Halaman
Sistem Respirasi
161
Sistem Pernapasan
Bab VI
TUJUAN PEMBELAJARAN
Setelah mempelajari bab ini, siswa dapat:
1.
menjelaskan struktur dan fungsi alat-alat pernapasan pada manusia;
2.
menjelaskan mekanisme pernapasan pada manusia;
3.
menjelaskan proses mekanisme pertukaran oksigen dan karbon dioksida dari
alveolus ke kapiler darah;
4.
mengidentifikasi struktur dan proses pernapasan burung;
5.
membedakan pernapasan manusia dan burung;
6.. menjelaskan kelainan/penyakit yang terjadi pada sistem pernapasan;
7.
mendata pemanfaatan teknologi yang digunakan untuk pernapasan.
Sistem Pernapasan
161
Sumber
:
Biology,
Prentice-Hall
162
Biologi Kelas XI SMA dan MA
PETA KONSEP
terjadi di
menghirup
dan mengikat
mengeluarkan
memiliki
ke
terjadi
meliputi
meliputi
contohnya
terdiri dari
Mekanisme
Hidung
Faring
Pernapasan
Dada
Pernapasan
Perut
Inspirasi
Ekspirasi
Udara bersih
(Oksigen)
Udara Kotor
(CO
2
)
Laring
Trakhea
Bronki
Bronkioli
Paru-Paru
Alveoli
Alat Pernapasan
Asma
Pheunomia
Bronkitis
Asfiksi
TBC
dan
sebagainya
Kelainan/Penyakit
Sistem Pernapasan
Sistem Respirasi
163
P
ernahkah kamu rasakan apa yang terjadi saat bernapas? Coba rasakan
dengan mendekatkan jarimu atau cermin di depan hidungmu, atau
rabalah dadamu saat melakukan pernapasan. Apa yang terjadi pada tubuh
kita ketika bernapas? Untuk mendapatkan jawaban atas pertanyaan-
pertanyaan tersebut, kita simak uraian selanjutnya.
A. Pengertian Pernapasan
Respirasi atau Pernapasan dapat diartikan sebagai suatu proses
pengambilan O
2
dari lingkungan luar ke dalam tubuh dan pelepasan CO
2
dari dalam tubuh ke lingkungan yang ditujukan untuk mendapatkan energi.
Pernapasan pada hewan berlangsung dalam tiga tahap.
1. Respirasi luar (eksternal)
Respirasi luar merupakan proses pengikatan gas O
2
dari atmosfer ke
kapiler di paru-paru oleh hemoglobin dan pelepasan CO
2
dari kapiler paru-
paru ke atmosfer pada hewan darat atau pertukaran gas O
2
dan CO
2
dari
medium air ke kapiler insang dan sebaliknya pada hewan yang hidup di air.
Pengikatan O
2
:
Hb + O
2
HbO
2
Pelepasan CO
2
:
HCO
3
–
+ H
+
H
2
CO
3
H
2
O + CO
2
2. Respirasi dalam (Internal)
Respirasi dalam (internal) merupakan proses pengikatan O
2
dari kapiler
darah ke jaringan, serta pelepasan CO
2
dari jaringan ke pembuluh vena.
3. Respirasi sel
Respirasi sel merupakan reaksi oksidasi-reduksi yang terjadi di dalam
sel, O
2
digunakan sel-sel tubuh untuk proses pembakaran (oksidasi) untuk
menghasilkan energi dan sebagai sisa metabolisme berupa CO
2
dan H
2
O.
a)
Pengangkutan O
2
dari kapiler paru-paru ke jaringan.
O
2
pada kapiler diikat oleh Hb pada eritrosit.
O
2
+ H
HbO
2
, masuk ke peredaran darah sampai di jaringan.
Pada kapiler jaringan:
HbO
2
Hb + O
2
, O
2
berdifusi ke jaringan untuk proses respirasi
sel.
164
Biologi Kelas XI SMA dan MA
b) Pengangkutan CO
2
dari jaringan ke paru-paru.
Pada jaringan terjadi proses respirasi sel dan menghasilkan CO
2
. CO
2
berdifusi ke aliran darah pada kapiler sehingga terjadi reaksi:
CO
2
+ Hb
HbCO
2
,
CO
2
+ H
2
OH
2
CO
3
Sebagian kecil CO
2
+ H
2
OH
2
CO
3
pada plasma.
H
2
CO
3
dari eritrosit ke luar masuk ke plasma darah.
H
2
CO
3
H
+
+ HCO
–
3
.
Pada kapiler alveoli
HbCO
2
Hb + CO
2
.
H
+
+ HCO
–
3
H
2
CO
3
H
2
O + CO
2
B. Pernapasan pada Manusia
Sebagai anggota mamalia, manusia memiliki alat pernapasan mulai dari
hidung, tenggorokan dengan cabang-cabangnya, sampai paru-paru
yang
memiliki gelembung-gelembung (alveolus)
sebagai bagian utama tempat
pertukaran gas antara tubuh dan atmosfer. Kamu dapat mengamati bagian-
bagian sistem pernapasan manusia pada Gambar 6.1.
Gambar 6.1
Sistem pernapasan manusia
Sumber:
Biology
, Barrett
konka
langit-langit
epiglotis
tabung pendengaran
nasofaring
laring
esofagus
pleura
paru-paru (lobus atas)
perikardium
paru-paru (lobus bawah)
diafragma
ruang pleura
ruang
perikardium
peritoneum
saluran alveolus dan
kantung-kantung
bronkiol
bronkus
cincin trakea
jantung
}
berdifusi ke alveoli
enzim
}
pada eritrosit
Sistem Respirasi
165
Alveolus memiliki dinding tipis terbuat dari epitel selapis pipih yang
membantu terjadinya proses difusi gas. Jumlah alveolus paru-paru 300 juta
buah, dengan luas (jika dibentangkan) 70m
2
. Dengan paru-paru seluas itu,
maka pernapasan menjadi lebih efisien dan perolehan O
2
akan menjamin
hidup manusia. Perhatikan Gambar 6.2.
Paru-paru manusia dibatasi oleh
pleura yang sangat elastis. Demikian
pula dengan dinding rongga dada
bagian dalam dibatasi oleh pleura.
Di antara pleura paru-paru dan
pleura rongga dada terdapat cairan
intrapleura. Tekanan
intrapleura
lebih
rendah daripada tekanan udara luar.
Hal ini memudahkan pemasukan
volume udara ke rongga dada.
KEGIATAN 6.1
Konsep Pernapasan
Pada saat kekurangan zat makanan untuk dioksidasi melalui proses
pembakaran, tubuh kita akan terasa lemas dan kurang bertenaga.
Tahukah kamu bahwa suatu proses yang menghasilkan energi bagi
tubuh adalah melalui pernapasan? Apakah pernapasan itu?
Lengkapilah pertanyaan berikut sehingga ditemukan konsep
pernapasan.
1.
Pernapasan adalah proses pengambilan ... dari ....
ke ... dan proses pelepasan ... dari ....
ke ... untuk menghasilkan ....
2.
Pernapasan dibedakan antara pernapasan ... dan pernapasan ....
3.
Pada pernapasan luar terjadi pertukaran gas antara .... dan ...
sedangkan pada respirasi dalam pertukaran gas terjadi antara
... dan ....
4.
a.
Pada pernapasan eksternal terjadi:
... + O
2
HbO
2
(oksihaemoglobin)
b.
Pelepasan CO
2
dengan reaksi kimia berikut
HCO
3
–
+ ...
H
2
CO
3
... + CO
2
Setelah kamu dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut, apa
kesimpulanmu tentang konsep pernapasan?
Gambar 6.2
Ujung saluran pernapasan
pada paru-paru mamalia. Diameter 0,2
sampai 0,3 mm
Sumber:
Biology
, Barrett
bronkus
saluran alveolus
pandangan
permukaan
kantung
alveolus
alveoli
166
Biologi Kelas XI SMA dan MA
1. Struktur Alat Pernapasan dan Mekanisme
Pernapasan pada Manusia
Pada pernapasan manusia terjadi dua peristiwa, yaitu pengambilan napas
atau
inspirasi (inhalasi)
dan pengeluaran napas atau
ekspirasi (ekshalasi)
. Efisiensi
pertukaran udara di paru-paru didukung oleh adanya
difragma
, yaitu suatu
sekat berotot berbentuk kubah yang membatasi rongga dada dengan rongga
perut.
a. Inspirasi (Inhalasi)
Inspirasi atau inhalasi dikenal sehari-hari sebagai proses menarik napas
;
memasukkan udara ke dalam paru-paru. Dalam proses bernapas, terhirupnya
udara bukan karena aktivitas paru-paru sebab paru-paru tidak memiliki otot
untuk berkontraksi, melainkan karena kontraksi sekat diafragma dan otot-
otot dada. Pada inspirasi, otot diafragma turun
±
1,5 cm dan otot-otot dada
berkontraksi menyebabkan tulang-tulang rusuk terangkat. Hal ini
menyebabkan rongga dada membesar, tetapi tekanannya menurun, dapat
menyebabkan hampir 500 mililiter udara masuk pada sekali inspirasi,
perhatikan Gambar 6.3 dan Gambar 6.4.
Gambar 6.3
Mekanisme dan pengaturan
pernapasan. Penaikan/elevasi tulang iga
dan penurunan/depresi diafragma pada
waktu inspirasi meningkatkan besarnya
rongga dada yang ditandai dengan bagian
yang dihitamkan
Gambar 6.4
Fase inspirasi. Udara turun
memasuki paru-paru akibat melebarnya
rongga dada ketika rusuk terangkat
Sumber:
Biology for You
, Garreth William
Sternum
Ekspirasi
Kedudukan rusuk 3
Selama inspirasi
Kedudukan rusuk 4
Selama inspirasi
Eskpirasi
Diafragma
selama ekspirasi
Inspirasi
Kedudukan otot
Abdominal selama
inspirasi
Ekspirasi
inhalasi
rongga dada
tulang rusuk
terangkat
diafragma
berkontrakksi
Sumber:
Biology for You
, Garreth William
Sistem Respirasi
167
Pada saat menarik napas, sebelum memasuki rongga dada, udara masuk
ke rongga hidung (Gambar 6.5). Selanjutnya dalam rongga hidung, rambut
hidung menyaring partikel kotoran atau debu, atau serangga kecil. Lalu udara
dihangatkan, dilembapkan agar oksigen larut dan dibersihkan sekali lagi oleh
mukus (lendir) yang terdapat di permukaan dinding rongga hidung.
Membran mukosa yang terdapat di sepanjang rongga hidung banyak
mengandung serabut saraf dan pembuluh darah. Keadaan ini sekaligus untuk
mendeteksi gas kimiawi yang berasal dari bau-bauan.
Selanjutnya udara yang telah hangat dan lembap memasuki
faring
(pangkal kerongkongan),
sebuah saluran sepanjang kurang lebih 10 cm. Faring
merupakan penghubung antara mulut dan kerongkongan, serta antara rongga
hidung dan Laring. Laring disebut juga
kotak suara
. Faring seperti layaknya
stasiun, dapat mempertemukan saluran dari mulut, hidung, paru-paru,
bahkan telinga. Faring menjadi persilangan antara saluran makanan (
esofagus
)
dari mulut ke lambung dan saluran udara atau tenggorokan (
trakea
) dari
hidung ke paru-paru.
Walaupun demikian, tidak ada masalah yang menyebabkan makanan
salah masuk ke tenggorokan atau udara masuk ke kerongkongan sebab ada
mekanisme refleks yang mengatur penyalurannya. Jika kita menelan sesuatu,
jalan masuk udara ke faring tertutup. Anak tekak atau
uvula
melipat ke
belakang dan menutup bagian atas faring. Sebaliknya, jika menarik napas,
uvula bergerak ke tempat semula.
Gambar 6.5
Rongga hidung dan alat-alat pernapasan
Sumber:
Biology
, Barrett
lubang hidung
langit-langit keras
anak tekak/uvula
rongga mulut
lidah
epiglotis
tulang hyoid
concha atas
concha tengah
concha bawah
tonsil pharyngeal
nasopharynx
saluran suara yang terbuka
tonsil langit-langit
oropharynx
tonsil lidah
laryngopharynx
esofagus
laring
trakea
168
Biologi Kelas XI SMA dan MA
Saluran pernapasan berikutnya, yaitu laring memiliki penutup yang
disebut
epiglotis
. Ketika menelan, epiglotis menutup, dan ketika bernapas
epiglotis membuka. Oleh karena itu, sulit sekali seseorang yang sedang
menelan sambil berbicara sebab jika hal itu terjadi, makanan akan masuk ke
faring.
Laring juga menghasilkan suara pada saat udara diembuskan dari paru-
paru. Suara yang merupakan getaran udara muncul dari getaran pita suara
yang melintang pada lubang laring, dibantu oleh mulut dan lidah.
Dari laring udara masuk ke trakea (tenggorokan) yang tersusun atas
cincin-cincin tulang rawan. Pada ujung, trakea bercabang dua menjadi bronki
menuju paru-paru kanan dan paru-paru kiri. Pada bronki meskipun
ukurannya kecil tetap mempunyai cincin tulang rawan. Bronki bercabang
disebut bronkioli. Bronkiolus tidak mempunyai cincin tulang rawan. Pada
ujung bronkiolus terbentuk gelembung-gelembung alveoli. Dari trakea sampai
alveoli terdapat sekitar 23 kali percabangan. Pada alveolus terjadi pertukaran
gas. Tiap alveolus diliputi kapiler dan dibungkus oleh lapisan epitel. Paru-
paru manusia berisi kira-kira 3 juta alveolus, yang luasnya mencapai 70 m
2
atau 20 x luas permukaan tubuh.
Oksigen dengan mudah berdifusi keluar alveolus dan masuk ke dalam
sel-sel darah merah di kapiler. Sebaliknya karbon dioksida berdifusi keluar
kapiler dan masuk ke alveolus, yang selanjutnya dikeluarkan dari paru-paru
pada waktu ekspirasi.
b. Ekspirasi atau Ekshalasi
Ekspirasi atau ekshalasi sama
dengan menghembuskan udara dari
paru-paru ke udara luar. Pada saat
ekspirasi sekat diafragma dan otot-
otot dada melakukan relaksasi
(pengenduran). Diafragma kembali
naik, mengecilkan rongga dada,
tetapi memperbesar rongga perut.
Rongga dada yang mengecil
menyebabkan tekanan intrapleura
dan tekanan udara paru-paru me-
ningkat serta mendorong udara
keluar melalui trakea, faring, dan
keluar melalui rongga hidung.
Demikian pula otot-otot dada yang
mengendur menyebabkan tulang-
tulang rusuk ke bawah dan me-
lengkung dalam (Gambar 6.6).
ekshalasi
rongga dada
tulang rusuk
ke bawah
diafragma mengendur
Sumber:
Advanced Biology
, Clegg
Gambar 6.6
Fase ekspirasi. Udara
terdorong ke luar dari paru-paru ketika
otot mengendur
Sistem Respirasi
169
c. Volume Udara Pernapasan
Jumlah udara yang keluar masuk paru-paru bergantung pada cara kita
bernapas. Dalam keadaan normal, jumlah udara yang keluar masuk pada
sekali inspirasi dan sekali ekspirasi dinamakan
volume
tidal
. Volume tidal
kira-kira 500 mililiter. Perlu diingat bahwa tidak semua udara yang masuk
ke paru-paru digunakan dalam pertukaran gas. Ada sekitar 150 mililiter udara
yang menempati bagian-bagian saluran pernapasan di luar alveolus. Oleh
karena itu, jika tiap menit kita bernapas 12 kali, udara segar yang mencapai
alveolus bukan 500 ml x 12 = 6.000 ml, melainkan (500-150) ml x 12 = 4.200
ml. Jumlah ini dinamakan
ventilasi alveolar
. Jika melebihi inspirasi normal,
udaranya melebihi volume tidal dinamakan
volume cadangan inspirasi
.
KEGIATAN 6.2
Pernapasan Dada dan Pernapasan Perut
Jelaskan perbedaan yang terjadi pada tulang rusuk, otot-otot
antartulang rusuk dan diafragma saat pernapasan dada dan
pernapasan perut.
Cobalah lakukan kedua pernapasan tersebut, lalu tulis hasilnya pada
buku tulismu dalam bentuk tabel seperti berikut.
Bagian Tubuh
Keadaan Bagian Tubuh Saat Pernapasan
Pernapasan Dada
Pernapasan Perut
Ekspirasi
Inspirasi
Ekspirasi
Inspirasi
1. Tulang rusuk
2. Otot-otot
tulang rusuk
3. diafragma
170
Biologi Kelas XI SMA dan MA
Jika ekspirasi aktif melebihi volume tidal, volume udara dinamakan
volume
cadangan ekspirasi
. Udara yang tersisa setelah ekspirasi maksimal
disebut volume residu. Kapasitas vital, yaitu jumlah udara paling banyak
yang dapat diekspirasi setelah usaha inspirasi maksimal. Volume cadangan
inspirasi kurang lebih 3 liter, dan volume cadangan ekspirasi besarnya kurang
lebih 1 liter. Volume residu besarnya kurang lebih 1,2 liter.
Kapasitas vital
merupakan jumlah volume seluruhnya (kecuali residu),
besarnya kira-kira 4,8 liter. Jumlah ini diperoleh pada seorang laki-laki muda,
dan dapat bertambah atau berkurang bergantung pada umur, jenis kelamin,
kebiasaan hidup, dan kesehatan. Kecepatan bernapas pada manusia berbeda-
beda.
KEGIATAN 6.3
Menghitung Frekuensi Bernapas
Alat dan bahan: Stop watch
Langkah kerja:
1.
Hitunglah berapa kali kamu bernapas (inspirasi dan ekspirasi)
dalam keadaan duduk selama waktu 1 menit. Ulangi sampai 3x,
berapa rata-ratanya.
2.
Hitunglah berapa kali kamu bernapas (inspirasi dan ekspirasi)
setelah lari di tempat selama 5 menit. Ulangi sampai 3x, berapa
rata-ratanya. Lalu tuliskan dalam tabel seperti berikut ini.
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
Volume paru-paru dalam milimeter
volume udara
cadangan
kapasitas
vital
kapasitas total
paru-paru
udara cadangan
ekspirasi
volume udara
residu
kapasitas udara
residu fungsional
inspirasi
ekspisrasi
Gambar 6.7
Volume udara pernapasan
Sumber:
Biology for file, 1986
Sistem Respirasi
171
Pertanyaan
1.
Berdasarkan hasil data di atas, samakah frekuensi bernapas
sebelum dan sesudah kegiatan?
2.
Mengapa demikian, jelaskan jawabanmu.
3.
Selain aktivitas, faktor apa lagi yang memengaruhi frekuensi
bernapas pada kita?
2. Kelainan pada Sistem Pernapasan
Pernapasan merupakan proses kontak langsung antara tubuh bagian
dalam dan udara luar sehingga banyak risiko yang menjadi beban saluran
pernapasan. Terlebih jika udara sudah terkena polusi. Beberapa kelainan pada
sistem respirasi adalah sebagai berikut.
a.
Asma
, penyakit kronis dan menurun ini terjadi akibat menyempitnya
bronki dan bronkiolus sehingga udara yang masuk di bawah batas mini-
mal. Asma akan terpicu oleh alergi terhadap beberapa jenis makanan
dan partikel di udara seperti serbuk sari dan debu.
b.
Bronkitis
, merupakan radang tenggorokan (bronki) akibat infeksi bakteri
yang menyerang selaput epitel bronki.
c.
Pneumonia
, radang paru-paru menyerang dinding alveolus. Biasanya
disebabkan oleh infeksi bakteri, jamur, dan virus.
d.
TBC
, disebabkan oleh infeksi bakteri Mycobacterium tuberculosa pada
jaringan paru-paru. Dapat menular melalui udara.
e.
Kanker paru-paru
, kasus ini sebagian besar disebabkan oleh polusi, baik
polusi tidak langsung yang berasal dari limbah teknologi ataupun polusi
langsung bagi perokok. Polutan antara lain CO, CO
2
, H
2
SO
4
, HCO, dan
asbestos. Rokok menyimpan nikotin dan polutan lainnya.
f.
Mimisan
, perdarahan di hidung akibat pecahnya kapiler sampai ke
permukaan jaringan epitel rongga hidung.
g.
Laringitis
, merupakan radang pada laring, berasal dari iritasi ataupun
infeksi. Iritasi biasanya dari rokok. Jika radang sampai ke pita suara,
penderita akan kehilangan suara. Perokok berat biasanya menderita serak
berkepanjangan.
Waktu
Sebelum kegiatan
Setelah kegiatan
Menit ke 1
Menit ke 2
Menit ke 3
Rata-rata
172
Biologi Kelas XI SMA dan MA
h.
Pleuritis
, radang pleura di sekeliling paru-paru. Jika radang sangat parah,
udara paru-paru akan keluar menuju rongga antarpleura.
i.
Emfisema
, ditandai dengan hilangnya elastisitas paru-paru karena terendam
cairan, dan terkikisnya sekat antaralveoli sehingga mengurangi luas
permukaan membran pernapasan. Akibatnya udara yang dihirup sedikit
sekali
;
bernapas terasa sulit dan sangat sakit. Emfisema akan terjadi pada
tiap orang seiring makin bertambahnya usia, dan akan terjadi lebih dini
pada perokok dan orang-orang yang bermukim di lingkungan polusi.
j.
Emboli
adalah gumpalan darah yang menyumbat kapiler di paru-paru.
Sumbatan akan menghambat aliran darah yang membawa oksigen dan
karbon dioksida. Emboli paru-paru dapat terjadi jika terkena serangan
jantung, keracunan, overdosis obat, dan tersengat listrik. Emboli sangat
fatal bagi penderita.
KEGIATAN 6.4
Mengkaji Gangguan Pernapasan
Untuk mengetahui bahaya merokok bagi kesehatan dan
menumbuhkan kepedulian lingkungan, kajilah pernyataan berikut
berdasarkan pengetahuanmu tentang gangguan pada pernapasan.
1.
“Merokok sama dengan bunuh diri secara perlahan-lahan.”
2.
Oksigen sangat penting untuk memperoleh energi. Energi
diperlukan oleh setiap bagian tubuh untuk menghasilkan aktivitas
hidup baik setiap organ maupun secara keseluruhan dalam satu
kesatuan membentuk aktivitas hidup tubuh manusia.
C. Respirasi pada Hewan
Hewan rendah seperti Protozoa, tidak memiliki alat- alat khusus
pernapasan sehingga gas CO
2
cukup diperoleh dengan cara difusi melalui
permukaan tubuhnya. Hewan yang lebih tinggi tingkatannya telah memiliki
alat-alat khusus untuk pengambilan O
2
maupun pelepasan CO
2
. Alat-alat
khusus ini dapat berupa paru-paru untuk hewan yang hidup di darat, insang
untuk hewan yang hidup di air, atau alat lain seperti trakea pada insekta dan
juga kulit pada hewan-hewan tertentu, seperti pada cacing.
1. Sistem Respirasi pada Invertebrata
Invertebrata air memiliki alat pernapasan yang berbeda dengan
invertebrata daratan, misalnya pada Ameba pertukaran gas terjadi dengan
menggunakan seluruh permukaan tubuhnya, gas berdifusi melalui sel
Sistem Respirasi
173
Gambar 6.8
Respirasi pada
invertebrata
O
2
CO
2
Air
Sitoplasma
Membran sel
Ameba
Ameba
Protozoa
tubuhnya. Serangga air bernapas dengan insang trakea. Prinsip kerja insang
trakea pada serangga air sama dengan trakea pada serangga darat. Bedanya,
spirakel serangga air berhubungan dengan alat semacam insang di bagian
luar tubuh untuk absorpsi O
2
dan membuang CO
2
dalam lingkungan air.
Respirasi pada invertebrata dapat kamu lihat pada Gambar 6.8.
Sumber:
Zoology,
Storer
Cacing tanah tidak mempunyai alat khusus untuk bernapas. Kulitnya
yang dilapisi lendir cukup untuk melarutkan udara luar yang selanjutnya
berdifusi ke dalam tubuh melalui kulit, masuk ke pembuluh darah.
Perhatikan Gambar 6.9, s erangga memiliki sistem pembuluh trakea
untuk bernapas, trakea memiliki muara berupa spirakulum (spirakel).
Spirakel atau stigma dapat kita lihat pada permukaan tubuh serangga berupa
lubang-lubang kecil pada tiap ruas tubuh serangga. Pada belalang, spirakel
terdapat di kedua sisi ruas pertama dan ruas ketiga dari dada, dan delapan
pasang spirakel di ruas-ruas perut. Tiap spirakel memiliki katup yang
membuka atau menutup saat keluarnya CO
2
dan masuknya O
2
. Organ
pernapasan pada serangga dapat dilihat pada Gambar 6.9.
Gambar 6.9
A. Suatu spirakel dengan atrium, alat penyaring dan katup (menurut
Snodgrass) B. Sebuah kantung udara (menurut Snodgrass) C. Diagram yang
memperlihatkan hubungan spirakel dan trakeol dengan trakea (diubah dari Ross)
D. Sistem trakea seekor insekta (menurut Ross)
Tenida
Trakea
Katup
Atrium
Alat penyaring
Dinding
tubuh
Spirakel
Sel epitel
Sel trakeol
Trakeol
Kotak kantung udara
Spirakel
Trakea Longitudinal
A
C
D
B
Sumber:
Zoology
174
Biologi Kelas XI SMA dan MA
Spirakel dalam tubuh serangga bercabang-cabang hingga yang terkecil
terdapat pada hampir setiap sel tubuh dengan diameter hanya 0,1 m
μ
(milimikron). Pada ujung spirakel ini terdapat cairan agar O
2
yang masuk
dari luar dilarutkan lebih dahulu, baru kemudian berdifusi ke dalam sel.
Secara garis besar pernapasan pada serangga terdiri atas tiga tahap
(berlangsung kurang dari 3 detik), yaitu sebagai berikut.
1.
Tahap inspirasi: spirakel empat pasang di daerah depan membuka
menyebabkan udara yang mengandung O
2
masuk
2.
Tahap pertukaran gas: terjadi antara trakeolus dan jaringan tubuh. Pada
tahap ini spirakel menutup.
3.
Tahap ekspirasi: enam pasang spirakel di abdomen membuka agar gas
sisa keluar dari tubuh.
Hasil percobaan ahli serangga, Gottfried Fraenkel
,
menunjukkan bahwa
belalang mengisap udara atmosfer melalui empat pasang spirakel terdepan
dan mengembuskan udara kotor dari tubuh melalui enam pasang spirakel
terakhir. Dengan demikian, kecil kemungkinan bercampurnya udara bersih
dengan udara kotor.
Masuk dan keluarnya udara ke dalam spirakel diatur oleh kontraksi otot-
otot di bagian perut. Ketika otot berkontraksi, alat-alat dalam tubuh serangga
memipih dan mendesak udara keluar. Saat otot perut relaksasi, keadaan or-
gan-organ dalam tubuh mengendur kembali sehingga udara luar masuk.
Katup spirakel membuka dan menutup dikendalikan oleh sistem saraf.
Lamanya membuka katup spirakel bergantung pada seberapa besar tekanan
CO
2
dalam darah dan seberapa peka terhadap tekanan O
2
di atmosfer.
Beberapa jenis serangga, seperti lipas, belalang, kumbang, serta larva dan
pupa kupu-kupu mempunyai kebiasaan membuang gas CO
2
pada saat-saat
tertentu saja, sementara pengisapan O
2
terus-menerus tiap detik. Ada serangga
tertentu yang membuang CO
2
satu kali dalam seminggu, jenis lainnya ada
yang tiga jam satu kali. Frekuensi pembuangan CO
2
ini dipengaruhi oleh
jenis spesies, suhu udara, dan kecepatan metabolismenya. Respirasi pada lipas
dan kumbang ini disebut
respirasi siklik
.
Larva serangga yang hidup di air
sistem pernapasannya sama berupa
sistem pembuluh trakea. Pada larva
nyamuk, sistem pembuluh trakea
berhubungan dengan corong di
ujung abdomen, corong dipakai
untuk mengambil udara atau mele-
paskannya pada permukaan air
(Gambar 6.10).
Sumber:
Zoology
Gambar 6.10
Corong atau tubula pada
jentik nyamuk
permukaan air
tubula
Sistem Respirasi
175
Beberapa jenis serangga yang larvanya hidup di air mempunyai insang
trakea. Insang mengambil udara dari air dan diedarkan melalui sistem
pembuluh trakea. Pada beberapa serangga dewasa, sistem pembuluh trakea
dihubungkan dengan alat napas berupa duri di ujung abdomen. Duri berupa
tabung dapat mengambil udara dari tumbuhan, misalnya dari eceng dengan
cara ditusukkan.
Alat pernapasan jenis lain, yaitu
paru-paru buku
. Alat ini terdapat pada
kelompok laba-laba dan kelompok kalajengking. Paru-paru buku me–rupakan
lipatan-lipatan hasil pelekukan ke dalam (invaginasi) dari epitelium
permukaan tubuh. Hubungan paru-paru buku dengan udara luar melalui
spirakel. Paru-paru ini terletak di abdomen bagian bawah (Gambar 6.11).
KEGIATAN 6.5
Respirasi pada Hewan
1.
Buatlah kelompok maksimal 5 orang.
2.
Tentukan pilihan respirasi pada hewan yang akan dipresentasikan
atau dipaparkan oleh tiap-tiap kelompok (dapat diundi oleh guru)
Pilihan:
a.
respirasi pada invertebrata
b.
respirasi pada ikan
c.
respirasi pada katak
d.
respirasi pada kadal
e.
respirasi pada burung
f.
respirasi pada mamalia
3.
Lengkapilah penjelasannya dengan gambar atau carta.
4.
Bagilah tugas setiap anggota untuk menjadi pelaksana dalam
mempresentasikan dan diskusi kelas.
Aliran darah
Atrium
Udara mengalir ke
Gambar 6.11
Sayatan paru-paru buku seekor laba-laba
Lamela
Sumber:
The Study of Biology,
Baker
176
Biologi Kelas XI SMA dan MA
B
D
Ruang operkulum
Lung viseral
Tapis insang
Lamela insang
a
b
A
Rongga
mulut
Faring
Ruang
operkulum (– –)
Dinding tubuh
Selom
Esofagus
Operkulum (katup
insang)
Insang
Kantung insang
C
Aliran air
Ruang
operkulum
Katup oral
(mulut)
(+)
(+++)
(++)
Faring
Aliran air
Tapis insang
Lung viseral
Darah oksigen
masuk ke insang
Darah oksigen
meninggalkan insang
Aliran air
Lipatan
sekunder
Gambar 6.12
Alat pernapasan pada ikan (insang ikan) (a) operkulum (b) Sebagian insang
yang dibesarkan; (c dan d) Irisan frontal melalui mulut dan faring.
Sumber:
Biology
, Barrett
2. Sistem Respirasi pada Vertebrata
Vertebrata merupakan kelompok hewan yang secara anatomis memiliki
struktur tubuh paling kompleks, memiliki alat respirasi lebih lengkap. Dimulai
dari yang sederhana pada ikan, sampai ke alat yang paling lengkap pada
unggas dan mamalia. Perhatikan Gambar 6.12.
Sebagai hewan akuatik, ikan memiliki alat pernapasan yang disebut
insang. Jumlah insang tiap sisi ada lima sampai tujuh buah. Insang memiliki
pembuluh-pembuluh darah sehingga O
2
yang larut dalam air dan memasuki
insang akan langsung masuk ke pembuluh darah, karbon dioksida di insang
juga dikeluarkan. Pada ikan gurame, lele, sepat, gabus, insangnya mengalami
pelebaran berlipat-lipat ke atas yang disebut labirin. Lipatan-lipatan labirin
itu dapat menyimpan udara cadangan, mengingat ketiga jenis ikan tersebut
hidup di daerah berlumpur dan kurang oksigen. Ikan jenis lain yang
dinamakan Dipnoi (ikan pari) menyimpan cadangan oksigen dalam pulmoris,
gelembung renang yang berfungsi sebagai paru-paru.
Vertebrata yang memiliki struktur tubuh lebih maju daripada ikan adalah
katak. Hewan ini merupakan hewan transisi antara lingkungan akuatik pada
masa larva dan lingkungan terestrial pada masa dewasa. Meskipun telah
Sistem Respirasi
177
Trakea
Paru-paru
Lubang
hidung
Glotis
Tulang rusuk
Sumber:
Biology for file, 1986
Gambar 6.14
Sistem respirasi kadal
menjadi hewan daratan, katak dewasa tidak sepenuhnya dapat meninggalkan
air. Hal ini ada kaitannya dengan sistem pernapasannya yang sebagian harus
dilakukan oleh kulit.
Telah dikatakan di atas bahwa kulit katak berperan penting dalam sistem
pernapasan. Hal ini terjadi karena kulit katak mengandung banyak pembuluh
darah, dan kulit tersebut tipis serta permiabel terhadap air dan gas. Akan
tetapi, kulit akan berfungsi dalam pernapasan jika dalam keadaan basah sebab
oksigen dari udara baru dapat berdifusi dalam bentuk larutan. Oleh karena
itu, kulit katak dilapisi lendir untuk menghindari kekeringan.
Gambar 6.13
Diagram sayatan memanjang (longitudinal) dari sistem pernapasan katak
Tuba eustachi
Faring
Esofagus
Lubang hidung luar
Premaksilia
Lubang hidung dalam
Rahang bawah
Lidah
Glotis
PIta suara
Ruang laringotrakea
Bronkus
Lambung
Paru-paru
Sumber:
Zoology
Sebagai hewan daratan, katak menggunakan paru-paru untuk bernapas.
Perhatikan Gambar 6.13, paru-parunya terdiri atas dua buah kantung
berdinding tipis. Paru-paru menerima udara dari rongga mulut melalui glotis.
Udara yang masuk akan larut dalam cairan sel-sel epitel paru-paru, baru
kemudian berdifusi ke dalam kapiler darah paru-paru. Di dalam kapiler,
oksigen diikat oleh hemoglobin (HbO) dalam eritrosit. Dalam bentuk HbO
inilah oksigen diedarkan oleh darah ke seluruh jaringan tubuh.
Vertebrata berikut, yaitu kelompok reptilia. Perhatikan Gambar 6.14, or-
gan pernapasan sepenuhnya dilakukan oleh paru-paru. Paru-paru reptilia
jauh lebih besar daripada katak. Pada saat bernapas, paru-paru dibantu
dengan kontraksi otot dada yang merenggangkan tulang-tulang rusuk
sehingga menyempitkan rongga dada, menekan gas CO
2
keluar dari paru-
paru. Kulit reptil tidak membantu proses pernapasan karena kering dan
bersisik. Keadaan kulit seperti ini mencegah hilangnya cairan tubuh kulit.
178
Biologi Kelas XI SMA dan MA
Kelompok unggas atau burung memiliki perangkat pernapasan lebih baik
daripada ketiga kelompok vertebrata yang telah dikemukakan sebelumnya.
Sebagai hewan berdarah panas (homoiothermis), burung harus
mempertahankan suhu tubuhnya yang cukup tinggi (40ºC). Untuk itu
tentunya dibutuhkan energi yang banyak dan harus terpenuhi dengan
perolehan oksigen cukup tinggi sebagai oksidatornya. Ukuran paru-paru
burung lebih kecil dibandingkan dengan paru-paru pada reptil. Keistimewaan
kelompok unggas adalah kebiasaan terbangnya. Hal ini menyebabkan struktur
paru-paru paling berbeda dengan paru-paru vertebrata lain.
Kegiatan terbang dan mempertahankan suhu tubuh ini menyebabkan
burung membutuhkan O
2
yang banyak. Oleh karena itu, paru-paru burung
berkembang membentuk kantung-kantung hawa di sekitar organ-organ visera
untuk membantu paru-paru memperbanyak perolehan oksigen. Secara
anatomis kita perlu mengetahui asal mula perkembangan kantung hawa atau
sakus pneumatikus ini.
Mula-mula tenggorokan (bronkus primer) bercabang di daerah paru-paru
menjadi mesobronkus. Mesobronkus bercabang-cabang lagi menjadi bronkus
sekunder. Bronkus sekunder bercabang-cabang membentuk parabronki. Tiap
parabronki membentuk kapiler-kapiler udara yang saling beranyaman.
Kapiler udara ini mengandung banyak pembuluh darah. Pada kapiler-kapiler
udara inilah terjadi proses pernapasan (tukar-menukar gas).
Paru-paru burung dilengkapi dengan kantung-kantung udara. Kantung
udara pada sistem pernapasan burung dikelompokkan menjadi kantung
udara depan dan kantung udara belakang. Kantung hawa juga mengisi
beberapa rongga pada tulang, dengan demikian akan mengurangi bobot
badan saat terbang.
Pada waktu inspirasi udara mengalir melalui lubang hidung faring,
trakea, bronkus, mesobronki. Dari mesobronki sebagian udara bersih
disimpan pada kantung udara abdomen (kantung udara belakang) dan
sebagian lagi mengalir melalui bronki sekunder (ventro bronki), parabronki,
bronki sekunder (dorsobronki) lalu masuk ke kantung udara depan
(kumpulan dari beberapa kantung udara). Pada parabronki terjadi pertukaran
O
2
dan CO
2
. Kantung udara depan berisi udara kotor (banyak mengandung
CO
2
). Pada waktu ekspirasi udara bersih dari kantung udara belakang
mengalir melalui ventrobronkis, parabronki (terjadi lagi pertukaran gas), dorso
bronki, bronki, trakea dan ke luar. Udara kotor dari kantung udara depan
langsung ke luar, melalui dorsobronki, bronki, dan trakea. Jadi, pada
pernapasan burung terjadi pertukaran gas (pengambilan O
2
dan pelepasan
CO
2
) pada parabronki baik pada waktu inspirasi maupun waktu ekspirasi.
Sistem Respirasi
179
CO
2
O
2
O
2
CO
2
O
2
parabronki
CO
2
ventrobronki
bronki
mesobronki
O
2
CO
2
k.u. depan
dorsobronki
Gambar 6.15
Sistem pernapasan mamalia
Sumber:
Biology
, Barrett
Trakea
Apex paru-paru
Lobus kiri atas
Lobus kiri bawah
Dasar paru-paru
Lobus kanan tengah
Terminal bronkiolus
Saluran pembuluh alveolar
Lobus kanan bawah
Lobus kanan atas
Bronkus primer
Bronkus sekunder
Segmental bronkhi
Arteri paru-paru
Alveoli
Vena paru-
paru
Bagan proses pernapasan pada burung
1.
Inspirasi
Pada waktu inspirasi udara dari bronki mengalir melalui mesobronki
2.
Ekspirasi
Pada mamalia, paru-parunya sama seperti pada manusia, terdiri atas
beberapa gelambir. Bronkus memasuki paru-paru kemudian bercabang-
cabang sampai akhirnya ke bagian yang menggelembung berdinding tipis,
disebut alveoli yang selalu basah dan banyak mengandung kapiler darah
(Gambar 6.15).
180
Biologi Kelas XI SMA dan MA
Ketinggian di Atas Permukaan Laut
Tahukah kamu bahwa atmosfer pada ketinggian di atas permukaan
laut (
±
10.000 meter) biasanya di bawah tekanan gravitasi, sama dengan
760 mmHg. Sekitar 21% (160 mmHg) dari tekanan ini disebabkan oleh
desakan atau tekanan gas oksigen dan sebagian besar sisanya oleh nitro-
gen.
Dalam campuran gas-gas, seperti udara, setiap gas menekan atau
mendesak satu dengan lainnya. Jumlah tekanan yang disebabkan tekanan
setiap gas tersebut disebut tekanan parsial gas.
Jika kita memanjat sebuah gunung yang tinggi atau saat dalam
pesawat terbang, oksigen terus-menerus menurun, demikian pula tekanan
parsial. Sebagai contoh suatu desa pada ketinggian 4,5 kilometer di atas
permukaan laut, tekanan partial oksigen turun menjadi 85 mmHg, sedikit
lebih dari setengahnya pada permukaan laut (760 mmHg). Tekanan yang
disebabkan oleh kecilnya tekanan oksigen dapat menyebabkan “penyakit
gunung” yang kronis dan menahun dengan gejala pusing-pusing, sakit
kepala, lemah, mual dan kebodohan.
Gejala ini dapat menimpa siapa saja sekalipun orang-orang yang telah
beradaptasi tinggi yang hidup di sana seperti di desa.
Untuk diketahui lebih jauh berikut tabel ketinggian, tekanan total
dan tekanan oksigen pada ketinggian tertentu.
I N F O B I O L O G I
Alveoli merupakan tempat tukar-menukar O
2
dengan CO
2
. Jumlah
alveoli
pada satu paru-paru sangat banyak
;
mencapai puluhan juta sampai
ratusan juta. Dengan demikian, permukaan paru-paru sangat luas
memungkinkan pengambilan O
2
dengan leluasa. Mamalia yang hidup di
air, seperti ikan paus dan ikan duyung, bernapas dengan paru-paru. Untuk
mencegah masuknya air ke paru-paru, trakea ikan paus dan duyung bersekat-
sekat. Jika air masuk saat bernapas, air akan tertahan pada sekat trakea,
kemudian disemprotkan melalui lubang di kepalanya.
Ikan paus dan mamalia air lainnya sering muncul ke permukaan untuk
menghirup udara atmosfer. Hal ini dilakukan sebab O
2
yang terlarut tidak
sebanyak O
2
di atmosfer. Cara lain yang diatasi oleh mamalia air untuk
masalah O
2
ini, yaitu dengan menyimpan cadangan O
2
di otot yang terikat
oleh mioglobin. Jika masuk ke permukaan air yang kandungan O
2
-nya sangat
kurang, mioglobin akan membebaskan O
2
.
Sistem Respirasi
181
Sumber:
Biology,
Barrett
Rangkuman
1.
Alat pernapasan pada manusia terdiri atas hidung, tenggorokan,
bronkus, bronkiolus, paru-paru.
2.
Respirasi atau pernapasan dapat diartikan sebagai suatu proses
pengambilan O
2
dan pelepasan CO
2
yang ditujukan untuk
mendapatkan energi.
3.
Pernapasan dapat dibedakan berdasarkan tempat terjadinya
pertukaran O
2
dan CO
2
menjadi pernapasan (respirasi) eksternal
(pengikatan O
2
dari atmosfer ke kapiler darah di paru-paru,
pelepasan CO
2
dari kapiler paru-paru ke atmosfer dan pernapasan
(respirasi) internal (pelepasan O
2
dari kapiler darah ke jaringan
dan pelepasan CO
2
jaringan ke pembuluh vena).
4.
Berdasarkan bagian tubuh yang digunakan saat bernapas, dapat
dibedakan antara pernapasan perut dan pernapasan dada.
18,900 m
18,000
47
54
86
111
141
179
190
235
307
349
379
429
483
564
632
769
Total
Oksigen
meter
(mHg)
10
1
18
23
30
38
40
49
64
73
79
90
101
118
110
132
109
15,000
15,000
12,000
12,000
10,500
4,500
3,000
1,500
0
13,500
10.000
8700
6900
6000
5400
3600
2400
Cairan tubuh mendidih pada 98,6ºF
Batas tertinggi mutlak untuk
membuka pesawat terbang
Sangat kekurangan oksigen,
walaupun penghirupan oksigen 100%
Tekanan barometer satu-empat
pada permukaan laut
Puncak gunung Mt. Everest
Bahaya untuk kehidupan kecuali oksigen
ditambahkan pada udara yang dihirup
Tempat tinggal perencanaan
tertinggi bagi manusia
Kurang oksigen
Batas tertinggi daerah aman
182
Biologi Kelas XI SMA dan MA
Evaluasi Akhir Bab
A. Pilih jawaban yang paling tepat.
1.
Pengikatan oksigen dan pelepasan karbon dioksida pada pernapasan
manusia terjadi pada . . . .
A. bronkus
B.
bronkiolus
C. alveolus
D. trakea
E.
hidung
2.
Pada aktivitas pernapasan biasa, volume udara yang keluar masuk
merupakan . . . .
A. udara tidal
B.
udara kapasitas vital
C. udara residu
D. udara komplemen
E.
udara kapasitas total
5.
Volume udara pernapasan dapat dibedakan menjadi volume udara
tidal, volume udara residu, volume udara vital, volume udara
cadangan, volume udara total, volume udara inspirasi, dan
ekspirasi.
6.
Berbagai kelainan dapat terjadi pada sistem pernapasan baik yang
disebabkan bakteri, radang alat pernapasan, pendarahan,
penyumbatan, kapiler darah di paru-paru.
7.
Pernapasan pada hewan bervariasi, misalnya dengan paru-paru,
insang, kulit dan trakea.
Kata Kunci
alveolus
diafragma
epiglotis
ekspirasi
faring
inspirasi
kapasitas vital
laring
respirasi eksternal
respirasi internal
trakea
uvula
volume tidal
volume cadangan ekspirasi
volume residu
Sistem Respirasi
183
3.
Seorang siswa mempunyai volume tidal 400 ml. Berapa ml volume
alveolarnya?
A. 6.500 ml
B.
10.400 ml
C. 3.900 ml
D. 900 ml
E.
16.500 ml
4.
Berikut ini beberapa tahap dalam proses bernapas:
1.
tulang rusuk terangkat ke atas dan ke depan
;
2.
otot diafragma berkontraksi
;
3.
otot-otot antartulang rusuk melakukan relaksasi
;
4.
rongga intrapleura menurun
;
5.
tekanan intrapleura menurun.
Urutan fase inhalasi adalah nomor . . . .
A. 1-2-3-4
B.
1-2-4-5
C. 1-3-4-5
D. 1-2-4-5
E. 1-2-3-5
5.
Seorang perokok memiliki risiko gangguan pada saluran pernapasan
berikut ini,
kecuali
. . . .
A. emfisema
B.
emboli paru
C. laringitis
D. kanker paru-paru
E.
asma
6.
Alat pernapasan yang dimiliki laba-laba adalah . . . .
A. paru-paru
B.
trakea
C. insang trakea
D. paru-paru buku
E.
kulit
7.
Insang trakea adalah alat pernapasan yang terdapat pada . . . .
A. laba-laba
D. belalang
B.
nyamuk
E.
katak
C. serangga air
184
Biologi Kelas XI SMA dan MA
8.
Alasan katak dewasa selalu membutuhkan air adalah . . . .
A. secara evolusioner katak mengawali hidupnya di air
B.
kulit basah melarutkan oksigen untuk diserap ke dalam tubuhnya
C. ada bagian tubuh katak yang tidak sesuai dengan lingkungan
terestrial
D. masih tersisa insang yang tumbuh semasa berudu
E.
kulit katak sangat tipis dan banyak pembuluh darah
9.
Lipas melakukan respirasi siklik, yaitu . . . .
A. menghirup CO
2
pada saat tertentu, dan menarik O
2
terus-menerus
B. menghirup CO
2
pada saat tertentu, dan membuang CO
2
terus-
menerus
C. menghirup CO
2
dan menghirup O
2
terus-menerus
D. menghirup CO
2
terus-menerus dan membuang O
2
sekali seminggu
E.
menghirup CO
2
dan membuang O
2
terus-menerus
10. Untuk mengatasi kebutuhan oksigen pada waktu terbang, burung
mempunyai pelengkap pernapasan, yaitu . . . .
A. labirin
B.
mioglobin
C. kantung hawa
D. paru-paru
E.
parabronki
B. Jawablah pertanyaan berikut ini dengan benar.
1.
Mengapa udara yang masuk ke rongga hidung harus diberi kelembapan?
2.
Jelaskan proses inspirasi pada katak?
3.
Jelaskan perbedaan sistem pernapasan burung dengan sistem pernapasan
pada manusia?
4.
Jelaskan apa yang dimaksud dengan kapasitas vital.
5.
Dalam berapa tahap pernapasan pada hewan berlangsung? Sebutkan.