumenter.
Pada Annelida yang hidup di air, misalnya cacing berambut banyak (Polychaeta) bernafas menggunakan sepasang parapodia , yang akan berubah menjadi insang.
d. Sistem Pernapasaan pada Serangga
Serangga memiliki organ pernapasan yang khas. Pertukaran oksigen dan karbon dioksida dilakukan melalui trakea. Trakea merupakan bagian tubuh serangga yang terbuat dari pipa/tabung udara. Jumlah trakea di dalam tubuh serangga sangat banyak. Oleh karena itu, sistem pernapasan serangga dinamakan sistem trakea.
Saat serangga melakukan pernapasan, udara masuk trakea melalui bagian yang terletak pada permukaan tubuh. Bagian tersebut dinamakan spirakel. Spirakel dilindungi oleh bulu halus dengan fungsi sebagai penyaring debu dan benda asing yang masuk menuju trakea. Setelah itu, udara tersebut akan melewati pipa kecil yang disebut trakeola. Trakeola juga ini akan terhubung dengan membran sel. Trakeola memiliki ujung kecil tertutup dan mengandung cairan dengan warna biru gelap. Oksigen akan berdifusi masuk ke dalam sel tubuh melalui trakeola, sedangkan karbondioksida akan berdifusi keluar. Setelah melewati trakeola, karbondioksida akan dikeluarkan ke lingkungan melewati trakea.
Jalur yang dilalui udara pernafasan adalah udara luar à stigma/spirakel à saluran trachea à tracheolus à jaringan tubuh.
Apabila serangga sedang aktif dan menggunakan banyak oksigen, sebagian besar cairan yang berwarna biru akan ditarik ke dalam tubuh. Akibatnya, luas permukaan udara yang berkontak langsung dengan sel menjadi semakin luas. Seekor serangga yang sedang terbang mempunyai laju metabolisme lebih tinggi dibandingkan saat istirahat. Otot akan berkontraksi dan berelaksasi secara bergantian sehingga tubuh bisa memampat dan menggembung. Oleh karenanya udara akan secara cepat terpompa melalui sistem trakea. Sebagian besar serangga hidup di daratan. Namun, ada juga serangga yang hidup pada perairan seperti larva capung.
e. Sistem Pernafasan pada Mollusca
Mollusca yang hidup di air (siput, cumi-cumi, dan kerang/Bivalvia) bernafas menggunakan insang. Pada Mollusca yang hidup di darat (siput darat/bekicot) bernafas dengan menggunakan paru-paru.
f. Sistem Pernapasan pada Ikan
Sebagian besar ikan menggunakan alat pernapasan yang disebut insang. Pada ikan bertulang sejati, seperti ikan mas, insangnya memiliki tutup pelindung insang yang disebut operkulum. Namun, bagian ini tidak dimiliki ikan hiu. Insang berada pada sisi sebelah kanan dan sisi sebelah kiri kepala ikan, tepatnya terletak di dalam rongga insang. Setiap sisinya terdapat lembar insang berjumlah 5-7 buah, Masing-masing insang ini dipisahkan oleh sebuah celah insang. Insang ikan memiliki bagian-bagian penting seperti lengkung insang yang berasal dari tulang rawan, rigi-rigi insang yang berguna sebagai penyaring air saat bernapas, dan filamen/lembaran insang yang berwarna merah muda dengan bentuk seperti sisir. Warna merah muda menunjukkan bahwa lembaran insang terdapat pembuluh kapiler darah. Sehingga, sangat wajar bila pertukaran oksigen dan karbon dioksida terjadi di daerah ini.
Ketika bernapas, ikan menggunakan dua fase pernapasan, yakni fase inspirasi dan fase ekspirasi. Fase inspirasi terjadi jika air masuk ke dalam rongga mulut ikan. Masuknya air karena dipengaruhi tekanan udara dalam rongga mulut yang lebih kecil daripada tekanan udara di air.
Sementara itu, fase ekspirasi terjadi saat rongga mulut ikan tertutup. Akibatnya, udara masuk ke insang secara difusi. Secara bersamaan operkulum terbuka. Akibatnya, air mengalir melalui celah insang dan menyentuh lembaran-lembaran insang. Secara otomatis, karbondioksida dilepaskan oleh darah dan sebaliknya oksigen diikat.
Pada beberapa dan jenis ikan, misalnya lele, gabus, gurami, belut, dan betok memiliki alat bantu pernafasan yang disebut labirin. Labirin merupakan perluasan ke atas dalam rongga insang yang berupa lipatan-lipatan tidak teratur. Rongga labirin berfungsi menyimpan udara sehingga ikan-ikan tersebut dapat bertahan hidup pada perairan yang kandungan oksigennya rendah.dapat digunakan untuk membantu pernafasan.
Pada ikan paru-paru (Dipnoi) alat pernafasannya menyerupai amfibi. Selain mempunyai insang, ikan paru-paru mempunyai satu atau sepasang gelembung udara seperti paru-paru yang
g. Sistem Pernapasan pada Katak
Mulai muda hingga dewasa, katak mempunyai alat pernapasan yang berbeda-beda. Saat masih berudu, insang digunakan katak untuk mengambil dan mengeluarkan oksigen. Kira-kira umur 12 hari, katak akan menggunakan insang dalam sebagai alat pernapasan. Sesudah dewasa, alat pernapasan insang akan diganti dengan paru-paru. Saat di air, katak tersebut bernapas menggunakan permukaan kulitnya. Selain itu, katak juga menggunakan alat pernapasan rongga mulut yang berupa glotis.
Pada tubuh katak, tulang rusuk dan sekat diafragma tidak dapat temui perannya dalam pernapasan. Akan tetapi, peran tersebut digantikan oleh otot rahang bawah, otot sterno hioideus, otot genio hioideus, dan otot perut. Saat menggunakan paru-paru, mekanisme pernapasan katak berlangsung dalam dua fase, yaitu fase inspirasi dan fase ekspirasi. Masing-masing fase ini terjadi dalam keadaan mulut tertutup.
Terjadinya fase inspirasi diawali dengan tertutupnya celah tekak dan mulut. Selanjutnya otot rahang bawah mengendur dan otot sterno hioideus berkontraksi, sehingga rongga mulut membesar. Keadaan tersebut membuat, udara dari luar masuk ke dalam rongga mulut dan hulu tenggorokan melalui koane. Kemudian, sekat akan menutup koane. Oleh kontraksi otot rahang bawah dan otot genio hioideus, rongga mulut menjadi kecil. Akibatnya, tekanan di dalam rongga mulut menjadi besar. Adanya perbedaan tekanan udara, membuat udara masuk menuju celah-celah yang terbuka (faring) dan dilanjutkan menuju paru-paru. Oleh karenanya, pertukaran oksigen dan karbondioksida terjadi.
Fase ekspirasi akan terjadi bila otot rahang bawah mengendur, sementara otot sterno hioideus dan otot perut berkontraksi. Akibatnya, udara dalam paru-paru tertekan keluar. Udara tersebut akan masuk ke dalam rongga mulut. Berikutnya, celah tekak menutup dan koane membuka. Otot rahang bawah berkontraksi dan diikuti otot genio hioideus. Akibatnya, rongga mulut mengecil. Mengecilnya rongga mulut menjadikan karbon dioksida keluar dari tubuh katak.
h. Sistem Pernapasan pada Reptilia
Berbeda dengan organ pernapasan serangga, organ yang digunakan pada pernapasan reptilia adalah paru-paru. Sebab, sebagian besar reptilia hidup di daratan atau habitat yang kering. Untuk mengimbanginya, kulit reptilia bersisik dan kering, supaya cairan dalam tubuhnya tidak mudah hilang. Kulit bersisik pada reptilia merupakan suatu adaptasi hidup dalam udara kering, dan bukan sebagai alat pertukaran gas. Walau begitu, ada pula mekanisme pernapasan reptilia yang dibantu oleh permukaan epitelium lembab di sekitar kloaka. Reptilia demikian misalnya kura-kura dan penyu. Hal ini dilakukan karena tubuh kura-kura dan penyu terdapat tempurung yang kaku. Tempurung ini menyebabkan gerak pernapasan kedua hewan tersebut terbatas.
Mekanisme pernapasan reptilia terjadi dalam dua fase, yaitu fase inspirasi dan fase ekspirasi. Saat tulang rusuk mengembang, volume rongga dada akan meningkat. Selanjutnya udara (oksigen) akan masuk ke dalam paru-paru, sehingga terjadi fase inspirasi. Sedangkan, fase ekspirasi akan terjadi, jika tulang rusuk merapat, sehingga udara (karbon dioksida) dan uap air keluar dari paru-paru.
i. Sistem Pernapasan pada Burung
Burung merupakan salah satu hewan yang memiliki kekhasan pada sistem pernapasannya dibandingkan hewan lain.Saat bernapas, burung menggunakan organ-organ pernapasan seperti lubang hidung, tekak, trakea, bronkus, dan paru-paru. Trakea burung memiliki siring yang berfungsi sebagai sumber suara. Siring tersebut terletak pada percabangan trakea atau bifurkasi trakea. Otot yang menyusun siring disebut otot stemotrakealis. Otot tersebut menghubungkan tulang dada dan trakea. Antara siring dan dinding trakea sebelah dalam dihubungkan oleh suatu otot yang disebut otot siringalis.
Paru-paru burung relatif kecil bila dibandingkan besar tubuhnya. Paru-paru burung ini dibungkus oleh suatu selaput paru-paru yang disebut pleura. Paru-paru juga terhubung dengan beberapa kantung/pundi-pundi udara yang dinamakan sakus pnematikus. Masing-masing kantung udara terletak pada pangkal leher, ruang dada, antartulang karakoid, ketiak, di antara lipatan usus atau rongga perut, dan berhubungan dengan tulang-tulang panjang seperti tulang paha dan tulang lengan atas. Keseluruhan jumlah kantung udara ada sembilan buah. Namun, paru-paru burung tidak tersusun alveoli. Pada paru-
Kantung udara burung memiliki fungsi penting, yakni :
1). membantu pernapasan saat burung terbang,
2). membantu memperbesar siring sehingga suara menjadi keras,
3). menyelubungi alat-alat dalam dengan rongga udara sehingga tidak kedinginan.
4). dapat mencegah hilangnya panas badan yang berlebihan
5). memperbesar atau memperkecil berat jenis tubuh saat berenang yaitu dengan cara membesarkan dan mengecilkan kantung udara.
Burung yang terbang dengan burung yang istirahat mempunyai mekanisme pernapasan yang berbeda. Namun, secara umum kedua keadaan tersebut tidak terlepas dari dua fase pernapasan. Fase yang dimaksud yakni fase inspirasi dan fase ekspirasi.
Saat burung beristirahat, fase inspirasi terjadi sebagai berikut; perlekatan tulang-tulang rusuk pada tulang dada dan tulang belakang tidak melalui persendian, sehingga tulang-tulang rusuk masih dapat bergerak sedikit. Tulang rusuk bergerak ke depan dan ke bawah, rongga dada membesar dan paru-paru mengembang, akibatnya udara dari luar masuk ke dalam paru-paru melalui saluran pernapasan. Pada waktu udara masuk ke dalam paru-paru, sebagian O2 diambil, dan sebagian lainnya masuk ke dalam kantung-kantung udara.
Sementara itu, fase ekspirasi di awali dengan mengecilnya rongga dada. Keadaan ini mengakibatkan paru-paru mengecil dan udara dalam kantung-kantung udara dikeluarkan melalui paru-paru. Akibatnya, O2 diikat oleh darah yang terdapat dalam pembuluh-pembuluh kapiler dinding paru-paru. Dengan demikian, pengambilan O2 dapat terjadi baik bisa berlangsung pada fase inspirasi maupun ekspirasi.
Adapun mekanisme pernapasan saat burung terbang terjadi juga secara inspirasi dan ekspirasi. Kedua fase ini dilakukan oleh burung melalui kantung udara yang terdapat di antara tulang karakoid. Pada waktu sayap diangkat ke atas, kantung udara di antara tulang karakoid terjepit. Sementara pada saat yang sama kantung udara pada ketiak mengembang. Akibatnya, O2 masuk/inspirasi ke kantung udara perut. Selanjutnya, O2 ini akan dialirkan ke dalam paru-paru dan sebagian yang lain masuk ke dalam kantung udara. Sebaliknya, fase ekspirasi terjadi ketika sayap bergerak ke bawah, sehingga mengakibatkan kantung udara pada ketiak terjepit. Pada posisi seperti itu, kantung udara di antara karakoid akan mengembang. Alhasil, CO2 keluar dari tubuh burung.
Sumber : Sri Widayati, Meirina Arif P., dan Siti Nur Rochmah
BIOLOGI SMA/MA Kelas XI,
BSE Depdiknas
Dan sumber lainnya yang relevan.
