Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?

Proses pernapasan manusia, terdiri dari mengambil udara (inspirasi) dan mengeluarkan udara (ekspirasi). Namun, bila dilihat berdasarkan otot yang digunakan, jenis pernapasan manusia bisa dibagi menjadi dua, yaitu pernapasan perut dan dada. Sedangkan berdasarkan lokasinya, ada dua jenis pernapasan, yaitu eksternal dan internal.

Halodoc, Jakarta – Bernapas adalah kegiatan yang penting bagi keberlangsungan hidup manusia. Dengan bernapas, manusia bisa mendapatkan oksigen yang dibutuhkan agar segala proses atau aktivitas dalam tubuh bisa berlangsung dengan baik.

Dikutip dari situs resmi Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan (Kemendikbud), pernapasan melibatkan dua aktivitas, yaitu menghirup udara (inspirasi) dan mengeluarkan udara (ekspirasi) melalui alat pernapasan. Kita melakukan proses bernapas tersebut setiap hari, sehingga hal itu seringkali terjadi begitu saja tanpa kita sadari. Namun, tahukah kamu, bukan hanya sekadar menghirup dan mengembuskan udara, pernapasan manusia sebenarnya terdiri dari beberapa jenis. Dengan mengetahui jenis-jenis pernapasan, kamu bisa bernapas dengan lebih baik untuk meningkatkan kesehatan tubuh. Berikut ulasannya.

Baca juga: Mengenal Fungsi Organ Pernapasan Manusia

Memahami Proses Pernapasan

Kamu mungkin sudah pernah mempelajari tentang proses pernapasan manusia saat duduk di bangku sekolah dulu. Namun, tidak ada salahnya untuk mengingat kembali, bahkan memahami lebih jauh mengenai kegiatan yang krusial untuk hidup manusia tersebut.

Tahukah kamu, manusia bernapas dengan cara mengubah tekanan udara di dalam paru-paru. Perubahan tekanan tersebut menyebabkan udara bisa keluar dan masuk dari dan ke dalam paru-paru yang dikenal juga sebagai proses bernapas. Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, proses bernapas terdiri dari dua tahap, yaitu:

Selama proses inhalasi, volume paru-paru mengembang sebagai akibat dari kontraksi diafragma dan otot-otot interkostal (otot-otot yang terhubung ke tulang rusuk), sehingga memperluas rongga dada. Oleh karena peningkatan volume tersebut, tekanan berkurang, berdasarkan prinsip Hukum Boyle. Penurunan tekanan di rongga dada relatif terhadap lingkungan membuat tekanan rongga kurang dari tekanan atmosfer. Gradien tekanan antara atmosfer dan rongga dada ini memungkinkan udara untuk masuk ke dalam paru-paru. Itulah proses terjadinya inhalasi.

Saat menghembuskan napas (ekspirasi), paru-paru mundur untuk memaksa udara keluar dari paru-paru. Otot-otot interkostal rileks, mengembalikan dinding dada ke posisi semula. Diafragma juga rileks, bergerak lebih tinggi ke dalam rongga dada. Tekanan udara dalam paru-paru akan naik melebihi tekanan udara atmosfer dan udara akan mengalir keluar dari paru-paru. Jadi, keluarnya udara pernapasan dari paru paru adalah karena rongga dada mengecil dan tekanan udara dalam paru-paru membesar.

Pergerakan udara keluar dari paru-paru ini diklasifikasikan juga sebagai peristiwa pasif karena tidak ada otot yang berkontraksi untuk mengeluarkan udara.

Baca juga: 5 Latihan Pernapasan Ini Bisa Tingkatkan Fungsi Paru-Paru

Jenis-Jenis Pernapasan Manusia

Nah, setelah mengetahui proses pernapasan, penting juga untuk mengetahui jenis pernapasan yang bisa kita lakukan. Berdasarkan otot yang terlibat, pernapasan manusia dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

Seperti namanya, pernapasan dada merupakan pernapasan yang dibentuk oleh otot dada antar tulang rusuk. Ini adalah jenis pernapasan yang umumnya kita lakukan. Proses dari pernapasan dada, yaitu:

  • Saat inspirasi, otot antar tulang rusuk luar berkontraksi dan tulang rusuk terangkat. Hal itu membuat  volume rongga dada membesar karena terisi udara dan paru-paru juga mengembang, yang membuat tekanan udara menjadi lebih kecil dari udara atmosfer. Dengan demikian, udara bisa masuk.
  • Saat ekspirasi, otot antar tulang rusuk menjadi rileks. Tulang rusuk akan tertarik ke posisi semula, volume rongga dada mengecil, tekanan udara rongga dada meningkat, sehingga tekanan udara dalam paru-paru lebih tinggi dari udara atmosfer. Akibatnya, udara akan keluar.

Berbeda dari pernapasan dada, pernapasan perut dibantu oleh otot diafragma yang terletak di bawah perut. Jenis pernapasan ini umumnya terjadi ketika kamu tidur. Proses terjadinya pernapasan perut terdiri dari dua tahap, yaitu:

  • Inspirasi terjadi ketika otot diafragma berkontraksi. Diafragma masuk mengakibatkan volume rongga dada membesar, sehingga tekanan udaranya mengecil. Hal itu diikuti paru-paru yang mengembang, mengakibatkan tekanan udaranya lebih kecil dari tekanan udara atmosfer, sehingga udara bisa masuk.
  • Sedangkan ekspirasi bermula dari otot diafragma yang berelaksasi dan otot dinding perut berkontraksi yang menyebabkan diafragma terangkat dan melengkung menekan rongga dada. Hal itu menyebabkan volume rongga dada mengecil dan tekanannya meningkat, sehingga udara dalam paru-paru keluar.

Selain berdasarkan jenis otot, jenis pernapasan juga bisa dikelompokkan berdasarkan lokasinya, yaitu pernapasan eksternal dan internal:

Ini adalah jenis pernapasan yang terjadi di dalam paru-paru. Lebih tepatnya, pernapasan eksternal terjadi di permukaan alveolus yang ada di dalam paru-paru. Pernapasan eksternal merupakan terjadinya pertukaran udara antara udara dalam alveolus dengan darah dalam kapiler.

Pernapasan internal adalah pertukaran udara antara sel darah merah di dalam kapiler dengan sel-sel tubuh. Jadi, pernapasan ini terjadi di lokasi yang jauh lebih dalam dibanding pernapasan eksternal.

Baca juga: 4 Penyakit Pernapasan yang Perlu Diwaspadai

Nah, itulah jenis-jenis pernapasan manusia yang perlu kamu ketahui. Bila kamu memiliki masalah pada pernapasan kamu, seperti mempunyai napas pendek, sesak napas, atau lainnya, jangan tunda untuk menemui dokter. Segera berobat ke dokter dengan buat janji di rumah sakit melalui aplikasi Halodoc. Yuk, download aplikasinya sekarang juga di Apps Store dan Google Play.

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?
Referensi:
Lumen. Diakses pada 2021. The Mechanics of Human Breathing.
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. Diakses pada 2021. Sistem Pernapasan Manusia.

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?
Zat cair dan gas mempunyai banyak karakteristik yang sama. Namun demikian, zat cair dan gas dapat dibedakan dalam beberapa hal. Misalnya, zat cair hampir tidak dapat dimampatkan, sedangkan gas dapat dimampatkan dengan mudah. Zat cair cenderung mempunyai massa jenis yang lebih besar daripada gas. Fase gas dari suatu zat biasanya mempunyai temperatur lebih tinggi daripada fase cairnya. Oleh karena itu molekul-molekul gas mampu menyeruak bebas dari suatu tempat ke tempat lain. Gas mampu melepaskan diri dari wadah yang terbuka, sedangkan zat cair tidak bisa. Zat cair dan gas secara bersama disebut fluida yang artinya zat alir atau zat yang mempunyai kemampuan untuk mengalir.

Gas tidak memiliki bentuk atau volume yang tetap dan mengisi semua ruang yang ada. Partikel-partikel dalam gas bebas bergerak dalam ruang dan saling bertumbukan saru sama lain. Tumbukan antara partikel gas dengan dinding wadah akan menyebabkan tekanan. Semakin banyak jumlah tumbukan maka semakin tinggi tekanan yang terjadi.

Tekanan merupakan konsep yang paling penting dalam fluida. Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang diberikan per satuan luas, yang dapat dituliskan sebagai

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?

dengan: F = gaya yang diberikan A = luas tempat gaya itu bekerja

P = tekanan

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?
Definisi tekanan ini berlaku umum, pada zat padat, zat cair, dan gas. Pengukuran tekanan merupakan peristiwa yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Ban harus dipompa sampai tekanan yang sesuai, tekanan darah seharusnya berada dalam jangkauan normal, dan tekanan dalam mata yang terlampau besar (glaucoma) dapat menyebabkan kebutaan. Udara yang mengalir didalam saluran napas merupakan salah satu macam peristiwa terkait tekanan, khususnya tekanan udara dalam tubuh manusia.

Secara umum, udara mengalir karena ada perbedaan tekanan. Udara mengalir dari tekanan yang lebih tinggi ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Perbedaan tekanan udara di paru terjadi akibat adanya daya kekuatan yang bekerja pada sistem pernapasan sehingga dapat mengatasi kekuatan-kekuatan yang melawan gerak udara ketika masuk ke paru.

Udara dari lingkungan luar dapat masuk kedalam paru-paru karena terdapat perbedaan tekanan antara lingkungan luar dengan tekanan dalam paru-paru. Secara umum, inspirasi terjadi karena rongga paru-paru yang berkontraksi dan mengembang sehingga terjadi peningkatan ukuran rongga. Peningkatan ukuran rongga dada ini menyebabkan tekanan didalam paru-paru menurun sehingga lebih kecil dari pada tekanan dilingkungan luar. Perbedaan tekanan ini menyebabkan udara terhisap masuk kedalam paru-paru. Ketika otot-otot rongga dada mengalami relaksasi, maka ukuran rongga dada pun mengalami penurunan sehingga menyebabkan tekanan didalam paru-paru meningkat dan menjadi lebih tinggi daripada tekanan dilingkungan luar. Hal ini mendorong udara keluar dari dalam paru-paru sehingga terjadilah apa yang disebut dengan ekspirasi.

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?
Penjelasan diatas merupakan penerapan dari salah satu hukum fisika yang berkaitan dengan pernapasan, yakni hukum Boyle. Sebenarnya ada beberapa hukum fisika yang terkait dengan pernapasan, diantaranya hukum Dalton (tentang tekanan parsial), Hukum Boyle (PV = konstan), serta hukum Laplace. Namun demikian, disini hanya akan dibahas tentang hukum Boyle saja. Hukum Boyle menyatakan bahwa tekanan pada suatu massa gas yang tetap berbanding terbalik dengan volumenya. Jika pada suatu temperatur tertentu volume meningkat, maka tekanan akan berkurang, dan sebaliknya. Hal ini berarti bahwa jika volume diperkecil menjadi setengahnya, maka tekanan akan menjadi dua kali lipat, hal ini disebabkan karena lebih banyak partikel gas yang bertumbukan dengan dinding wadah. Perhatikan gambar!

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?

Hukum Boyle itu sendiri berbunyi:

“Hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup selalu tetap bila suhu gas tidak berubah.”

Hukum Boyle tersebut dapat dinyatakan dengan rumus:

P1V1 = P2V2

dengan P1 = tekanan awal P2 = tekanan akhir V1 = volume awal

V2 = volume akhir

atau dikenal juga dengan rumus:

PV = konstan

dengan P = tekanan

V = volume

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?
Hukum Boyle inilah yang menjelaskan mengapa tekanan udara diluar bisa menjadi lebih rendah atau lebih tinggi daripada tekanan udara diparu-paru. Gerakan pernapasan menyebabkan perubahan volume toraks (dada) dan perubahan tekanan gas dalam rongga dada yang mengakibatkan udara mengalir ke dalam atau ke luar rongga dada. Seperti saat ketika inspirasi, dimana diafragma berkontraksi dan mendatar serta otot-otot antariga (interkostal) berkontraksi. Volume toraks akan bertambah dan tekanan paru-paru berkurang (hukum Boyle). Karena volume paru meningkat, maka tekanan dalam paru akan lebih rendah daripada tekanan atmosfer sehingga udara akan tertarik masuk ke paru.

Demikian pula halnya ketika ekspirasi, dimana diafragma berelaksasi dan bergerak ke atas dan otot-otot antariga berelaksasi. Volume toraks akan berkurang dan tekanan paru bertambah (hukum Boyle). Karena volume paru berkurang, maka tekanan dalam paru akan lebih tinggi dari tekanan atmosfer sehingga udara keluar dari paru-paru.

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?

Untuk memperdalam pemahaman kamu tentang materi ini, lakukan kegiatan pada LKS yang dapat kamu download disini.

.

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?
Bagian ini akan menjelaskan tentang volume dan kapasitas paru manusia. Volume udara dalam paru-paru dan kecepatan pertukaran udara saat inspirasi dan ekspirasi dapat diukur melalui spirometer. Apa itu volume dan kapasitas paru? Pelajari bagian ini baik-baik!

1)      Volume

Macam-macam volume udara dalam paru-paru manusia dijelaskan sebagai berikut.

1.1)      Volume tidal (VT) adalah volume udara yang masuk dan keluar paru-paru selama ventilasi normal biasa. VT pada dewasa muda sehat berkisat 500 ml untuk laki-laki dan 380 ml untuk perempuan.

1.2)      Volume cadangan inspirasi (VCI) atau disebut juga volume komplementer adalah volume udara yang diperoleh ketika menarik napas dalam-dalam (inspirasi maksimum). VCI berkisar 3.100 ml pada laki-laki dan 1.900 ml pada perempuan.

1.3)      Volume cadangan ekspirasi (VCE) atau disebut juga volume suplementer adalah volume udara yang diperoleh ketika menghembuskan napas sekuat-kuatnya. VCE biasanya berkisar 1.200 ml pada laki-laki dan 800 ml pada perempuan.

1.4)     Volume residual (VR) adalah volume udara sisa dalam paru-paru setelah melakukan ekspirasi kuat. Volume residual penting untuk kelangsungan aerasi dalam darah saat jeda pernapasan. Rata-rata volume ini pada laki-laki sekitar 1.200 ml dan pada perempuan 1.000 ml.

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?

2)      Kapasitas

Macam-macam kapasitas udara dalam paru-paru manusia dijelaskan sebagai berikut.

2.1)      Kapasitas residual fungsional (KRF) adalah penambahan volume residual dan volume cadangan ekspirasi (KRF = VR + VCE). Kapasitas ini merupakan jumlah udara sisa dalam sistem respiratorik setelah ekspirasi normal. Nilai rata-ratanya adalah 2.200 ml.

2.2)      Kapasitas inspirasi (KI) adalah penambahan volume tidal dan volume cadangan inspirasi (KI = VT + VCI). Nilai rata-ratanya adalah 3.500 ml.

2.3)      Kapasitas vital (KV) adalah jumlah dari volume udara tidal, volume udara komplementer, dan volume udara suplementer.

Nah, kamu dapat mengukur kapasitas paru-mu sendiri dengan cara yang sederhana jika kamu tidak memiliki spirometer. Bagaimana caranya? Perhatikan kegiatan yang dilakukan dua orang anak dalam video berikut ini!

Apa yang menyebabkan perubahan tekanan udara didalam paru-paru?

Untuk memperdalam pemahaman kamu tentang materi ini, lakukan kegiatan pada LKS yang dapat kamu download disini.

<<Sebelumnya                                                                                            Selanjutnya>>

__________________

Sumber Materi:
Yosaphat Sumardi. 2012. Biofisika Modul 4: Mekanika dalam Tubuh. Yogyakarta: FMIPA UNY.
Darmanto Djojodibroto. 2007. Respirologi (Respiratory Medicine). Jakarta: EGC.
Fried, George H. dan George J. Hademenos. 2006. Schaum’s Outlines: Biologi Edisi Kedua. Jakarta: Erlangga.
James, Joyce, Colin Baker dan Helen Swain. 2008. Prinsip-prinsip Sains untuk Keperawatan. Jakarta: Erlangga.
Gabriel, J.F. 1996. Fisika Kedokteran. Jakarta: EGC.
Forum Tentor. 2010. Rumus Hafalan Luar Kepala Fisika SMP. Yogyakarta: Pustaka Widyatama.

Sumber Gambar:
http://sciencewithme.com/learn-about-respiration/ Sloane, Ethel. 1995. Anatomi dan Fisiologi untuk Pemula. Jakarta: EGC.

http://preciouscave.blogspot.com/2010/10/combat-asthma-now.html


http://yurryelian.blogspot.com/2012/06/tugas-anatomi-fisiologi-mengingat.html