Sistem Pernapasan Pada Manusia, Mekanisme Pertukaran Gas O2 dan CO2

Mekanisme Pertukaran Gas O₂ dan CO₂

Bernapas merupakan kegiatan mengambil dan mengeluarkan udara pernapasan melalui paru-paru. Arti yang lebih khusus yaitu pertukaran gas yang terjadi di dalam sel dengan ”lingkungannya”. 

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. Selaput tipis tempat berlangsungnya difusi gas tersebut terlindung di bagian dalam tubuh, berupa gelembung paru-paru (alveolus). 

Pernapasan atau pertukaran gas pada manusia berlangsung melalui dua tahap yaitu pernapasan luar (eksternal) dan pernapasan dalam (internal).

a. Pernapasan Luar (Eksternal)

Pernapasan luar merupakan pertukaran gas di dalam paru-paru. Oleh karena itu, berlangsung difusi gas dari luar masuk ke dalam aliran darah. Dengan kata lain, pernapasan luar merupakan pertukaran gas (O₂dan CO₂ ) antara udara dan darah.

Pada pernapasan luar, darah akan masuk ke dalam kapiler paru-paru yang mengangkut sebagian besar karbon dioksida sebagai  ion bikarbonat (HCO₃ ^– ) dengan persamaan reaksi seperti berikut.

H⁺ + HCO₃ – à H2 CO₃

Sisa karbon dioksida berdifusi keluar dari dalam darah dan melakukan reaksi sebagai berikut.

H₂ CO₃ à H₂ O + CO₂

Proses pernapasan internal dan eksternal pada manusia

Enzim karbonat anhidrase yang terdapat dalam sel-sel darah merah dapat mempercepat reaksi. Ketika reaksi berlangsung, hemoglobin melepaskan ion-ion hidrogen yang telah diangkut; HHb menjadi Hb. Hb merupakan singkatan dari haemoglobin, yaitu jenis protein dalam sel darah merah.

Selanjutnya, hemoglobin mengikat oksigen dan menjadi oksihemoglobin (HbO₂ ).

Hb + O₂ à HbO₂ Selama pernapasan luar, di dalam paru-paru akan terjadi pertukaran gas yaitu CO₂ meninggalkan darah dan O₂ masuk ke dalam darah secara difusi. 

Terjadinya difusi O₂ dan CO₂ ini karena adanya perbedaan tekanan parsial. Tekanan udara luar sebesar 1 atm (760 mmHg), sedangkan tekanan parsial O₂ di paru-paru sebesar ± 160 mmHg. Tekanan parsial pada kapiler darah arteri ± 100 mmHg, dan di vena ±40 mmHg. Hal ini menyebabkan O₂ dari udara berdifusi ke dalam darah.

Sementara itu, tekanan parsial CO₂ dalam vena ± 47 mmHg, tekanan parsial CO₂ dalam arteri ± 41 mmHg, dan tekanan parsial CO₂ dalam alveolus ± 40 mmHg. Adanya perbedaan tekanan parsial tersebut menyebabkan CO₂ dapat berdifusi dari darah ke alveolus.

b. Pernapasan Dalam (Internal)

Pada pernapasan dalam (pertukaran gas di dalam jaringan tubuh) darah masuk ke dalam jaringan tubuh, oksigen meninggalkan hemoglobin dan berdifusi masuk ke dalam cairan jaringan tubuh. Reaksinya sebagai berikut. HbO₂ à Hb + O₂

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.

Dari proses pernapasan yang terjadi di dalam jaringan menyebabkan terjadinya perbedaan komposisi udara yang masuk dan yang keluar paru-paru. Perlu diketahui bahwa tekanan parsial O₂ pada kapiler darah nadi ± 100 mmHg dan tekanan parsial O₂ dalam jaringan tubuh kurang dari 40 mmHg.

Sebaliknya tekanan karbon dioksida tinggi, karena karbon dioksida secara terus-menerus dihasilkan oleh sel-sel tubuh. Tekanan parsial CO₂ dalam jaringan ± 60 mmHg dan dalam kapiler darah ± 41 mmHg. Hal inilah yang menyebabkan O₂ dapat berdifusi ke dalam jaringan dan CO₂ berdifusi ke luar jaringan.

Dalam keadaan biasa, tubuh kita menghasilkan 200 ml karbon dioksida per hari. 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 menjadi ion 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 à H2CO3à H⁺ + HCO₃^–₂) Lebih kurang 25% CO₂ diikat oleh hemoglobin membentuk karboksihemoglobin. Secara sederhana, reaksi CO2 dengan Hb ditulis sebagai berikut. CO₂ + Hb à HbCO₂  Karboksihemoglobin disebut juga karbomino hemoglobin karena bagian dari hemoblogin yang mengikat CO₂ adalah gugus asam amino.

Reaksinya sebagai berikut. CO₂ + RNH₂ à RNHCOOH₃) Sekitar 6–10% CO₂ diangkut plasma darah dalam bentuk senyawa asam karbonat (H₂ CO₃). 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 (H₂ CO₃) akan meningkat sehingga akan menyebabkan turunnya kadar alkali darah yang berperan sebagai larutan buffer. Hal ini akan menyebabkan terjadinya gangguan fisiologis yang disebut asidosis.

Skema pernapasan dalam dan pernapasan luar manusia

Setelah sampai dalam jaringan, gas O₂ dipergunakan untuk respirasi sel, yaitu untuk mengoksidasi zat makanan (glukosa) sehingga dapat dihasilkan energi, gas CO₂ , dan uap air.

Dari uraian di atas, tentu Anda telah mengetahui proses pengangkutan O₂ dan CO₂ dalam tubuh kita yang lebih dikenal dengan sistem pernapasan.

Baca Juga : Organ-organ Pernapasan Manusia beserta fungsinya