Halaman
Biologi Kelas XI217Bab VIISistem Pernapasan padaManusia dan HewanSistem PernapasanMampu mengaitkan struktur, fungsi, dan kelainan ataupenyakit yang dapat terjadi pada sistem pernapasan manusiadan hewan tertentu.Pada ManusiaOrgan yangberperan:1. Hidung2. Faring3. Laring4. Trakea5. Bronkus6. Bronkiolus7. Alveolus8. Paru-paruMekanismepernapasan:1. Pernapasandada2. PernapasanperutInvertebrata:1. Porifera: ostium2. Vermes: per-mukaan tubuh3. Mollusca:insang4. Insecta: sistemtrakeaVertebrata:1. Pisces: insang2. Amphibia:mulut, paru-paru, dan kulit3. Reptilia: paru-paru4. Aves: paru-paru5. Mammalia: paru-paruPada Hewan
218Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanCoba Anda perhatikan orang yang habis berolahraga seperti padagambar di atas. Orang yang habis berolahraga akan tampak kelelahandan frekuensi pernapasannya semakin cepat. Anda bisa mengamatipergerakan rongga dadanya yang mengembang dan mengempissecara teratur dan cepat. Sekarang, cobalah Anda menghirup danmengembuskan napas secara perlahan. Apa yang Anda rasakanpada rongga dada saat menghirup dan mengembuskan napas?Nah, melalui bab ini Anda akan belajar lebih banyak mengenaisistem pernapasan manusia, yang meliputi organ-organ pernapasandan proses pernapasan. Setelah mempelajari bab ini diharapkanAnda dapat mengenal organ-organ yang berperan dalam pernapasandan dapat menjaga kesehatan organ-organ pernapasan tersebut.pernapasanoksigen (O2)karbon dioksida (CO2)inspirasiekspirasiasap rokokinsangalveolustrakeakapasitas vitalparu-parudiafragma
Biologi Kelas XI219Bernapas merupakan salah satu ciri makhluk hidup. Semuamakhluk hidup melakukan proses ini, demikian juga manusia. Ketikabernapas, kita menghirup oksigen (O2) dan mengembuskan karbondioksida (CO2). Kita harus menghirup oksigen karena setiap selpenyusun tubuh membutuhkan oksigen. Tanpa oksigen, sel-selpenyusun tubuh manusia terutama sel-sel otak akan rusak hanyadalam beberapa menit.Oksigen digunakan untuk pembakaran zat-zat makanan(protein, lemak, dan karbohidrat) dalam sel-sel tubuh. Pembakaranitu menghasilkan energi serta karbon dioksida. Energi inilah yangdigunakan manusia untuk melakukan kegiatan sehari-hari. Pada babini, Anda akan mempelajari mengenai pernapasan atau prosespertukaran gas di dalam tubuh. Sementara itu, mengenai respirasiatau proses pembakaran zat dengan bantuan oksigen hinggamenghasilkan energi akan Anda pelajari di SMA kelas XII pada babMetabolisme Sel.A. Sistem Pernapasan pada ManusiaDi dalam tubuh manusia terdapat berbagai macam organpenyusun sistem pernapasan. Pada waktu SMP kelas VIII, Anda telahmempelajari tentang sistem pernapasan pada manusia, yang meliputimekanisme secara sederhana dan organ-organ penyusun sistempernapasan. Cobalah Anda lakukan kegiatan berikut ini untukmengingat kembali organ-organ penyusun sistem pernapasan padamanusia.1234567Mengamati Organ-Organ Penyusun SistemPernapasan ManusiaAmati gambar di bawah ini dan sebutkansecara urut organ-organ penyusun sistempernapasan pada manusia. Kemudian lengkapilahtabel di samping.No.Nama OrganFungsinyaPernapasan1.Rongga hidunga. . . .b. . . .2.. . .Persimpangan jalannapas dengan jalanmakanan3.. . .. . .4.. . .. . .5.. . .. . .6.. . .. . .7.. . .. . .
220Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanDari kegiatan di depan, coba tulislah kesimpulan Anda mengenaiorgan-organ penyusun sistem pernapasan pada manusia. Sekarang,simaklah uraian materi di bawah ini untuk memperjelas pemahamanAnda mengenai organ-organ pernapasan manusia.1. Organ-Organ pernapasan ManusiaSistem pernapasan pada manusia meliputi semua strukturyang menghubungkan udara ke dan dari paru-paru. Organpernapasan utama berupa paru-paru. Anda dapat memahamiorgan-organ pernapasan pada manusia dengan mempelajarimateri berikut.a. HidungHidung berfungsi sebagai alat pernapasan dan indrapembau. Hidung terdiri atas lubang hidung, rongga hidung,dan ujung rongga hidung. Rongga hidung memiliki rambut,banyak kapiler darah, dan selalu lembap dengan adanyalendir yang dihasilkan oleh selaput mukosa.Di dalam rongga hidung, udara disaring oleh rambut-rambut kecil (silia) dan selaput lendir yang berguna untukmenyaring debu, melekatkan kotoran pada rambut hidung,mengatur suhu udara pernapasan, maupun menyelidikiadanya bau. Pada pangkal rongga mulut yang berhubungandengan rongga hidung terdapat suatu katup yang disebutanak tekak. Saat menelan makanan anak tekak ini akanterangkat ke atas menutup rongga hidung sehingga makanantidak dapat masuk ke dalam rongga hidung.b. FaringFaring merupakan persimpangan jalan masuk udara danmakanan. Faring merupakan persimpangan antara ronggamulut ke kerongkongan dengan hidung ke tenggorokan.c. LaringLaring disebut juga pangkal tenggorok atau kotak suara.Laring terdiri atas tulang rawan yang membentuk jakun.Jakun tersusun atas tulang lidah, katup tulang rawan, perisaitulang rawan, piala tulang rawan, dan gelang tulang rawan.Pangkal tenggorok dapat ditutup oleh katup pangkaltenggorokan (epiglotis). Pada waktu menelan makanan,epiglotis melipat ke bawah menutupi laring sehinggamakanan tidak dapat masuk dalam laring. Sementara itu,ketika bernapas epiglotis akan membuka. Pada pangkaltenggorok terdapat selaput suara atau lebih dikenal denganpita suara.d. TrakeaPerhatikan Gambar 7.1. Trakea (batang tenggorokan)merupakan pipa yang panjangnya kira-kira 9 cm. Trakeatersusun atas enam belas sampai dua puluh cincin-cincintulang rawan yang berbentuk C. Cincin-cincin tulang rawanini di bagian belakangnya tidak tersambung yaitu di tempattrakea menempel pada esofagus. Hal ini berguna untuk mem-pertahankan agar trakea tetap terbuka.Cincin-cincin tulang rawan diikat bersama oleh jaringanfibrosa, selain itu juga terdapat beberapa jaringan otot.Gambar 7.1Struktur trakea manusiaSumber:Hamparan Dunia Ilmu Time-Life (Tubuh Manusia),1996Pertumbuhan Pita SuaraKetika seorang anak laki-lakimencapai akil balig, hormontestosteron memperbesar laringsehingga pita suaranya lebihpanjang dan jakunnya lebihmenonjol. Suaranya berubah dannadanya menurun sekitar satuoktaf. Anak wanita mengalami halserupa, tetapi pada masa akil baliqperubahannya lebih kecil. Nadasuara bergantung pada ketegang-an pita suara, panjang tali suara,dan ketebalannya.EsofagusMakanan masukTulangrawanTrakea
Biologi Kelas XI221Trakea dilapisi oleh selaput lendir yang dihasilkan olehepitelium bersilia. Silia-silia ini bergerak ke atas ke arah laringsehingga dengan gerakan ini debu dan butir-butir halus lainnyayang ikut masuk saat menghirup napas dapat dikeluarkan.Di paru-paru trakea ini bercabang dua membentuk bronkus.e. BronkusBronkus merupakan cabang batang tenggorokan yangjumlahnya sepasang, yang satu menuju ke paru-paru kanandan yang satu lagi menuju ke paru-paru kiri. Tempatpercabangan ini disebut bifurkase. Bronkus mempunyaistruktur serupa dengan trakea dan dilapisi oleh jenis sel yangsama. Bronkus yang ke kiri lebih panjang dan sempit sertakedudukannya lebih mendatar daripada yang ke kanan. Halini merupakan salah satu sebab mengapa paru-paru kananlebih mudah terserang penyakit. Bronkus sebelah kananbercabang menjadi tiga bronkiolus, sedangkan bronkussebelah kiri bercabang menjadi dua bronkiolus.f. BronkiolusBronkiolus merupakan cabang dari bronkus, dindingnyalebih tipis dan salurannya lebih kecil. Semakin kecilsalurannya, semakin berkurang tulang rawannya danakhirnya tinggal dinding fibrosa dengan lapisan silia. Setiapbronkiolus terminal (terakhir) bermuara ke dalam seberkaskantung-kantung kecil mirip anggur yang disebut alveolus.g. AlveolusAlveolus merupakan saluran akhir dari alat pernapasanyang berupa gelembung-gelembung udara. Dindingnya tipis,lembap, dan berlekatan erat dengan kapiler-kapiler darah.Alveolus terdiri atas satu lapis sel epitelium pipih dan di sinilahdarah hampir langsung bersentuhan dengan udara. Adanyaalveolus memungkinkan terjadinya perluasan daerahpermukaan yang berperan penting dalam pertukaran gasO2 dari udara bebas ke sel-sel darah dan CO2 dari sel-seldarah ke udara. Perhatikan Gambar 7.2 berikut.Udara yang dihirupdan diembuskanTrakeaParu-paru kiriArteri paru-paruVena paru-paruVena cava atasAortaParu-paru kananArteriparu-paruJantungVena paru-paruGambar 7.2Bagian-bagian paru-paru manusiaSumber:Hamparan Dunia Ilmu Time-Life (Tubuh Manusia), 1996AlveolusDinding alveolusKapilerCO2O2
222Sistem Pernapasan pada Manusia dan Hewanh. Paru-ParuParu-paru ada dua dan merupakan alat pernapasanutama. Paru-paru terletak dalam rongga dada. Letaknya disebelah kanan dan kiri serta di tengahnya dipisahkan olehjantung. Jaringan paru-paru mempunyai sifat elastik, berpori,dan seperti spon. Apabila diletakkan di dalam air, paru-paruakan mengapung karena mengandung udara di dalamnya.Paru-paru dibagi menjadi beberapa belahan atau lobus.Paru-paru kanan mempunyai tiga lobus dan paru-paru kiridua lobus. Setiap lobus tersusun atas lobula. Paru-parudilapisi oleh selaput atau membran serosa rangkap duadisebut pleura. Di antara kedua lapisan pleura itu terdapateksudat untuk meminyaki permukaannya sehinggamencegah terjadinya gesekan antara paru-paru dan dindingdada yang bergerak saat bernapas. Dalam keadaan sehatkedua lapisan itu saling erat bersentuhan. Namun dalamkeadaan tidak normal, udara atau cairan memisahkan keduapleura itu dan ruang di antaranya menjadi jelas.Tekanan pada rongga pleura atau intratoraks lebih kecildaripada tekanan udara luar (± 3–4 mmHg). Di bagian dalamparu-paru terdapat gelembung halus yang merupakanperluasan permukaan paru-paru yang disebut alveolus danjumlahnya lebih kurang 300 juta buah. Dengan adanyaalveolus, luas permukaan paru-paru diperkirakan mencapai160 m2 atau 100 kali lebih luas daripada luas permukaantubuh.Jalan Udara ke dalam TubuhSetelah masuk melalui hidungatau mulut, udara melewati pipaangin atau trakea di bagian atastenggorokan. Trakea menyalurkanudara ke paru-paru melalui trakeayang membentuk tabung bronkus.Tabung ini bercabang-cabang lagihingga mencapai banyak kantungudara yang sangat kecil yangdisebut alveolus.Trakea dan bronkus kita tersusun atas tulang rawan (kartilago).Menurut Anda, mengapa trakea dan bronkus kita tersusun atas tulangrawan? Apa keuntungannya? Diskusikanlah permasalahan tersebutbersama kelompok Anda. Tulis hasil diskusi Anda dan presentasikandi depan kelas.Anda telah mengingat kembali berbagai macam organ-organpenyusun sistem pernapasan pada manusia. Pada manusia, organpernapasan utamanya adalah paru-paru (pulmo) dan dibantu olehalat-alat pernapasan lain. Jalur udara pernapasan untuk menuju sel-sel tubuh adalah:rongga hidung → faring (rongga tekak) → laring → trakea (batangtenggorok) → bronkus → alveolus → sel-sel tubuh.Namun, mekanisme pernapasan pada manusia tidaklahsesederhana itu. Dalam sistem pernapasan terjadi pertukaran gasO2 dan CO2. Bagaimana mekanisme pertukaran O2 dan CO2 di dalamtubuh kita? Untuk mengetahuinya simaklah uraian berikut ini.
Biologi Kelas XI2232. Mekanisme Pertukaran Gas O2 dan CO2Bernapas merupakan kegiatan mengambil dan mengeluar-kan udara pernapasan melalui paru-paru. Arti yang lebih khususyaitu pertukaran gas yang terjadi di dalam sel dengan”lingkungannya”. Pada pernapasan langsung, pengambilan udarapernapasan dilakukan secara langsung oleh permukaan tubuhdan pada pernapasan tidak langsung melalui saluran per-napasan.Manusia bernapas secara tidak langsung, artinya udara per-napasan tidak berdifusi langsung melalui seluruh permukaankulit. Selaput tipis tempat berlangsungnya difusi gas tersebutterlindung di bagian dalam tubuh, berupa gelembung paru-paru(alveolus). Pernapasan atau pertukaran gas pada manusiaberlangsung melalui dua tahap yaitu pernapasan luar (eksternal)dan pernapasan dalam (internal). Perhatikan Gambar 7.3.a. Pernapasan Luar (Eksternal)Pernapasan luar merupakan pertukaran gas di dalamparu-paru. Oleh karena itu, berlangsung difusi gas dari luarmasuk ke dalam aliran darah. Dengan kata lain, pernapasanluar merupakan pertukaran gas (O2 dan CO2) antara udaradan darah.Pada pernapasan luar, darah akan masuk ke dalamkapiler paru-paru yang mengangkut sebagian besar karbondioksida sebagai ion bikarbonat (HCO3–) dengan persamaanreaksi seperti berikut.H+ + HCO3–⎯→ H2CO3Sisa karbon dioksida berdifusi keluar dari dalam darahdan melakukan reaksi sebagai berikut.H2CO3⎯→ H2O + CO2Enzim karbonat anhidrase yang terdapat dalam sel-seldarah merah dapat mempercepat reaksi. Ketika reaksiberlangsung, hemoglobin melepaskan ion-ion hidrogen yangtelah diangkut; HHb menjadi Hb. Hb merupakan singkatandari haemoglobin, yaitu jenis protein dalam sel darah merah.Selanjutnya, hemoglobin mengikat oksigen dan menjadioksihemoglobin (HbO2).Hb + O2⎯→ HbO2Selama pernapasan luar, di dalam paru-paru akan terjadipertukaran gas yaitu CO2 meninggalkan darah dan O2 masukke dalam darah secara difusi. Terjadinya difusi O2 dan CO2ini karena adanya perbedaan tekanan parsial. Tekanan udaraluar sebesar 1 atm (760 mmHg), sedangkan tekanan parsialO2 di paru-paru sebesar ± 160 mmHg. Tekanan parsial padakapiler darah arteri ± 100 mmHg, dan di vena ± 40 mmHg.Hal ini menyebabkan O2 dari udara berdifusi ke dalam darah.Sementara itu, tekanan parsial CO2dalam vena ± 47 mmHg,tekanan parsial CO2 dalam arteri ± 41 mmHg, dan tekananparsial CO2 dalam alveolus ± 40 mmHg. Adanya perbedaantekanan parsial tersebut menyebabkan CO2 dapat berdifusidari darah ke alveolus.Sumber:Biology, Mader S.S.Gambar 7.3Proses pernapasan internal daneksternal pada manusiaBernapasInspirasiEkspirasiPernapasan eksternalPernapasan internalPertukaran gasJaringanCO2O2CO2O2
224Sistem Pernapasan pada Manusia dan Hewanb. Pernapasan Dalam (Internal)Pada pernapasan dalam (pertukaran gas di dalamjaringan tubuh) darah masuk ke dalam jaringan tubuh,oksigen meninggalkan hemoglobin dan berdifusi masuk kedalam cairan jaringan tubuh. Reaksinya sebagai berikut.HbO2⎯→ Hb + O2Difusi oksigen keluar dari darah dan masuk ke dalamcairan jaringan dapat terjadi, karena tekanan oksigen didalam cairan jaringan lebih rendah dibandingkan di dalamdarah. Hal ini disebabkan karena sel-sel secara terus-menerus menggunakan oksigen dalam respirasi selular.Dari proses pernapasan yang terjadi di dalam jaringanmenyebabkan terjadinya perbedaan komposisi udara yangmasuk dan yang keluar paru-paru.Perlu diketahui bahwa tekanan parsial O2 pada kapilerdarah nadi ± 100 mmHg dan tekanan parsial O2 dalamjaringan tubuh kurang dari 40 mmHg. Sebaliknya tekanankarbon dioksida tinggi, karena karbon dioksida secara terus-menerus dihasilkan oleh sel-sel tubuh. Tekanan parsial CO2dalam jaringan ± 60 mmHg dan dalam kapiler darah± 41 mmHg. Hal inilah yang menyebabkan O2 dapat ber-difusi ke dalam jaringan dan CO2 berdifusi ke luar jaringan.Dalam keadaan biasa, tubuh kita menghasilkan 200 mlkarbon dioksida per hari. Pengangkutan CO2di dalam darahdapat dilakukan dengan tiga cara berikut.1) Sekitar 60–70% CO2 diangkut dalam bentuk ionbikarbonat (HCO3–) oleh plasma darah, setelah asamkarbonat yang terbentuk dalam darah terurai menjadiion hidrogen (H+) dan ion bikarbonat (HCO3–).Ion H+ bersifat racun, oleh sebab itu ion ini segera diikatHb, sedangkan ion HCO3– meninggalkan eritrosit masukke plasma darah. Kedudukan ion HCO3– dalam eritrositdiganti oleh ion klorit.Persamaan reaksinya sebagai berikut.H2O + CO2→ H2CO3→ H+ + HCO3–2) Lebih kurang 25% CO2 diikat oleh hemoglobinmembentuk karboksihemoglobin. Secara sederhana,reaksi CO2 dengan Hb ditulis sebagai berikut.CO2 + Hb → HbCO2Karboksihemoglobin disebut juga karbominohemoglobinkarena bagian dari hemoblogin yang mengikat CO2adalah gugus asam amino.Reaksinya sebagai berikut.CO2 + RNH2→ RNHCOOH3) Sekitar 6–10% CO2 diangkut plasma darah dalam bentuksenyawa asam karbonat (H2CO3).Anda dapat lebih mengetahui mengenai kandungankarbon dioksida di dalam pernapasan dengan melakukankegiatan berikut.Komposisi Udara Keluar MasukParu-ParuUdara yangUdara yang di-diisap (mmHg) embuskan (mmHg)Nitrogen 596,0 (78,4%)565,0 (74,34%)(N2)Oksigen 158,0 (20,79%) 116,0 (15,26%)(O2)Karbon0,3 (0,04%)32,0 (4,22%)dioksida(CO2)Air5,7 (0,75%)47,0 (6,18%)(H2O)
Biologi Kelas XI225Mengidentifikasi Kandungan KarbonDioksida dalam Napas yang DiembuskanSediakan 2 botol bekas soda yang terbuat darikaca, air, spidol, kertas label, indikator brom timolbiru (brom thymol blue), 2 buah sedotan, danstopwatch. Sediakan pula bahan dan alat untukmembuat larutan brom timol biru yaitu stoplesberkapasitas 1 liter, 1 liter air suling, 0,1 gram bromtimol biru, dan amonia cair atau NH4OH (jikadiperlukan). Cara membuat larutan brom timol birusebagai berikut.1. Isi stoples dengan air suling.2. Tambahkan brom timol biru ke dalam stoples.3. Tutup stoples dan kocoklah supaya tercampur.4. Jika larutan yang dihasilkan berwarna hijauatau kuning tambahkanlah amonia cair setetesdemi setetes sehingga larutan berwarna biru.Setelah membuat larutan brom timol biru,lakukanlah kegiatan inti. Pertama-tama, isilah satubotol soda dengan air setengahnya, tempelkanlahkertas label pada sisi botol dan tulislah ”Kontrol”.Isilah botol soda yang kedua dengan indikatorbrom timbol biru, berilah label ”Brom Timol Biru”.Gunakan sedotan untuk mengembuskan napaske dalam brom timol biru, berhati-hatilah jangansampai menghirup larutannya. Hidupkanlahstopwatch ketika Anda mulai mengembuskannapas ke dalam brom timol biru. Matikanlahstop-watch ketika larutan berubah menjadi kuning.Catatlah total waktu ketika Anda mengembuskannapas. Setelah itu, gunakan sedotan yang keduauntuk mengembuskan napas ke dalam botol sodayang berisi air. Hidupkanlah stop-watch ketikaAnda mulai mengembuskan napas ke dalam air.Lanjutkanlah untuk mengembuskan napas dengantotal waktu yang sama dengan yang Anda butuh-kan untuk mengembuskan napas ke dalam bromtimol biru.Pertanyaan:1. Apa yang akan terjadi pada larutan indikatoryang berisi brom timol biru setelah Anda me-ngembuskan napas ke dalamnya? Mengapa?2. Apa yang terjadi pada larutan kontrol yangberisi air setelah Anda mengembuskan napaske dalamnya?3. Berapa waktu yang diperlukan brom timol biruuntuk berubah menjadi kuning? Bandingkandengan kelompok lain.4. Apa kesimpulan Anda dari kegiatan di atas?Tulislah hasil laporan Anda dan kumpulkan kepadabapak atau ibu guru Anda.Tidak semua CO2 yang diangkut darah melalui paru-parudibebaskan ke udara bebas. Darah yang melewati paru-paruhanya membebaskan 10% CO2. Sisanya sebesar 90% tetapbertahan di dalam darah dalam bentuk ion-ion bikarbonat.Ion-ion bikarbonat dalam darah ini sebagai buffer ataupenyangga karena mempunyai peran penting dalam menjagastabilitas pH darah.Apabila terjadi gangguan pengangkutan CO2 dalamdarah, kadar asam karbonat (H2CO3) akan meningkatsehingga akan menyebabkan turunnya kadar alkali darahyang berperan sebagai larutan buffer. Hal ini akanmenyebabkan terjadinya gangguan fisiologis yang disebutasidosis.SedotanAir sulingLarutan indikatorKONTROLBROMTIMOLBIRU
226Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanKapiler darahVena cavasuperiorArteri pulmonariVena pulmonariParu-paruAtrium kiriAtrium kananVentrikel kananVentrikel kiriAortaVena cavainferiorSel jaringanKapiler darahparu-paruCO2O2CO2O2CO2O2Dalam jaringan:Hb O2→ Hb + O2CO2 + H2O → H2CO3→ HCO3– + H+Dalam paru-paru:HC O3– + H+→ H2CO3→ H2O + CO2Hb + O2→ HbO2Sumber:Biology, Mader S.S.Gambar 7.4Skema pernapasan dalam dan pernapasan luar manusiaAnda dapat lebih memahami proses berlangsungnya per-napasan luar dan pernapasan dalam pada manusia denganmengamati Gambar 7.4 di bawah ini.Setelah sampai dalam jaringan, gas O2 dipergunakanuntuk respirasi sel, yaitu untuk mengoksidasi zat makanan(glukosa) sehingga dapat dihasilkan energi, gas CO2, danuap air. Anda akan membahas lebih lanjut mengenai respirasiselular di kelas XII pada bab II tentang Metabolisme Sel.Anda telah mempelajari proses pertukaran oksigen dankarbon dioksida saat pernapasan melalui difusi. Lakukanlahkegiatan diskusi berikut agar Anda lebih memahami prosesterjadinya difusi.Selama ini, mungkin kita sering mendengar atau bahkan melihatperistiwa orang tenggelam. Banyak sekali orang tenggelam yangmeninggal dunia. Mengapa orang yang tenggelam dapat meninggaldunia dan apa kaitannya dengan difusi O2 dan CO2? Diskusikanlahjawabannya bersama teman-teman Anda dan bahaslah bersamabapak atau ibu guru Anda di kelas.Dari uraian di atas, tentu Anda telah mengetahui prosespengangkutan O2 dan CO2 dalam tubuh kita yang lebih dikenaldengan sistem pernapasan. Mekanisme pernapasan dapat kitapelajari dalam uraian materi berikut.
Biologi Kelas XI227Penutup karetTabung kacaBalonMembran karetAliran udara dari udara bebas ke paru-paru dan sebaliknya,ditentukan oleh perubahan tekanan udara dalam rongga paru-paru, rongga dada, dan rongga perut. Perubahan tekanandisebabkan oleh terjadinya perubahan volume setiap ruangan.Perubahan volume setiap ruangan ini diatur oleh otot-ototpernapasan yaitu otot antartulang rusuk, otot diafragma, danotot dinding perut.Berdasarkan otot yang berperan aktif pada proses per-napasan, pernapasan pada manusia dapat dibedakan menjadipernapasan dada dan pernapasan perut.a. Pernapasan dadaOtot yang berperan aktif dalam pernapasan dada adalahotot antartulang rusuk (interkostal). Otot ini dapat dibeda-kan menjadi dua, yaitu otot antartulang rusuk luar (interkostaleksternal) yang berperan mengangkat tulang-tulang rusuk,dan otot antartulang rusuk dalam (interkostal internal) yangberperan menurunkan tulang rusuk ke posisi semula.3. Mekanisme PernapasanAnda tentu bernapas setiap saat. Hal ini karena semua seldi dalam tubuh kita membutuhkan oksigen. Sel akan terhambatproses metabolismenya dan mati bila tidak mendapat oksigen,bahkan sel-sel otak akan rusak apabila tidak memperolehoksigen tiga sampai empat menit saja. Lakukanlah kegiatanpraktik berikut ini sebelum kita mempelajari mekanismepernapasan pada manusia.Mengamati Mekanisme Pernapasan padaManusiaSediakan botol plastik, balon, pipa kaca,penyumbat, dan lembaran karet. Kemudianbuatlah model seperti gambar berikut.Tarik membran karet ke bawah kemudianlepaskan lagi. Amati keadaan balon yang ada didalam botol plastik.Jika botol plastik diumpamakan sebagairongga dada, balon sebagai paru-paru, danmembran karet sebagai diafragma, jawablahpertanyaan-pertanyaan di bawah ini.Pertanyaan:1. Apakah yang terjadi pada balon karet saatmembran karet ditarik? Mengapa terjadidemikian?2. Bagaimana pula keadaannya setelahmembran karet dikembalikan pada kedudukansemula? Mengapa terjadi demikian?3. Berdasarkan model yang telah didemonstrasi-kan, apakah yang menyebabkan rongga dadamenjadi lebih besar?4. Bagaimanakah terjadinya pemasukan danpengeluaran udara ke paru-paru dan dariparu-paru?5. Menurut Anda, bagaimanakah mekanismeinspirasi dan ekspirasi?Tulislah kesimpulan Anda dari kegiatan di atas dankumpulkan kepada bapak atau ibu guru Anda.
228Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanPerhatikan Gambar 7.5. Apabila otot antartulang rusukluar berkontraksi, tulang rusuk terangkat hingga volumerongga dada bertambah besar. Hal ini menyebabkan tekananudara rongga dada menjadi lebih kecil dari tekanan udararongga paru-paru, sehingga mendorong paru-parumengembang dan mengubah tekanannya menjadi lebih kecildaripada tekanan udara bebas. Selanjutnya akan terjadialiran udara dari luar ke dalam rongga paru-paru melaluirongga hidung, batang tenggorokan, bronkus, dan alveolus.Proses ini disebut inspirasi.Bila otot antartulang rusuk dalam berkontraksi, tulangrusuk akan tertarik ke posisi semula sehingga mendesakdinding paru-paru. Akibatnya, rongga paru-paru mengecildan menyebabkan tekanan udara di dalamnya meningkat.Hal ini menyebabkan udara dalam rongga paru-paruterdorong ke luar. Proses ini disebut ekspirasi.b. Pernapasan PerutPada pernapasan perut, otot yang berperan aktif yaituotot diafragma dan otot dinding rongga perut. Apabila ototdiafragma berkontraksi, posisi diafragma akan mendatar. Halini menyebabkan volume rongga dada bertambah besar,sehinggatekanan udara di dalamnya mengecil. Penurunantekanan udara akan diikuti mengembangnya paru-paru. Halini menyebabkan terjadinya aliran udara ke dalam paru-paru(inspirasi).Apabila otot diafragma berelaksasi dan otot dinding perutberkontraksi, isi rongga perut akan terdesak ke arahdiafragma, sehingga posisi diafragma akancekung ke arahrongga dada. Hal ini menyebabkan volume rongga dadamengecil dan tekanannya meningkat, sehingga menyebab-kan isi rongga paru-paru terdorong ke luar dan terjadilahekspirasi.Apa Sebenarnya Tersedak danBersin Itu?Tersedak dan bersin merupakanekspirasi mendadak oleh pengerut-an secara tiba-tiba dari otot-ototperut, sehingga isi perut men-dorong diafragma ke atas. Hal inimengakibatkan ruang dadamengecil secara tiba-tiba, sehinggatekanan dalam paru-paru menjaditinggi dan udara dikeluarkandengan keras dari paru-paru. Makatersedak dan bersin merupakanusaha tubuh untuk mengeluarkanbenda asing dalam saluran udarapernapasan.Mekanisme Pernapasan Dadadan Pernapasan PerutAgar Anda lebih mengetahuimekanisme pernapasan, lakukankegiatan berikut ini.1. Letakkan tangan di dada dantarik napas dengan menggem-bungkan dada lalu embuskan.2. Ulangi sekali lagi dengan caramenggembungkan perut laluembuskan.3. Letakkan tangan kanan di dadadan tangan kiri di perut lalubernapas secara normal.Apa yang Anda rasakan darikegiatan tersebut?Sumber:Biology, Raven dan JohnsonGambar 7.5Mekanisme pernapasan pada manusiaOtot sternokleidomastoidberkontraksiOtot pektoralisberkontraksiOtot interkostaleksternal berkontraksiDiafragmaberkontraksiInspirasi (inhalasi)Ekspirasi(ekshalasi)Otot interkostalinternal berkontraksiDiafragmaberelaksasiOtot abdominalberkontraksiTulang rusukterangkat danvolume ronggadada membesarTulang rusukturun danvolumerongga dadamengecil
Biologi Kelas XI2294. Frekuensi PernapasanGerakan pernapasan diatur oleh pusat pernapasan di otak,sedangkan aktivitas saraf pernapasan dirangsang oleh stimulus(rangsangan) dari karbon dioksida (CO2). Pada umumnya,manusia mampu bernapas antara 15–18 kali setiap menitnya.Frekuensi pernapasan dipengaruhi oleh beberapa faktor berikut.a. UmurBayi dan balita memiliki frekuensi bernapas lebih banyakdibanding orang dewasa. Hal itu disebabkan volume paru-paru yang relatif kecil dan sel-sel tubuh sedang berkembangsehingga membutuhkan banyak oksigen. Orang tua jugamemiliki frekuensi napas lebih banyak karena kontraksi otot-otot dada dan diafragma tidak sebaik saat masih muda,sehingga udara pernapasan lebih sedikit.b. Jenis KelaminFrekuensi pernapasan wanita pada umumnya lebihbanyak daripada laki-laki. Hal ini disebabkan wanita padaumumnya memiliki volume paru-paru lebih kecil dari laki-laki sehingga frekuensi bernapasnya lebih banyak.c. Suhu TubuhSemakin tinggi suhu tubuh, semakin cepat frekuensipernapasannya. Hal ini berhubungan erat denganpeningkatan proses metabolisme tubuh.d. Posisi TubuhPosisi tubuh sangat berpengaruh terhadap frekuensipernapasan. Pada tubuh yang berdiri, otot-otot kaki akanberkontraksi sehingga diperlukan tenaga untuk menjagatubuh tetap tegak berdiri. Untuk itu diperlukan banyak O2dan diproduksi banyak CO2. Pada posisi tubuhberdiri,frekuensi pernapasannya meningkat.Pada posisi duduk atau tiduran, beban berat tubuhdisangga oleh sebagian besar bagian tubuh sehingga terjadipenyebaran beban. Hal ini mengakibatkan jumlah energiyang diperlukan untuk menyangga tubuh tidak terlalu besarsehingga frekuensi pernapasannya juga rendah.Pernapasan Perut MembuatTubuh RileksTernyata bernapas selama kira-kira 10 menit dengan pernapasanperut setiap malam sebelum tiduratau pagi hari setelah bangun tidur,akan membuat tubuh rileks.Berikut beberapa tips, agarAnda dapat melakukannya denganbaik.1. Lakukan pernapasan secarapasti, pelan-pelan, dan sabar.2. Biarkan diri Anda merasakansensasi apa yang terjadi.3. Jika belum berhasil makakonsentrasilah pada pernapasanberikutnya dan nyamankandengan mengusap-usap perutmenggunakan tangan yanghangat. Lakukan perlahan-lahansesuai kebutuhan Anda untukbisa bernapas dengan diafragmadan perut.Anda sudah mengenal bahwa mekanisme bernapasdibedakan antara pernapasan dada dan perut. Sekarang,cobalah Anda lakukan kegiatan diskusi di bawah ini.Coba diskusikan bersama teman-teman Anda mengenaipermasalahan berikut ini. Mengapa saat perut kita terlalu kenyangmaka kita menjadi sulit bernapas? Apa hubungannya denganmekanisme pernapasan? Tulis hasilnya dan bahaslah bersamateman-teman Anda di kelas.
230Sistem Pernapasan pada Manusia dan Hewane. Kegiatan TubuhOrang yang banyak melakukan kegiatan memerlukanlebih banyak energi dibandingkan dengan orang yang tidakmelakukan kegiatan (santai/tidur). Oleh karena itu, tubuhmemerlukan lebih banyak oksigen untuk oksidasi biologi danlebih banyak memproduksi zat sisa. Tubuh perlu meningkat-kan frekuensi pernapasan agar dapat menyediakan oksigenyang lebih banyak.Frekuensi pernapasan setiap orang dapat berbeda-bedatergantung pada kondisinya. Untuk lebih jelasnya, lakukanlahkegiatan berikut ini.Gerakan pernapasan diatur oleh pusat pernapasan yang ada diotak dan disebut medula oblongata. Sebaliknya, saraf pernapasanini juga dipacu oleh kadar karbon dioksida yang ada di dalam darah.Kita dapat menahan napas sementara waktu, tetapi bila kadar karbondioksida dalam darah naik maka akan timbul rangsangan untuk segeramenghirup udara pernapasan dalam-dalam. Ketika darah melaluialveolus, kandungan karbon dioksidanya sama dengan di alveolus.Darah kemudian mencapai medula oblongata yang mengandung sel-sel yang sangat peka terhadap konsentrasi karbon dioksida dalamdarah. Jika kandungan karbon dioksida ini naik di atas normal, medulaoblongata menanggapinya dengan meningkatkan banyaknya impulssaraf dan laju impuls saraf yang mengontrol aksi otot-otot pernapasan(otot diafragma dan otot interkosta). Akibatnya ialah peningkatan pertukar-an udara dalam paru-paru yang mengembalikan konsentrasi karbondioksida dalam alveolus dengan cepat dan kemudian mengembali-kan konsentrasi karbon dioksida darah ke konsentrasi normal.Seberapa banyak jumlah udara yang dapat masuk ke dalam tubuhkita? Berikut ini akan dijelaskan mengenai volume udara pernapasan.Mengatur Kecepatan PernapasanSediakanlah stop-watch dan alat tulis. Selanjut-nya hitunglah frekuensi napas permenit atau jumlahberapa kali Anda menarik napas permenit dalamkeadaan santai (istirahat) dan setelah berlari-larikecil ± 5 menit. Mintalah bantuan teman Andauntuk menghitung frekuensi pernapasan Anda.Dalam waktu bersamaan mintalah teman Andayang lain untuk menghitung frekuensi denyut nadiAnda. Ulangi perhitungan sebanyak dua kali ataulebih dan buatlah rata-ratanya. Isikan hasil kegiatanAnda dalam tabel pengamatan berikut ini.KondisiFrekuensi Jumlah DenyutTubuhNap as/MenitNadi/Menit1. Santai. . .. . .2. Setelah lari-lari kecil. . .. . .Pertanyaan:1. Adakah perbedaan frekuensi napas danfrekuensi denyut nadi pada berbagai kondisitubuh? Apa kesimpulan Anda?2. Bagaimana hubungan antara frekuensi napasdengan frekuensi denyut nadi?3. Jika denyut nadi merupakan manifestasikecepatan sistem transportasi (peredarandarah), tariklah kesimpulan tentang hubunganantara bernapas dengan peredaran darah.Tulislah kesimpulan Anda mengenai kegiatan diatas dan kumpulkan kepada bapak atau ibu guruAnda.
Biologi Kelas XI231(mL)5.0004.0003.0002.0001.00001.500 mL500 mL1.500 mL1.000 mLVolumecadanganinspirasiVolume tidalVolumecadanganekspirasiVolume sisaKapasitasvitalVolume totalparu-paruSumber:Biology For Advanced Level, Glenn dan Susan TooleGambar 7.7Grafik volume udara pernapasan pada manusiaVolume tidal: 500 ccVolume cadangan inspirasi: 1.500 cc Kapasitas vitalVolume cadangan ekspirasi: 1.500 cc (3.500 cc) Volume total paru-paruVolume sisa: 1.000 cc(4.500 cc)Sumber:Biology For Advanced Level, Glenn dan SusanTooleGambar 7.6Respirometer sebagai alat pengukurvolume udara pernapasan5. Volume Udara PernapasanVolume udara pernapasan dapat diukur menggunakanrespirometer. Perhatikan Gambar 7.6. Secara garis besar, volumeudara pernapasan dapat dibedakan menjadi enam sebagai berikut.a. Volume tidal (tidal volume), yaitu volume udara pernapasan(inspirasi) biasa, yang besarnya lebih kurang 500 cc (cm3)atau 500 mL.b. Volume cadangan inspirasi (inspiratory reserve volume) atauudara komplementer, yaitu volume udara yang masih dapatdimasukkan secara maksimal setelah bernapas (inspirasi)biasa, yang besarnya lebih kurang 1.500 cc (cm3) atau1.500 mL.c. Volume cadangan ekspirasi (expiratory reserve volume) atauudara suplementer, yaitu volume udara yang masih dapatdikeluarkan secara maksimal setelah mengeluarkan napas(ekspirasi) biasa, yang besarnya lebih kurang 1.500 cc (cm3)atau 1.500 mL.d. Volume sisa/residu (residual volume), yaitu volume udarayang masih tersisa di dalam paru-paru setelah mengeluarkannapas (ekspirasi) maksimal, yang besarnya lebih kurang1.000 cc (cm3) atau 1.000 mL.e. Kapasitas vital (vital capacity), yaitu volume udara yang dapatdikeluarkan semaksimal mungkin setelah melakukaninspirasi semaksimal mungkin juga, yang besarnya lebihkurang 3.500 cc (cm3) atau 3.500 mL. Jadi, kapasitas vitaladalah jumlah dari volume tidal + volume cadangan inspirasi+ volume cadangan ekspirasi.f. Volume total paru-paru (total lung volume), yaitu volumeudara yang dapat ditampung paru-paru semaksimalmungkin, yang besarnya lebih kurang 4.500 cc (cm3) atau4.500 mL. Jadi, volume total paru-paru adalah jumlah darivolume sisa + kapasitas vital.Secara ringkas, volume udara pernapasan pada manusiadapat dijelaskan melalui grafik pada Gambar 7.7 di bawah ini.
232Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanAnda telah mengetahui berbagai macam volume udarapernapasan. Kegiatan berikut ini dapat digunakan untuk menghitungvolume udara pernapasan.SedotanSlang akuariumAirMenghitung Kapasitas Udara dalam Paru-paruSediakan kertas label, botol kaca yangberkapasitas 4 liter dengan tutupnya, gelas ukurberukuran 250 mL, spidol, panci plastik besar,slang sepanjang 60 cm, dan sedotan. Tempelkankertas label di sepanjang sisi botol kaca denganarah ke bawah. Gunakan gelas ukur untukmenambahkan 4 liter air ke dalamnya. Gunakanspidol untuk memberi tanda pada kertas labelsetiap kali Anda menambahkan air untuk mengukurketinggiannya. Setelah itu, tutuplah botol denganpenutupnya. Isilah panci plastik dengan air hinggasetengahnya. Baliklah botol kaca di atas panciyang berisi air dan bukalah tutupnya. Mintalahteman Anda untuk memegang dan jangan biarkangelembung-gelembung air memasuki botol.Masukkan ujung slang kira-kira 10 cm ke dalammulut botol. Kemudian tariklah napas dengan nor-mal dan keluarkan napas melalui ujung slangsatunya. Gunakan skala pada botol untukmenentukan jumlah udara yang dikeluarkandengan mengamati volume air yang turun.Catatlah pengukuran ini sebagai volume tidal.Isi kembali botol dengan air sampai batas4 liter. Tarik napas dengan normal dan keluarkanmelalui sedotan. Berusahalah untuk mengeluarkansemua udara yang ada dalam paru-paru Anda.Catatlah pengukuran ini sebagai volume tidal +volume cadangan ekspirasi (suplementer). Isikembali botol dengan air sampai batas 4 liter.Tariklah napas dalam-dalam dan keluarkan sebisamungkin semua udara dari paru-paru Anda. Catatlahpengukuran ini sebagai kapasitas vital. Kapasitasvital adalah jumlah dari volume tidal + volumecadangan inspirasi + volume cadangan ekspirasi.Ulangi lagi percobaan tersebut, tetapidilakukan setelah Anda melakukan lari-lari kecilselama ± 5 menit. Lakukan pengukuran tersebutpada setiap anggota kelompok Anda.Isilah hasil kegiatan Anda dalam tabel berikut ini.PercobaanNo.Jenis Kelamin/Umur/VolumeVolumeVolume KapasitasTinggi/Berat BadanTidalCadangan CadanganVitalInspirasi EkspirasiDuduk dengan 1.. . .. . .. . .. . .. . .tenang2.. . .. . .. . .. . .. . .3.. . .. . .. . .. . .. . .4.. . .. . .. . .. . .. . .dst.. . .. . .. . .. . .. . .Setelah belari- 1.. . .. . .. . .. . .. . .lari kecil2.. . .. . .. . .. . .. . .3.. . .. . .. . .. . .. . .4.. . .. . .. . .. . .. . .dst.. . .. . .. . .. . .. . .Pertanyaan:1. Samakah kapasitas vital paru-paru Andasebelum dan sesudah berolahraga?2. Samakah kapasitas vital paru-paru antarateman-teman Anda?3. Faktor apa sajakah yang dapat mempengaruhiperbedaan kapasitas vital paru-paru?4. Apa kesimpulan Anda dari kegiatan ini?Tulislah laporan dari kegiatan ini dan kumpulkankepada bapak atau ibu guru Anda.
Biologi Kelas XI233Anda sudah dapat menghitung berbagai macam volume udarapernapasan. Dari eksperimen yang telah dilakukan dapat diketahuibahwa volume udara pernapasan setiap orang berbeda-beda. Halini disebabkan karena setiap orang memiliki volume paru-paru yangberbeda-beda juga. Volume paru-paru selain dipengaruhi oleh faktorgenetik, juga dipengaruhi oleh latihan. Para atlet, perenang, danorang yang berlatih yoga memiliki volume paru-paru yang lebih besar.Demikian pula orang yang tinggal di dataran tinggi di mana kadaroksigennya rendah cenderung memiliki volume paru-paru yang lebihbesar. Laki-laki pada umumnya memiliki volume paru-paru lebih besardari wanita.Dalam keadaan biasa, manusia mengisap dan mengeluarkanudara pernapasan kurang lebih 500 cc. Bila setengah liter ini telahdiembuskan, maka dengan mengerutkan otot perut kuat-kuat, masihdapat mengembuskan satu setengah liter udara cadangan di dalamparu-paru.Sebaliknya, sesudah menghirup udara setengah liter, kita masihdapat menghirup kuat-kuat satu setengah liter udara lagi. Jadi, jumlahudara yang terdapat dalam sistem pernapasan yaitu antara setengahdan tiga setengah liter. Jumlah udara pernapasan sekian itu dapatdimanfaatkan secara teratur oleh para olahragawan yang terlatih.Meskipun ada 500 cc udara yang dapat kita hirup dalam keadaanbiasa, tetapi hanya 350 cc yang dapat sampai di gelembung paru-paru, sedangkan yang 150 cc lainnya hanya sampai di saluranpernapasan saja.Telah dibahas di depan bahwa berolahraga dapat mempengaruhifrekuensi pernapasan dan kapasitas udara dalam paru-paru. AgarAnda lebih memahaminya, lakukan tugas berikut ini.Apa Manfaat BerlatihPernapasan?Berlatih pernapasan sangatmenguntungkan tubuh kita. Melaluilatihan pernapasan yang baik,volume paru-paru bertambahbesar. Melalui latihan ini, semakinbanyak oksigen yang dapat diseraptubuh dan karbon dioksida dapatdikeluarkan dengan baik dari tubuh.Berolahraga secara teraturmisalnya renang dan yogamerupakan latihan pernapasan.Carilah orang yang biasa berolahraga secara rutin denganorang yang tidak pernah atau jarang sekali berolahraga. Kemudianlakukan kegiatan berikut ini.1. Bandingkanlah kecepatan napas antara orang yang biasa ber-olahraga dengan orang yang tidak pernah berolahraga. Jika adaperbedaan, hal apakah yang melatarbelakangi perbedaan ini?2. Lakukan pula seperti nomor 1, akan tetapi untuk kemampuanlama menahan napas. Jika ada perbedaan, hal apa pula yangmelatarbelakangi? Adakah hal ini berkaitan dengan kapasitasparu-paru?Buatlah laporan dari tugas tersebut dan kumpulkan kepada bapakatau ibu guru Anda.Anda telah mengenal berbagai macam alat pernapasan manusiadan mekanisme pernapasannya. Sistem pernapasan akan selalubekerja selama kita masih hidup. Sistem pernapasan kita juga dapatmengalami berbagai macam gangguan sehingga fungsinya dapatterganggu.
234Sistem Pernapasan pada Manusia dan Hewan6. Gangguan pada Sistem PernapasanGangguan pada sistem pernapasan biasanya disebabkanoleh kelainan dan penyakit yang menyerang alat-alat pernapasan.Beberapa jenis kelainan dan penyakit pada sistem pernapasansebagai berikut.a.Asfiksi, yaitu kelainan atau gangguan dalam pengangkutanoksigen ke jaringan atau gangguan penggunaan oksigen olehjaringan. Penyebabnya dapat terletak di paru-paru, dipembuluh darah, atau dalam jaringan tubuh. Misalnya:seseorang yang tenggelam, alveolusnya terisi air; orang yangmenderita pneumonia, alveolusnya terisi cairan limfa; sertaorang yang keracunan karbon monoksida dan asam sianida,Hb-nya tercemar oleh zat racun tersebut. Keracunan karbonmonoksida dan asam sianida terjadi karena kedua zat inimemiliki afinitas terhadap hemoglobin lebih besar daripadaoksigen.b.Penyempitan atau penyumbatan saluran napas, dapatdisebabkan oleh pembengkakan kelenjar limfa, misalnyapolip (di hidung) dan amandel (di tekak), yang menyebabkanpenyempitan saluran pernapasan sehingga menimbulkankesan wajah bodoh dan sering disebut wajah adenoid.Penyempitan ini dapat pula terjadi karena saluran pernapas-annya yang menyempit akibat alergi, misalnya pada asmabronkiale.c.Anthrakosis, yaitu kelainan pada alat pernapasan yangdisebabkan oleh masuknya debu tambang. Jika yang masukdebu silikat, disebut silicosis.d.Bronkitis, terjadi karena peradangan bronkus.e.Pleuritis, yaitu peradangan selaput (pleura) karena pleuramengalami penambahan cairan intrapleura, akibatnya timbulrasa nyeri saat bernapas.f.Tuberkulosis (TBC), yaitu penyakit paru-paru karenaMycobacterium tuberculosis, tandanya terbentuk bintik-bintikkecil pada dinding alveolus.g.Pneumonia atau logensteking, yaitu penyakit radang paru-paru yang disebabkan Diplococcus pneumoniae.h.Penyakit diphteri, misalnya diphteri tekak, tenggorokan, dandiphteri hidung. Penyakit ini biasa menyerang saluranpernapasan anak bagian atas. Kuman penyebabnyaCorynebacterium diphteriae. Kuman diphteri tersebut me-ngeluarkan racun dan bila racun iniberedar bersama darah,akan merusak selaput jantung.i.Faringitis, yaitu infeksi pada faring oleh bakteri dan virus.Gejalanya adalah kerongkongan terasa nyeri saat menelan.j.Tonsilitis, yaitu radang karena infeksi oleh bakteri tertentupada tonsil. Gejalanya yaitu tenggorokan sakit, sulit menelan,suhu tubuh naik, demam, dan otot-otot terasa sakit.k.Kanker paru-paru, biasa diderita oleh perokok. Kanker inidisebabkan oleh adanya tumor ganas yang terbentuk didalam epitel bronkiolus.l.Asma, yaitu gangguan pada rongga saluran pernapasanyang diakibatkan oleh berkontraksinya otot polos pada trakea.Hal ini akan mengakibatkan penderita sukar bernapas.MukusbernanahPneumoniaSilikosisTuberkulosisEmfisemaKanker paru-paruBronkitisDebu silikatBakteriTumorMukusSumber:Inquiry Live, Mader, S.S.Gambar 7.8Berbagai macam penyakit pada paru-paruSekilas tentang Penyakit AsmaAsma merupakan penyakit yangmenyerang akibat tubuh rentanterhadap sesuatu zat tertentu,serbuk, bulu binatang, uap, bau,makanan, obat, atau kuman-kumandalam hidung dan tenggorokan.Serangan penyakit ini lebih seringterjadi pada penderita yang atausedang mengalami tekanan emosihebat, serta pada saat pergantianmusim.Jika terjadi serangan asma,pengobatan dapat dilakukandengan menggunakan obat farmasiseperti adrenalin, aminofilin,efedrina, dan obat antihistamin,atau juga obat tradisional denganmemanfaatkan tumbuhan, sepertikecubung (Datura metel L.), teh(Camelia sinensis), putri malu(Mimosa pudica L.), dan patikankebo (Euphorbia pillulifera L.).
Biologi Kelas XI235Bila terjadi gangguan pada saluran pernapasan, perlu diberikanpertolongan segera. Pertolongan tersebut harus disesuaikan denganjenis penyebabnya seperti uraian berikut.a. Pada penderita pernapasan yang disebabkan infeksi, perludiberikan antibiotika. Tujuannya adalah mematikan kuman pe-nyebab infeksi.b. Bila bagian paru-paru ada yang terluka, maka paru-paru tersebutharus diistirahatkan dengan cara mengisi udara steril pada celahantarpleura.Ketika Udara Jakarta TidakLagi Aman DihirupKajian oleh Pusat Penelitian KesehatanUniversitas Indonesia (PPK UI) me-nyebutkan, bensin tanpa timbal bisamenyebabkan kanker darah (leukimia)karena penggunaannya tidak diikuticatalitic converter pada knalpot yangberfungsi menyaring zat-zat beracunhasil pembakaran senyawa aromatik.Menurut peneliti dari PPK UI, BudiHaryanto SKM MSPH MsC, ada empatsenyawa yang digunakan untukmenggantikan timbal, yaitu senyawaaromatik, senyawa oksigenat, senyawaolevin, dan senyawa isomerat.Menurut penelitian yang dilakukan dinegara-negara Eropa, kebocoransebesar 12 persen dalam penggunaanbensin bertimbal saja sudah bisamenimbulkan risiko kanker. ”Apalagi kitayang setiap hari menghirup udaraberacun yang terpapar senyawa aromatiktanpa disaring lebih dahulu, ” kata Budi.Kalau penelitan itu benar, berarti wargaJakarta sudah mengisap senyawaaromatik selama 13 tahun, yaitu sejakdiluncurkannya bensin premix (premiummix) ke pasaran pada tahun 1991.Selain ada senyawa baru yangmeracuni udara Jakarta, saat ini Jakartajuga belum 100 persen bebas timbal dansulfur. Sulfur merupakan bahan yangterdapat dalam solar. Padahal, padakadar yang tinggi sulfur dapatmenyebabkan bronkitis, radang paru,koma, dan kelumpuhan pusat per-napasan.Sumber:Kompas, 20 Juli 2004Sumber:Biology for Advanced, Glenn dan Susan TooleGambar 7.9Alveolus paru-paru yang rusakdisebabkan emfisemaParu-paru normalAlveolus membesar danrusakParu-paru rusakm.Influenza, disebabkan oleh virus yang menimbulkan radangpada selaput mukosa di saluran pernapasan.n.Emfisema, yaitu suatu penyakit yang terjadi karenaketidaknormalan (abnormalitas) susunan dan fungsialveolus. Akibatnya, terjadi inefisiensi pengikatan O2 se-hingga pernapasan menjadi sulit. Lihat Gambar 7.9.Anda telah mengenal berbagai macam penyakit yangmenyerang saluran pernapasan. Tahukah Anda bahwa polusiudara juga dapat menyebabkan gangguan pernapasan? CobalahAnda simak artikel di bawah ini.Dari artikel tersebut dapat diketahui bahwa polusi udara jugadapat menyebabkan gangguan pada sistem pernapasan. Sekarang,carilah informasi dari dokter atau dinas kesehatan di sekitar rumahAnda mengenai berbagai macam gangguan atau penyakitpernapasan yang disebabkan karena adanya polusi udara. Tanyakanpula bagaimana cara pencegahan dan pengobatannya. Tulislah hasillaporan Anda dan bahaslah bersama teman-teman Anda di kelas.
236Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanIngat! Janganmenjadi perokok, karenadapat menyebabkanberbagai macampenyakit.Bagaimana Cara MelakukanPernapasan Buatan?Berikut ini merupakan langkah-langkah praktis melakukanpernapasan buatan.1. Letakkan pasien terlentang ditempat datar. Jika pasien habistenggelam, tekan dadanyadengan dua tangan Anda agarair di dalam dada keluar.2. Setelah air keluar, laku-kanpernapasan buatan. Letakkansalah satu tangan Anda dibawah leher pasien dan angkatsedikit agar saluran pernapas-annya terbuka.3. Ambil napas dalam-dalam dansegera tiupkan ke mulut pasiensambil tutup hidung pasiendengan tangan Anda yang lain.4. Lepaskan tiupan Anda danbiarkan udara keluar kembali daripasien. Dengarkan jika adadesah napas yang menandakankesadaran.5. Jika belum ada perubahan ulangilangkah 2–4 sampai pasiensadar atau mintalah pertolongandokter jika tidak segera sadar.c. Pada penderita gangguan pernapasan akibat tenggelam ataushock karena sengatan arus listrik, pusat pernapasannya seringterhenti sementara sehingga gerakan bernapas juga seringterhenti untuk sementara waktu. Untuk mengatasinya, perludiberikan pernapasan buatan. Dalam keadaan darurat,pernapasan buatan sering diberikan dengan bantuan mulut. Caraseperti ini disebut cara sylvester.Anda telah mengetahui bahwa polusi udara dapat mengganggusistem pernapasan kita. Asap rokok juga merupakan salah satupenyebab terjadinya polusi udara yang dapat mengganggu sistempernapasan? Untuk lebih jelasnya, lakukanlah tugas berikut ini.”Merokok Berbahaya Bagi Kesehatan”.Tentu slogan ini sudahtidak asing lagi. Pemerintah pun sudah menganjurkan untukmengurangi merokok, mengingat bahaya yang dapat ditimbulkan.Tapi sampai sekarang, masih banyak orang tua, anak muda, bahkananak kecil yang tidak bisa menghilangkan aktivitas tersebut. Buatlahsuatu tulisan dengan kelompok Anda, tentang alasan orang-orangtersebut merokok, berapa batang sehari, akibat yang ditimbulkan,dan cara pencegahannya. Cari data dengan menginterview beberapaorang (baik orang awam maupun para ahli), data dari internet, koran,majalah, atau yang lainnya. Setelah selesai, buat laporan tertulisnya,presentasikan, dan kumpulkan kepada guru Anda.Asap rokok ternyata dapat mengakibatkan gangguan padasaluran pernapasan. Hal ini disebabkan karena asap rokok yangdihirup seorang perokok mengandung komponen gas dan partikel-partikel yang dibebaskan selama merokok sebanyak 5 × 109 ppm.Komponen gas terdiri dari karbon monoksida, karbon dioksida,hidrogen sianida, amonia, oksida dari nitrogen, dan senyawahidrokarbon. Adapun komponen partikel terdiri dari tar, nikotin,benzopiren, fenol, dan kadmium.Asap yang diembuskan para perokok dapat dibagi atas asaputama dan asap samping. Asap utama merupakan asap tembakauyang dihirup langsung oleh perokok, sedangkan asap sampingmerupakan asap tembakau yang disebarkan ke udara bebas yangakan dihirup oleh orang lain. Telah ditemukan 4.000 jenis bahan kimiadalam rokok dengan 40 jenis di antaranya bersifat karsinogenik (dapatmenyebabkan kanker). Bahan racun ini lebih banyak ditemukan padaasap samping daripada asap utama.Merokok dapat menyebabkan perubahan struktur fungsi salurannapas dan jaringan paru-paru. Misalnya pada saluran napas besar,sel mukosa membesar, dan kelenjar mukus bertambah banyak. Padasaluran napas kecil, terjadi radang ringan dan penyempitan akibatpenumpukan lendir. Akibat perubahan anatomi saluran napas, padaperokok akan timbul perubahan fungsi paru-paru dengan gejalaklinisnya. Misalnya, timbulnya Penyakit Obstruksi Paru Menahun(POPM) yaitu emfisema, bronkitis kronis, dan asma. Selain itu, jugadapat menimbulkan kanker paru-paru. Bagaimana kondisi paru-paruantara orang perokok dan bukan perokok?
Biologi Kelas XI237Paru-paru sehatParu-paru sakitPipa kacaSlang plastikRokokDiisapTabung UKapasAmatilah gambar paru-paru orang sehat dengan paru-paruorang perokok yang telah terserang kanker.Setelah Anda mengamati gambar di atas, coba Andadeskripsikan bersama teman-teman Anda mengenai perbedaankedua gambar di atas. Diskusikan bersama teman-teman Andamengenai keadaan paru-paru orang bukan perokok dan paru-paruorang perokok serta sebutkan perbedaannya. Bahaslah hasil diskusibersama teman-teman Anda di kelas.Telah disebutkan di depan bahwa merokok dapat menyebabkanberbagai macam penyakit termasuk kanker paru-paru. Jadi, merokokdapat menimbulkan berbagai macam dampak negatif. Untuk lebihjelasnya, lakukanlah kegiatan berikut ini.Mengamati Kemungkinan Dampak AsapRokok terhadap Paru-ParuSediakan tabung U, pipa kaca, slang plastik,kapas, korek api, dan sebatang rokok kretek.Kemudian susunlah alat-alat tersebut seperti padagambar berikut.Setelah itu nyalakan rokok yang ada padasalah satu ujung slang dengan korek api.Kemudian isaplah ujung slang yang satunyadengan mulut beberapa kali sehingga asap rokokmengalir masuk memenuhi tabung. Lakukanlahberulang kali sampai timbul bercak cokelatkekuningan yang menempel pada kapas dalamtabung.Pertanyaan:1. Bayangkan jika tabung dan kapas diibaratkanruang paru-paru dan alveolus, apa yang me-nempel di dalamnya jika asap rokok masuk?2. Bayangkan pula jika kejadian itu berlangsungterus-menerus dalam waktu yang lama, apayang akan terjadi dalam paru-paru?3. Apa kesimpulan Anda dari kegiatan tersebut?Buatlah laporan dari kegiatan ini dan kumpulkankepada guru Anda.
238Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanDi depan telah dibahas berbagai macam cara mengatasigangguan-gangguan saluran pernapasan. Sekarang sudah banyakditemukan berbagai macam teknologi untuk mengatasi gangguansaluran pernapasan. Misalnya, pada penderita tetanus atau diphteriakut saluran pernapasannya mengalami penyumbatan. Oleh karenaitu, pada penderita dibuatkan lubang pernapasan bantuan padatrakea yang disebut trakeotomi.Selain itu, orang-orang yang mengalami kecelakaan misalnyatenggelam, sengatan arus listrik, atau serangan jantung, memerlukanoksigen agar bertahan hidup. Oleh karena pernapasan normal tidakcukup menyediakan oksigen, maka digunakan alat bantu pernapasan.Alat bantu pernapasan ini berupa tangki berisi oksigen yangdimampatkan yang akan mendorong oksigen memasuki paru-parukorban. Selain itu juga dapat menggunakan alat yang disebutpulmotor. Pulmotor merupakan alat yang digunakan untukmemberikan pernapasan buatan.Masih banyak teknologi yang telah ditemukan untuk mengatasikelainan-kelainan yang terjadi pada sistem pernapasan. Bagipenderita asma biasanya diperlukan gas spray untuk mengatasiserangan asma. Apa sebenarnya gas spray itu? Coba Anda lakukankegiatan berikut ini untuk mengetahuinya.Carilah informasi dari dokter atau dinas kesehatan di sekitarrumah Anda mengenai penyakit asma. Lakukan juga observasi padapenderita asma. Kemudian kumpulkan informasi mengenai manfaatgas spray bagi penderita asma, pengaruhnya terhadap jalannyapernapasan, dan zat apa saja yang terkandung di dalamnya. Tulislahsemua informasi yang Anda peroleh kemudian bahaslah bersamateman-teman Anda di kelas.Jawablah soal-soal berikut.1. Dalam mekanisme pernapasan kita, terjadipertukaran CO2 dan O2 secara difusi. Apa se-benarnya yang dimaksud difusi itu? BisakahAnda memberi contoh peristiwa difusi lainnya?2. Apa yang akan terjadi jika tubuh kita ke-kurangan oksigen?3. Apakah menurut Anda ada hubungan antaravolume paru-paru dengan frekuensi pernapasan?Bagaimana hubungannya? Jelaskan.4. Apa yang Anda perbuat jika tiba-tiba temanAnda pingsan dan napasnya terhenti?5. Bayangkan jika Anda melakukan 3 kegiatansecara bergantian yaitu tidur, membaca, dannaik turun tangga. Kira-kira kegiatan manayang menyebabkan frekuensi pernapasannyapaling banyak? Jelaskan jawaban Anda.
Biologi Kelas XI239Pada subbab di depan, Anda telah mempelajari sistempernapasan manusia meliputi organ-organ penyusun sistempernapasan, mekanisme pernapasan, frekuensi pernapasan,volume udara pernapasan, gangguan atau penyakit pada saluranpernapasan, dan teknologi yang digunakan untuk mengatasigangguan atau penyakit pada saluran pernapasan tersebut. Selainmanusia, makhluk hidup lain juga mempunyai sistem pernapasan.Pada subbab berikut ini Anda akan mempelajari sistem pernapasanpada beberapa hewan.B. Sistem Pernapasan pada HewanKebanyakan hewan memiliki tempat penyimpanan untukmakanan yang mereka makan, tetapi tidak mempunyai tempatpenyimpanan gas. Di dalam lingkungan secara terus-menerus terjadipertukaran O2 dan CO2. Dalam subbab ini, kita akan membahassistem pernapasan pada hewan Invertebrata dan Vertebrata.1. Pernapasan pada Hewan InvertebrataHewan-hewan Invertebrata ada yang belum memiliki sistempernapasan khusus, seperti Porifera dan sebagian cacing(Vermes). Umumnya hewan-hewan tersebut melakukanpernapasan langsung, yaitu secara difusi melalui permukaantubuhnya. Namun, pada hewan-hewan yang lebih tinggi, sepertiMollusca dan Arthropoda sudah memiliki sistem pernapasankhusus, walaupun masih sederhana. Misalnya Insecta danMyriapoda beranapas menggunakan trakea, hewan-hewanArachnida, misalnya laba-laba bernapas menggunakan paru-paru buku. Hewan-hewan yang hidup di air misalnya Crustacea(golongan udang-udangan) dan Mollusca (siput dan kerang)bernapas menggunakan insang.a. PoriferaPorifera bernapas dengan cara memasukkan air melaluipori-pori (ostium) yang terdapat pada seluruh permukaantubuhnya, masuk ke dalam rongga spongocoel. Prosespernapasan selanjutnya dilakukan oleh sel leher (koanosit),yaitu sel yang berbatasan langsung dengan ronggaspongocoel. Perhatikan Gambar 7.10.Aliran air yang masuk melalui ostium menuju ronggaspongocoel membawa oksigen sekaligus zat-zat makanan.Pengikatan O2 dan pelepasan CO2 dilakukan oleh sel leher(koanosit). Selain melakukan fungsi pernapasan, sel lehersekaligus melakukan proses pencernaan dan sirkulasi zatmakanan. Selanjutnya, air keluar melalui oskulum.b. Vermes (Cacing)Sebagian besar Vermes bernapas menggunakan per-mukaan tubuhnya, misalnya anggota filum Platyhelminthesyaitu Planaria dan anggota filum Annelida yaitu cacing tanah(Pheretima sp.). Namun, pada beberapa Annelida bernapasdengan insang, misalnya Annelida yang hidup di air yaituPolychaeta (golongan cacing berambut banyak) ini bernapasmenggunakan sepasang porapodia yang berubah menjadiinsang.Sumber:Biology, Mader S.S.Gambar 7.10Irisan melintang dinding tubuh PoriferaOstiumAliran airOskulumAliran airOstium(pori)KoanositFlagellaAmoebasitKoanositSel epitel
240Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanPada Planaria, O2 yang terlarut di dalam air berdifusimelalui permukaan tubuhnya. Demikian juga denganpengeluaran CO2. Pada cacing tanah, O2 berdifusi melaluipermukaan tubuhnya yang basah, tipis, dan memilikipembuluh-pembuluh darah. Selanjutnya, O2 diedarkan keseluruh tubuh oleh sistem peredaran darah. CO2 sebagaisisa pernapasan dikeluarkan dari jaringan oleh pembuluhdarah, kemudian keluar melalui permukaan tubuh secaradifusi. Perhatikan Gambar 7.11.Permukaan tubuh cacing tanah selalu basah. Hal iniberfungsi untuk mempermudah proses difusi O2 melaluipermukaan tubuhnya. Coba Anda lakukan kegiatan berikutuntuk membuktikannya.Mengamati Pernapasan Cacing tanahSediakanlah 2 cacing tanah, lup, kaca, dankertas isap (tisu). Letakkan satu cacing tanah diatas kaca dan satunya lagi pada kertas isap. Amatikedua cacing tersebut meliputi keadaan tubuhnyadan gerakannya selama ±15 menit. Gunakanlahlup agar Anda dapat mengamati secara jelas.Pertanyaan:1. Mengapa permukaan tubuh cacing dijaga agarselalu basah?2. Bagaimana gerakan kedua cacing tanahtersebut?3. Mengapa cacing tanah yang diletakkan padakertas isap selalu/cepat berhenti? Jelaskan.4. Apa kesimpulan Anda dari kegiatan ini?Tulislah laporan kegiatan ini dan bahaslahbersama teman-teman Anda di kelas.c. MolluscaHewan bertubuh lunak (Mollusca) yang hidup di air,seperti siput, cumi-cumi, dan kerang (Bivalvia) bernapasmenggunakan insang. Perhatikan Gambar 7.12. Aliran airmasuk ke dalam insang dan terjadi pertukaran udara dalamlamela insang. Mollusca yang hidup di darat, seperti siputdarat (bekicot) bernapas menggunakan paru-paru.d. Arthropoda1)InsectaInsecta bernapas menggunakan sistem trakea.Sistem trakea pada serangga, misalnya belalang terdiriatas spirakel, saluran (pembuluh trakea), dan trakeolus.Spirakel atau stigma merupakan jalan keluar masuk-nya udara dari dan ke dalam sistem trakea, terdapat dikerangka luar (eksoskeleton), berbentuk pembuluhsilindris yang berlapis zat kitin, terletak berpasanganpada setiap segmen tubuh, dan merupakan tempatbermuaranya pembuluh trakea.Pada umumnya spirakel terbuka selama seranggaterbang, dan tertutup saat serangga beristirahat.Sumber:Inquiry Live, Mader, S.S.Gambar 7.11Pertukaran gas pada PlanariaO2CO2KakiUsusCangkangInsangRongga mantelRadulaSumber:Biology, Raven dan JohnsonGambar 7.12Alat pernapasan siput
Biologi Kelas XI241Udara masuk melalui empat pasang spirakel depan dankeluar melalui enam pasang spirakel belakang. Oksigendari luar masuk lewat spirakel, kemudian menujupembuluh-pembuluh trakea, selanjutnya pembuluhtrakea bercabang lagi menjadi cabang halus yangdisebut trakeolus. Dengan demikian, oksigen dapatmencapai seluruh jaringan dan alat tubuh bagian dalam.Trakeolus merupakan cabang-cabang terkecil berukuran± 0,1 mμ dari saluran pembuluh trakea yang ber-hubungan langsung dengan jaringan tubuh dan tidakberlapis zat kitin. Trakeolus ini merupakan tempatterjadinya pertukaran udara pernapasan. Trakeolusmempunyai fungsi sama dengan kapiler pada sistempengangkutan (transportasi) pada Vertebrata. PerhatikanGambar 7.13.Mekanisme pernapasan pada belalang diatur olehotot perut (abdomen). Ketika otot perut (abdomen)berelaksasi, volume trakea normal sehingga udara masuk.Sebaliknya, ketika otot abdomen berkontraksi, volumetrakea mengecil sehingga udara keluar. Jalur yang dilaluiudara pernapasan, yaitu udara luar → stigma/spirakel→ saluran/pembuluh trakea → trakeolus → jaringantubuh. Jadi, sistem trakea berfungsi mengangkut O2 danmengedarkannya ke seluruh tubuh, serta sebaliknyamengangkut CO2 hasil pernapasan untuk dikeluarkandari tubuh. Dengan demikian, darah pada seranggahanya berfungsi mengangkut sari makanan dan bukanuntuk mengangkut udara pernapasan.Pada serangga air, seperti jentik nyamuk, udaradiperoleh dengan menjulurkan tabung pernapasan kepermukaan air untuk mengambil udara. Serangga airtertentu mempunyai gelembung udara, sehingga dapatmenyelam di dalam air dalam waktu lama. Misalnya,kepik Notonecta sp. mempunyai gelembung udara diorgan yang menyerupai rambut pada permukaan ventral.Selama menyelam, O2 dalam gelembung udara di-pindahkan melalui sistem trakea ke sel-sel pernapasan.Adapula serangga yang mempunyai insang trakeayang berfungsi menyerap udara dari air, atau pengambil-an udara melalui cabang-cabang halus serupa insang.Selanjutnya O2 diedarkan melalui pembuluh trakea.Kantung udaraTrakeaSpirakeltempat udara masukSel-sel tubuhTrakeolusKantungudaraTrakeaDinding tubuhUdaraSumber:Biology, CampbelGambar 7.13Sistem trakea pada belalang
242Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanLakukan kegiatan berikut agar Anda lebih me-mahami proses pernapasan dan banyaknya oksigenyang diambil serangga waktu bernapas.Mengamati Pernapasan pada SeranggaSediakan respirometer sederhana 3 buah,pipet tetes, pinset, lup, 2 ekor belalang yangberbeda ukuran tubuhnya, kapas, plastisin/vaselin,NaOH/KOH kristal, dan eosin (cairan berwarna).Masukkan kristal NaOH/KOH ke dalam tabungrespirometer A, B, dan C. Tutuplah kristal tersebutdengan selapis kapas. Masukkan seekor belalangke dalam tabung respirometer B dan C. Pasanglahtutup tabung respirometer yang mempunyai pipakapiler berskala. Lapisilah sambungan antara tutupdan tabung respirometer dengan plastisin/vaselinagar tidak bocor. Setelah itu, masukkan seteteseosin (cairan berwarna) pada ujung pipa kapiler.Lakukan hal yang sama pada tabung respirom-eter lain secara bersamaan. Amati perubahan letakeosin pada kedua pipa kapiler berskala setiap5 menit. Catatlah hasil pengamatan Anda dalamtabel.ABCIsilah hasil pengamatan Anda dalam tabel dibawah ini.Respiro-Kedudukan EosinKeteranganmeter5 menit 10 menit 15 menitABCPertanyaan:1. Mengapa dalam kegiatan ini menggunakanNaOH atau KOH?2. Bandingkan letak eosin pada ketiga respiro-meter. Jelaskan mengapa demikian.3. Bagaimana Anda mengetahui bahwaserangga bernapas mengambil oksigen?4. Hitunglah rata-rata kebutuhan oksigen yangdigunakan oleh belalang setiap menit.5. Amati bagian abdomen hewan percobaanketika berada dalam tabung respirometer. Jikatidak jelas, gunakan lup. Bagaimana gerakanperutnya?6. Apa kesimpulan Anda dari kegiatan ini?Tulislah hasil laporan Anda dari kegiatan ini dankumpulkan kepada bapak atau ibu guru Anda.2)Arthropoda LainLaba-laba (Arachnida) dan kalajengking (Scorpionida)bernapas dengan paru-paru buku. Paru-paru buku inimerupakan invaginasi (pelekukan ke dalam) abdomen.Paru-paru buku memiliki banyak lamela seperti halamanbuku yang dipisahkan oleh batang-batang sehinggaudara dapat bergerak bebas (lihat Gambar 7.14). Udaradari luar, masuk melalui spirakel secara difusi. Selanjut-nya, udara masuk di antara sel-sel lamela dan berdifusidengan pembuluh darah di sekitar lamela.Lamela paru-paruAliran darahdalam lamelaAtriumUdara mengalirke dalam melaluilubang spirakelSumber:Zoologi Umum, Villee, Walker, dan BarnesGambar 7.14Sayatan melalui paru-paru buku pada laba-laba
Biologi Kelas XI243Arthropoda yang hidup di air, misalnya dari golonganCrustacea (udang-udangan), seperti udang dan ketam,bernapas dengan insang buku. Perhatikan Gambar 7.15.Insang buku ini tumbuh dari dasar anggota tubuh dandinding tubuh yang berdekatan, dan menjulur ke ataske dalam ruang brankial. Tiap insang terdiri atas sumbusentral tempat pertautan lamela atau filamen. Aliran airdihasilkan oleh gerakan mendayung dari insang timba,yaitu suatu penjuluran berbentuk bulan sabit dari salahsatu penjuluran mulut (maksila kedua). Pada udang, airmasuk ke dalam ruang brankial di belakang karapaksdan di antara kaki. Selanjutnya, saluran di dalam sumbuinsang membawa darah ke dan dari ruang di dalamlamela, pertukaran udara pernapasan berlangsungmelalui dinding tipis lamela. Keluar masuknya udaradisebabkan oleh gerakan otot yang terjadi secara teratur.Baik paru-paru buku maupun insang buku, keduanyamempunyai fungsi yang sama seperti fungsi paru-parupada Vertebrata.2. Pernapasan pada Hewan VertebrataHewan Vertebratatelah memiliki sistem sirkulasi yangfungsinya antara lain untuk mengangkut gas pernapasan (O2)dari tempat penangkapan gas menuju sel-sel jaringan. Begitupula sebaliknya, untuk mengangkut gas buangan (CO2) dari sel-sel jaringan ke tempat pengeluarannya. Mekanisme pernapasanpada hewan Vertebrataberagam. Simaklah uraian di bawah iniagar Anda lebih memahami mekanisme pernapasan pada hewanVertebrata.a. PiscesIkan bernapas menggunakan insang. Insang berbentuklembaran-lembaran tipis berwarna merah muda dan selalulembap. Bagian terluar dari insang berhubungan dengan air,sedang bagian dalam berhubungan erat dengan kapiler-kapiler darah. Tiap lembaran insang terdiri dari sepasangfilamen dan tiap filamen mengandung banyak lapisan tipis(lamela). Pada filamen terdapat pembuluh darah yangmemiliki banyak kapiler, sehingga memungkinkan O2berdifusi masuk dan CO2 berdifusi keluar.Pada ikan bertulang sejati (Osteichthyes) insangnyadilengkapi dengan tutup insang (operkulum), sedangkanpada ikan bertulang rawan (Chondrichthyes) insangnya tidakmempunyai tutup insang. Selain bernapas dengan insang,ada pula kelompok ikan yang bernapas dengan gelembungudara (pulmosis), yaitu ikan paru-paru (Dipnoi). Insang tidakhanya berfungsi sebagai alat pernapasan, tetapi jugaberfungsi sebagai alat ekskresi garam-garam, penyaringmakanan, alat pertukaran ion, dan osmoregulator.InsangtimbaSirkulasi air dalam tubuh ketamSatu insang ketamterdiri atas setumpuklamela yang terpautpada sumbu sentralSumber:Zoologi Umum, Villee, Walker, dan BarnesGambar 7.15Insang pada Crustacea
244Sistem Pernapasan pada Manusia dan Hewan1)Pernapasan pada ikan bertulang sejatiSalah satu contoh ikan bertulang sejati yaitu ikanmas. Insang ikan mas tersimpan dalam rongga insangyang terlindung oleh tutup insang (operkulum). Perhati-kan Gambar 7.16. Insang ikan mas terdiri dari lengkunginsang yang tersusun atas tulang rawan berwarna putih,rigi-rigi insang yang berfungsi untuk menyaring air per-napasan yang melalui insang, dan filamen atau lembaraninsang. Filamen insang tersusun atas jaringan lunak,berbentuk sisir dan berwarna merah muda karena mem-punyai banyak pembuluh kapiler darah dan merupakancabang dari arteri insang. Di tempat inilah pertukarangas CO2 dan O2 berlangsung.Gas O2 diambil dari gas O2 yang larut dalam airmelalui insang secara difusi. Dari insang, O2 diangkutdarah melalui pembuluh darah ke seluruh jaringan tubuh.Dari jaringan tubuh, gas CO2 diangkut darah menujujantung. Dari jantung menuju insang untuk melakukanpertukaran gas. Proses ini terjadi secara terus-menerusdan berulang-ulang.Mekanisme pernapasan ikan bertulang sejatidilakukan melalui mekanisme inspirasi dan ekspirasi.Perhatikan Gambar 7.17.a)Fase inspirasiGerakan tutup insang ke samping dan selaputtutup insang tetap menempel pada tubuh meng-akibatkan rongga mulut bertambah besar,sebaliknya celah belakang insang tertutup.Akibatnya, tekanan udara dalam rongga mulut lebihkecil daripada tekanan udara luar. Celah mulutmembuka sehingga terjadi aliran air ke dalam ronggamulut. Perhatikan gambar di samping.EsofagusRongga mulutFaringInsangRuangoperkulumSelomMulutKatupmulutTutup insang(operkulum)Rongga mulutFaringEsofagusInsangRuangoperkulumSelomMulutKatup mulutTutup insang(operkulum)a. Fase inspirasib. Fase ekspirasiSumber:Zoologi Umum, Villee, Walker, dan BarnesGambar 7.17Mekanisme pernapasan pada ikanbertulang sejatiOperkulumInsangAliranairLembaran insangLengkunganinsangAlirandarahKonsentrasi O2dalam airKonsentrasi O2dalam darah100%70%40%15%90%60%40%5%----------------------------------------------------------------O2O2O2Sumber:Biology, Mader, S.S.Gambar 7.16Struktur insang ikan
Biologi Kelas XI245b)Fase ekspirasiSetelah air masuk ke dalam rongga mulut, celahmulut menutup. Insang kembali ke kedudukansemula diikuti membukanya celah insang. Air dalammulut mengalir melalui celah-celah insang danmenyentuh lembaran-lembaran insang. Pada tempatini terjadi pertukaran udara pernapasan. Darahmelepaskan CO2 ke dalam air dan mengikat O2 dariair.Pada fase inspirasi, O2 dan air masuk ke dalaminsang, kemudian O2 diikat oleh kapiler darah untukdibawa ke jaringan-jaringan yang membutuhkan.Sebaliknya pada fase ekspirasi, CO2 yang dibawaoleh darah dari jaringan akan bermuara ke insang,dan dari insang diekskresikan keluar tubuh.2)Pernapasan pada ikan bertulang rawanInsang ikan bertulang rawan tidak mempunyai tutupinsang (operkulum) misalnya pada ikan hiu. Masuk dankeluarnya udara dari rongga mulut, disebabkan olehperubahan tekanan pada rongga mulut yang ditimbulkanoleh perubahan volume rongga mulut akibat gerakannaik turun rongga mulut. Bila dasar mulut bergerak kebawah, volume rongga mulut bertambah, sehinggatekanannya lebih kecil dari tekanan air di sekitarnya.Akibatnya, air mengalir ke rongga mulut melalui celahmulut yang pada akhirnya terjadilah proses inspirasi. Biladasar mulut bergerak ke atas, volume rongga mulutmengecil, tekanannya naik, celah mulut tertutup,sehingga air mengalir ke luar melalui celah insang danterjadilah proses ekspirasi CO2. Pada saat inilah terjadipertukaran gas O2 dan CO2.3)Pernapasan pada ikan paru-paru (Dipnoi)Pernapasan ikan paru-paru menyerupai pernapasanpada Amphibia. Selain mempunyai insang, ikan paru-paru mempunyai satu atau sepasang gelembung udaraseperti paru-paru yang dapat digunakan untukmembantu pernapasan, yaitu pulmosis. Pulmosisbanyak dikelilingi pembuluh darah dan dihubungkandengan kerongkongan oleh duktus pneumatikus. Saluranini merupakan jalan masuk dan keluarnya udara darimulut ke gelembung dan sebaliknya, sekaligusmemungkinkan terjadinya difusi udara ke kapiler darah.Ikan paru-paru hidup di rawa-rawa dan di sungai.Ikan ini mampu bertahan hidup walaupun airnya keringdan insangnya tidak berfungsi, karena ia bernapasmenggunakan gelembung udara. Ada tiga jenis ikanparu-paru di dunia, yaitu ikan paru-paru afrika, ikan paru-paru amerika selatan, dan ikan paru-paru queensland(Australia).LabirinIkan lele, ikan gabus, dan ikanbetok mampu hidup di perairandengan kadar oksigen rendah. Halini dikarenakan ikan tersebutmemiliki alat bantu pernapasanberupa labirin. Adanya labirin akanmemperluas permukaan insangsehingga meningkatkan efisiensipengikatan oksigen.
246Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanPada beberapa jenis ikan, seperti ikan lele, gabus,gurami, dan betok memiliki alat bantu pernapasan yangdisebut labirin.Labirin merupakan perluasan ke atas dalamrongga insang, dan membentuk lipatan-lipatan sehinggamerupakan rongga-rongga tidak teratur. Rongga labirinberfungsi menyimpan udara (O2), sehingga ikan-ikantersebut dapat bertahan hidup pada perairan yangkandungan oksigennya rendah. Selain dengan labirin, udara(O2) juga disimpan di gelembung renang yang terletak didekat punggung.b. AmphibiaKatak muda (berudu) menggunakan insang untukmengambil O2 yang terlarut dalam air. Setelah berumur lebihkurang 12 hari, insang luar diganti dengan insang dalam.Setelah dewasa, katak bernapas menggunakan selaputrongga mulut, paru-paru, dan kulit.Selaput rongga mulut dapat berfungsi sebagai alatpernapasan karena tipis dan banyak terdapat kapiler yangbermuara di tempat itu. Pada saat terjadi gerakan ronggamulut dan faring, lubang hidung terbuka dan glotis tertutup,sehingga udara berada di rongga mulut dan berdifusi masukmelalui selaput rongga mulut yang tipis.Pernapasan dengan kulit dilakukan secara difusi. Hal inikarena kulit katak tipis, selalu lembap, dan mengandungbanyak kapiler darah. Pernapasan dengan kulit berlangsungsecara efektif baik di air maupun di darat. Oksigen (O2) yangmasuk lewat kulit akan diangkut melalui vena kulit paru-paru(vena pulmo kutanea) menuju ke jantung untuk diedarkanke seluruh tubuh. Sebaliknya karbon dioksida (CO2) darijaringan akan dibawa ke jantung, dari jantung dipompa kekulit dan paru-paru melalui arteri kulit paru-paru (arteri pulmokutanea). Dengan demikian, pertukaran oksigen dan karbondioksida terjadi di kulit.Katak juga bernapas dengan paru-paru, tetapi belumsebaik paru-paru Mammalia. Perhatikan Gambar 7.18. Paru-paru katak berupa sepasang kantung tipis yang elastissehingga udara pernapasan dapat berdifusi, dan dindingnyabanyak dikelilingi kapiler darah sehingga paru-paru katakberwarna kemerahan. Paru-paru dengan rongga mulutdihubungkan oleh bronkus yang pendek. Seperti pada ikan,pernapasan pada katak meliputi proses inspirasi danekspirasi yang berlangsung pada saat mulut dalam keadaantertutup. Mekanisme pernapasan ini diatur oleh otot-ototpernapasan, yaitu: otot rahang bawah (submandibularis),sternohioideus, geniohioideus, dan otot perut. PerhatikanGambar 7.19.Mekanisme inspirasi dan ekspirasi dijelaskan seperti berikut.1)Fase inspirasiFase inspirasi terjadi bila otot sternohioideusberkontraksi sehingga rongga mulut membesar,akibatnya oksigen masuk melalui koane (celah hidung).Sumber:Biology, Raven dan JohnsonGambar 7.18Bentuk paru-paru pada Amphibia
Biologi Kelas XI247Setelah itu, koane menutup, otot submandibularis danotot geniohioideus berkontraksi, sehingga rongga mulutmengecil. Mengecilnya rongga mulut mendorongoksigen masuk ke paru-paru lewat celah-celah. Dalamparu-paru terjadi pertukaran gas, oksigen diikat olehdarah yang berada dalam kapiler dinding paru-paru, dansebaliknya karbon dioksida dilepaskan ke lingkungan.2)Fase ekspirasiMekanisme ekspirasi terjadi setelahpertukaran gas di dalam paru-paru, otot rahangbawah mengendur atau berelaksasi, sementaraotot perut dan sternohioideus berkontraksi. Halini mengakibatkan paru-paru mengecil,sehingga udara tertekan keluar dan masuk kedalam rongga mulut. Selanjutnya koanemembuka, sedangkan celah tekak menutup,sehingga terjadi kontraksi otot rahang bawahyang diikuti berkontraksinya otot geniohioideus.Akibatnya, rongga mulut mengecil dan udarayang kaya karbon dioksida terdorong keluarmelalui koane.c. ReptiliaParu-paru Reptilia berada dalam rongga dada dandilindungi oleh tulang rusuk. Perhatikan Gambar 7.20. Paru-paru Reptilia hanya terdiri dari beberapa lipatan dinding yangberfungsi memperbesar permukaan pertukaran gas. Paru-paru kadal, kura-kura, dan buaya lebih kompleks, denganbeberapa belahan-belahan yang membuat paru-parunyabertekstur seperti spon. Paru-paru pada beberapa jeniskadal, misalnya bunglon Afrika, mempunyai pundi-pundihawa atau kantung udara cadangan sehinggamemungkinkan hewan tersebut melayang di udara.Reptilia bernapas menggunakan paru-paru. Gas O2dalam udara masuk melalui lubang hidung → rongga mulut→ anak tekak → trakea yang panjang → bronkiolus dalamparu-paru. Dari paru-paru, O2 diangkut darah menuju seluruhjaringan tubuh. Dari jaringan tubuh, gas CO2 diangkut darahmenuju jantung untuk dikeluarkan melalui paru-paru →bronkiolus → trakea yang panjang → anak tekak → ronggamulut → lubang hidung. Pada Reptilia yang hidup di air,lubang hidung dapat ditutup ketika menyelam.d. AvesPada burung, tempat berdifusinya udara pernapasan terjadidi paru-paru. Paru-paru burung berjumlah sepasang danterletak dalam rongga dada yang dilindungi oleh tulang rusuk.Jalur pernapasan (masuknya udara ke dalam tubuh)pada burung berturut-turut sebagai berikut.1) Dua pasang lubang hidung yang terdapat pada pangkalparuh sebelah atas dan pada langit-langit rongga mulut.2) Celah tekak yang terdapat pada dasar hulu kerongkong-an atau faring yang menghubungkan rongga mulutdengan trakea.BronkusTrakeaSumber:Biology, Raven dan JohnsonGambar 7.20Bentuk paru-paru pada ReptiliaOtot genio-hioideusOtot sternohioideusOtot rahangbawahParu-paruRongga mulutGambar 7.19Skema mekanisme pernapasan pada katakA. InspirasiB. Ekspirasi
248Sistem Pernapasan pada Manusia dan Hewan3) Trakea atau batang tenggorok yang panjang, berbentukpipa, dan disokong oleh cincin tulang rawan.4) Sepasang paru-paru berwarna merah muda yangterdapat dalam rongga dada. Bagian ini meliputi bronkuskanan dan bronkus kiri yang merupakan cabang bagianakhir dari trakea. Dalam bronkus pada pangkal trakea,terdapat sirink (siring), yang pada bagian dalamnyaterdapat lipatan-lipatan berupa selaput yang dapatbergetar dan dapat menimbulkan suara. Bronkusbercabang lagi menjadi mesobronkus, yang merupakanbronkus sekunder, dan dapat dibedakan menjadiventrobronkus (bagian ventral) dan dorsobronkus(bagian dorsal). Ventrobronkus dihubungkan dengandorsobronkus oleh banyak parabronkus (100 atau lebih).Parabronkus berupa tabung kecil. Di parabronkusbermuara banyak kapiler, sehingga memungkinkanudara berdifusi.Selain paru-paru, burung biasanya memiliki 4 pasangperluasan paru-paru yang disebut pundi-pundi hawa ataukantung udara (saccus pneumaticus) yang menyebarsampai ke perut, leher, dan sayap. Kantung-kantung udaraini terdapat pada pangkal leher (saccus cervicalis), ronggadada (saccus thoracalis anterior dan posterior), antara tulangselangka atau korakoid (saccus interclavicularis), ketiak(saccus axillaris), dan di antara lipatan usus atau ronggaperut (saccus abdominalis). Kantung udara berhubungandengan paru-paru, berselaput tipis, tetapi tidak terjadi difusiudara pernapasan. Adanya kantung udara mengakibatkan,pernapasan pada burung menjadi efisien.Kantung udara memiliki beberapa fungsi berikut.1) Membantu pernapasan, terutama pada waktu terbang,karena menyimpan oksigen cadangan.2) Membantu mempertahankan suhu badan denganmencegah hilangnya panas badan secara berlebihan.3) Membantu memperkeras suara dengan memperbesarruang siring.4) Mengatur berat jenis (meringankan) tubuh pada saatburung terbang.Mekanisme pernapasan pada burung dibedakan men-jadi dua, yaitu pernapasan waktu istirahat dan pernapasanwaktu terbang.Pada waktu istirahat, tulang rusuk bergerak ke depan,rongga dada membesar, paru-paru mengembang sehinggaudara masuk dan mengalir lewat bronkus ke kantung udarabagian belakang, bersamaan dengan itu udara yang sudahada di kantung udara belakang mengalir ke paru-paru danmenuju kantung udara depan. Pada saat tulang rusukkembali ke posisi semula, rongga dada mengecil sehinggaudara dari kantung udara masuk ke paru-paru. Selanjutnya,saat di alveolus, O2 diikat oleh darah kapiler alveolus. Jadi,pengikatan O2 berlangsung pada saat inspirasi maupunekspirasi.Burung Mampu Terbang JauhBurung dapat terbang karenamemiliki sayap. Adanya kantungudara memungkinkan burung dapatterbang dalam waktu yang lama.Burung layang-layang dapatterbang sejauh sekitar 500.000 kmdan menghabiskan waktu hidupnyadi udara. Hal ini dapat terjadidengan adanya sistem pernapasanyang baik dan penggunaan oksigensecara efisien.
Biologi Kelas XI249Pada waktu terbang, inspirasi dan ekspirasi dilakukanoleh kantung-kantung udara. Waktu sayap diangkat ke atas,kantung udara di ketiak mengembang, sedang kantung udaradi tulang korakoid terjepit, sehingga terjadi inspirasi (O2 padatempat itu masuk ke paru-paru). Bila sayap diturunkan,kantung udara di ketiak terjepit, sedang kantung udara ditulang korakoid mengembang, sehingga terjadiekspirasi (O2pada tempat itu keluar). Makin tinggi burung terbang, makincepat burung mengepakkan sayapnya untuk mendapatkanoksigen yang cukup banyak.Udara luar yang masuk, sebagian kecil tetap berada diparu-paru, dan sebagian besar akan diteruskan ke kantungudara sebagai udara cadangan. Udara pada kantung udaradimanfaatkan hanya pada saat udara (O2) di paru-paru ber-kurang, yakni saat burung sedang mengepakkan sayapnya.Tentu Anda pernah mendengar kicauan burung. Coba bawalahdua ekor burung pipit ke kelas untuk setiap kelompok. Perhatikandan amati saat burung bernapas dan berkicau (bersuara). Diskusikanbersama kelompok Anda tentang proses terjadinya pernapasan danbagaimana suara pada burung timbul. Buat laporan kelompok,presentasikan, dan kumpulkan kepada guru.e. MammaliaMammalia bernapas menggunakan paru-paru. Gas O2masuk ke dalam tubuh melalui lubang hidung → faring →laring → trakea → bronkus → paru-paru. Kemudian gas O2dari paru-paru diangkut darah ke jantung. Dari jantung, gasO2 diedarkan ke seluruh jaringan tubuh oleh darah. Darijaringan tubuh, gas CO2 diangkut menuju jantung → paru-paru, dan keluar melalui organ-organ yang sama pula.Jawablah soal-soal berikut.1. Apa saja fungsi sel leher (koanosit) padaPorifera?2. Apa perbedaan alat pernapasan pada ikanbertulang sejati, ikan bertulang rawan, danikan paru-paru?3. Berudu mempunyai sistem pernapasan yangberbeda dengan katak dewasa. Bagaimanaperkembangan alat pernapasannya?4. Burung biasanya mempunyai 4 pasangperluasan paru-paru yaitu pundi-pundi hawaatau kantung udara. Menurut Anda, apa yangakan terjadi jika burung tidak mempunyaipundi-pundi hawa?5. Mengapa cacing mempunyai permukaan kulityang selalu basah?Gerakan Sayap untukKeseimbanganSelain sebagai alat untukbergerak terbang, sayap jugadigerakkan untuk menjagakeseimbangan tubuh. Burungkolibri mampu melayang tanpamelaju di udara dengan me-ngepakkan sayapnya sebanyak50 kali atau lebih per detik.Sumber:100 Pengetahuan tentang Burung,Pakar Raya
250Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanFaktor-Faktor yang MempengaruhiKecepatan Bernapas IkanIkan bernapas dengan insang. Insang ikanmenghirup oksigen dari air seperti paru-parumanusia yang menghirup oksigen dari udara.Kandungan oksigen di udara sekitar 20 kali lebihbanyak daripada kandungan oksigen di dalam air.Oleh karena itu, untuk bernapas, organisme airseperti ikan menghabiskan energi sekitar 20 kalilebih banyak daripada hewan-hewan yang meng-hirup oksigen langsung dari udara. Anda akanmenentukan kecepatan bernapas ikan yangdipengaruhi oleh ukuran tubuh, perubahan suhu,dan kegiatan fisik lingkungan sekitar.A. TujuanMengamati pembukaan mulut ikan danoperkulum (tutup insang) untuk menentukankecepatan pernapasan ikan yang dipengaruhioleh ukuran tubuh, perubahan suhu, dankegiatan fisik.B. Alat dan Bahan1. stoples berukuran 1 liter bermulut lebar(3 buah)2. air3. jaring ikan4. beberapa ikan mas yang masih kecil5.stop-watchC. Cara kerjaKegiatan dalam proyek ini dibagi menjaditiga percobaan yang berbeda yaitu untukmengetahui pengaruh ukuran tubuh ikan,suhu, dan kegiatan fisik lingkungan sekitarnyaterhadap kecepatan bernapas ikan.1. Pengaruh ukuran tubuh ikan terhadapkecepatan bernapas ikan.a. Isilah stoples dengan air hinggaseparuh penuh.b. Gunakan jaring ikan untuk memindah-kan ikan yang paling kecil denganhati-hati dari akuarium ke stoplespenguji. Amati anatomi luar ikan dancatat kenampakannya.c. Tunggu selama 5 menit untuk mem-biarkan ikan menjadi tenang setelahpemindahan. Jangan berisik danjangan bergerak selama Anda me-lakukan percobaan.d. Cari mulut ikan dan penutup insang-nya.e. Hitung berapa kali ikan membukamulut dan menutup mulut serta tutupinsangnya selama 2 menit meng-gunakan stop-watch. Ulangi prosespenghitungan sebanyak tiga kali.f. Buatlah rata-rata ketiga pengamatandan kemudian bagilah dengan duauntuk menentukan rata-rata kecepat-an bernapas (jumlah pembukaanmulut/operkulum) selama satu menit.Waktu pengamatan selama dua menitdigunakan untuk menghindaribesarnya perbedaan perhitungan bilamengukur dalam waktu yang singkat.g. Peliharalah ikan tersebut selama 1bulan. Agar ikan dapat hidup denganbaik, peliharalah ikan tersebut denganbenar menurut petunjuk dari seorangprofesional atau dari buku me-melihara ikan. Memberi makan ikanharus menjadi salah satu bagian daripemeliharaan ikan dan bukan sebagaisalah satu percobaan.h. Selanjutnya, ukurlah pertambahanpanjang dan berat tubuh ikan setiapminggunya. Hitung juga berapa kaliikan membuka dan menutup mulutserta tutup insangnya seperti langkahnomor 5 dan 6. Bandingkan kecepat-an bernapas ikan pada setiapminggunya.2. Pengaruh suhu terhadap kecepatanbernapas pada ikan.a. Gunakan jaring ikan untukmemindahkan seekor ikan ke dalamstoples uji secara hati-hati.b. Letakkan termometer ke dalamstoples dan masukkan stoples kedalam mangkuk yang diisi air hinggaseparuh penuh.c. Turunkan suhu di dalam stoples2–3°C dengan cara menambahkanpotongan es batu ke dalam air didalam mangkuk.
Biologi Kelas XI251d. Aduk air di dalam stoples pelan-pelansetiap kali menambahkan es batuuntuk menyamakan suhu dan catatsuhunya. Pada setiap selang suhu,tunggulah selama lima menit agarikan menyesuaikan dengan suhuyang baru. Lakukan secara hati-hatikarena perubahan suhu yang terlalutiba-tiba dapat melukai ikan.e. Selanjutnya, hitung berapa kali ikanmembuka dan menutup mulutnyaselama dua menit dan bagi dengan 2untuk menghitung kecepatan ber-napas selama satu menit.f. Teruskan menurunkan suhu sampaimencapai 5°C. Buatlah grafik yangmenunjukkan rata-rata kecepatanbernapas ikan pada setiap tingkatansuhu.3. Pengaruh kegiatan fisik lingkungansekitarnya terhadap kecepatan bernapaspada ikan.a. Gunakan jaring ikan untuk memindah-kan seekor ikan ke dalam stoples ujisecara hati-hati dan jagalah suhu airagar tidak berubah.b. Tutuplah stoples dengan kain hitamdan jangan ganggu ikannya dengansuara atau gerakan selama limamenit.c. Sementara itu, tempatkan diri Andaagar Anda dapat segera mulaimenghitung gerakan mulut saat Andamembuka kainnya dengan cepat.d. Selanjutnya, tentukan kecepatanbernapas ikan yang terkejut denganmenghitung berapa kali ikanmembuka dan menutup mulutnyaselama dua menit.D. Pembahasan dan Kesimpulan1. Apakah kecepatan bernapas ikandipengaruhi oleh ukuran tubuhnya?Jelaskan jawaban Anda.2. Apakah kecepatan bernapas ikandipengaruhi oleh suhu? Jelaskan jawabanAnda.3. Apakah kegiatan fisik mempengaruhikecepatan bernapas pada ikan? Jelaskan.4. Bagaimana kecepatan bernapas ikan biladibandingkan dengan makhluk hidup yangmenghirup oksigen langsung dari udaraseperti manusia?5. Apa kesimpulan Anda dari kegiatan ini?E. LaporanBuatlah laporan kegiatan sesuai denganstruktur penulisan ilmiah.1. Alat-alat pernapasan manusia terdiri darihidung → faring → laring → trakea →bronkus → bronkiolus → alveolus → paru-paru.2. Mekanisme pertukaran O2 dan CO2 terjadi didalam paru-paru dan jaringan tubuh.3. Mekanisme pernapasan manusia adapernapasan dada dan pernapasan perut.4. Frekuensi pernapasan dipengaruhi umur, jeniskelamin, suhu tubuh, posisi tubuh, dankegiatan tubuh.5. Volume udara pernapasan dibedakan menjadilima jenis yaitu volume tidal, volume cadanganinspirasi, volume cadangan ekspirasi, volumetotal paru-paru, dan volume sisa.6. Asap rokok dapat mengakibatkan gangguanpada saluran pernapasan karena me-ngandung bahan kimia berbahaya.7. Teknologi yang berhubungan dengan kelainanpada sistem pernapasana. Trakeotomi yaitu pembuatan lubangpernapasan bantuan pada trakea bagipenderita tetanus atau diphteri akut.b. Pulmonator yaitu alat bantu pernapasanberupa tangki berisi oksigen yangberfungsi untuk napas buatan.8. Sistem pernapasan pada hewan Invertebrata.a. Alat pernapasan pada Porifera terdiri daripori-pori (ostium), sel leher (koanosit), danoskulum.
252Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanA.Pilihlah salah satu jawaban yang tepat.1. Urutan alat pernapasan manusia yang benaryaitu . . . .1) laring5) alveolus2) bronkus6) bronkiolus3) trakea4) faringa. 1) – 4) – 2) – 6) – 3) – 5)b. 3) – 4) – 1) – 5) – 2) – 6)c. 4) – 1) – 3) – 2) – 6) – 5)d. 4) – 3) – 1) – 2) – 6) – 5)e. 3) – 4) – 1) – 2) – 6) – 5)2. Jalur yang tepat untuk menunjukkan keluar-nya karbon dioksida dari tubuh yaitu . . . .a. alveolus → bronkiolus → bronkus → laring→ trakeab. alveolus → bronkiolus → bronkus →trakea → laringc. alveolus → bronkus → bronkiolus →trakea → laringd. laring → trakea → bronkus → bronkiolus→ alveoluse. trakea → laring → bronkus → bronkiolus→ alveolus3. Seorang atlet renang dapat bertahan cukuplama menyelam di dalam air. Hal ini me-nunjukkan bahwa atlet tersebut memiliki . . . .a. volume tidal yang sangat besarb. kapasitas paru-paru besarc. udara residu paru-paru yang sangat besard. kapasitas inspirasi besare. udara cadangan paru-paru besar4. Aliran udara ke paru-paru dapat berlangsungnormal karena . . . .a. mengecilnya volume rongga dadab. diafragma berkontraksic. meningkatnya tekanan dalam rongga dadad. gerakan ke dalam tulang rusuke. relaksasi otot antartulang rusuk5. Bagian sistem pernapasan yang rusak padapenderita emfisema yaitu . . . .a. alveolusd. membran pleurab. bronkioluse. trakeac. laring6. Fungsi silia pada trakea yaitu . . . .a. membuat lendir mengalir ke faringb. memperkuat dinding trakeac. membuat dan mengeluarkan lendird. menghangatkan udara pernapasan yangmasuke. menangkap kuman yang masuk bersamaudara pernapasan7. Ciri pernapasan dada pada waktu inspirasiyaitu . . . .a. otot antartulang rusuk luar berkontraksidan rongga dada membesarb. otot antartulang rusuk luar berkontraksidan rongga dada mengecilc. otot antartulang rusuk berkontraksi danrongga perut membesard. rongga dada membesar dan otot antar-tulang rusuk luar relaksasie. rongga dada membesar dan rongga perutmengecilb. Alat pernapasan pada Vermes ada 2macam yaitu permukaan tubuh dan insang.c. Alat pernapasan pada Mollusca ada 2macam yaitu insang dan paru-paru.d. Alat pernapasan pada Arthropoda adabermacam-macam.• Insecta bernapas menggunakansistem trakea.• Arachnida dan Scorpionida bernapasmenggunakan paru-paru buku.• Crustacea bernapas menggunakaninsang buku.9. Sistem pernapasan pada hewan Vertebratasebagai berikut.a. Alat pernapasan pada Pisces yaitu insang.b. Alat pernapasan pada Amphibia beruduyaitu insang.Alat pernapasan pada Amphibia dewasayaitu paru-paru.c. Alat pernapasan pada Reptilia yaituselaput rongga mulut dan permukaan kulit.d. Alat pernapasan pada Aves yaitu paru-paru.e. Alat pernapasan pada Mammalia yaituparu-paru.
Biologi Kelas XI2538. Aliran udara dari udara bebas ke paru-parudan sebaliknya ditentukan oleh perubahantekanan udara pada . . . .a. otot antartulang rusuk, otot diafragma,dan otot dinding perutb. otot tulang rusuk, rongga dada, danrongga perutc. otot tulang rusuk, rongga paru-paru, danrongga dadad. rongga paru-paru, rongga perut, danrongga dadae. rongga perut, rongga paru-paru, dan ototantartulang rusuk9. Aku merupakan pipa yang tersusun atas ototpolos dan tulang rawan yang berbentukhuruf C. Dindingku tersusun atas 3 lapisan.Lapisan terdalamku menghasilkan banyaklendir yang berguna untuk menangkap danmengembalikan benda-benda asing kesaluran pernapasan sebelum masuk ke paru-paru bersama udara pernapasan. Aku disebut. . . .a. bronkusd. trakeab. faringe. bronkiolusc. laring10. Pada pertukaran gas di paru-paru, udara yangmasuk untuk menyegarkan udara alveolussebanyak . . . mL.a. 500d. 1.500b. 350e. 2.500c. 25011. Penyakit yang terjadi karena abnormalitassusunan dan fungsi alveolus sering disebut. . . .a. pertusisd. emfisemab. pleuritise. asfiksic. bronkitis12. Pernyataan yang menunjukkan mekanismepernapasan dada dan fasenya yaitu . . . .a. otot antartulang rusuk luar berkontraksi→ ekspirasib. otot sekat rongga dada berontraksi →ekspirasic. otot antartulang rusuk dalam berkontraksi→ ekspirasid. otot dinding perut berkontraksi → inspirasie. otot antartulang rusuk dalam berkontraksi→ inspirasi13. Pernyataan mengenai faktor-faktor yangmempengaruhi frekuensi pernapasan yangtidak sesuai yaitu . . .a. Semakin bertambah umur seseorang,semakin rendah frekuensi pernapasannya.b. Volume paru-paru laki-laki lebih besarsehingga frekuensi pernapasannya lebihrendah dibandingkan dengan wanita.c. Semakin tinggi suhu tubuh, semakin cepatfrekuensi pernapasannya.d. Pada posisi duduk, beban berat tubuhdisangga oleh sebagian besar bagiantubuh sehingga frekuensi pernapasannyajuga lebih tinggi dibandingkan saat tidur.e. Orang yang banyak melakukan kegiatan,frekuensi pernapasannya lebih tinggi di-bandingkan dengan orang yang tidakmelakukan kegiatan (santai/tidur).14. Setelah melakukan ekspirasi normal di dalamparu-paru masih tertinggal udara . . . .a. vitald. tidalb. residue. komplementerc. suplementerGrafik berikut berhubungan dengan soal nomor15 dan 16.15. Bagian yang ditunjuk U merupakan volumeudara yang dapat ditampung paru-parusebesar . . . .a. volume tidal + kapasitas vitalb. volume sisa + volume cadangan ekspirasic. volume cadangan inspirasi + volumecadangan ekspirasid. kapasitas vital + volume sisae. volume tidal + volume sisa16. Berdasarkan grafik, yang disebut sebagaiudara suplementer dan udara komplementerberturut-turut . . . .a. T dan Pd. P dan Rb. P dan Te. Q dan Sc. R dan P(mL)5.0004.0003.0002.0001.000PQRSTU
254Sistem Pernapasan pada Manusia dan Hewan17. Karbon monoksida dan asam sianida dapatmengganggu sistem pernapasan karena . . . .a. menyebabkan pembengkakan kelenjarlimfab. menurunkan afinitas Hbc. menyebabkan penambahan cairanintrapleurad. afinitas zat tersebut besar terhadapoksigene. menyebabkan terbentuknya bintik-bintikkecil pada dinding alveolus18.Dari gambar di atas yang merupakan tempatkeluar masuknya udara adalah nomor . . . .a. 1b. 2c. 3d. 4e. 1 dan 219. Pernapasan pada laba-laba dan kalajengkingmenggunakan . . . .a. stigmab. trakeac. paru-parud. insange. paru-paru buku20. Pernapasan pada katak dapat menggunakankulit karena . . . .a. hewan amfibib. kulitnya berlubang-lubangc. kulitnya tipis, lembap, dan mengandungbanyak pembuluh darahd. kulitnya tebal dan keringe. kulitnya memiliki insang21. Paru-paru burung mengalami perluasan yangdisebut . . . .a. paru-paru tambahanb. parabronkic. kantung udarad. trakeoluse. spirakel22. Pernyataan yang tepat mengenai pernapasanterdapat pada . . .a. Pernapasan merupakan proses per-tukaran CO2 dari udara bebas dengan O2hasil metabolisme.b. Pernapasan eksternal terjadi di luar tubuhorganisme.c. Pernapasan internal terjadi di dalam selyaitu di ribosom dan mitokondria.d. Coelenterata dan Arthropoda sudahmemiliki sistem pernapasan khusus,walaupun masih sederhana.e. Hewan-hewan Invertebrata umumnyamelakukan pernapasan secara difusi.23. Perhatikan beberapa organisme berikut.1) Insecta4) Myriapoda2) Arachnida5) Annelida3) CrustaceaOrganisme yang bernapas dengan trakeayaitu nomor . . . .a. 1) dan 3)d. 2) dan 5)b. 1) dan 4)e. 3) dan 5)c. 2) dan 4)24. Selain berfungsi sebagai alat pernapasan,sel leher pada Porifera juga berperan dalam . . . .a. proses pencernaan dan sirkulasi zatmakananb. proses pergerakan dan difusi makananc. proses pemecahan senyawa dan pen-cernaand. proses difusi makanan dan pemecahansenyawae. proses sirkulasi makanan dan difusimakanan25. Berikut merupakan fungsi insang ikan, yaitu . . . .1) Alat pernapasan2) Alat pertukaran sel kelamin3) Alat penyaringan makanan4) Alat ekskresi ion5) Osmoregulatora. 1) dan 3)d. 2) dan 4)b. 1) dan 4)e. 3) dan 4)c. 1) dan 5)26. Pada katak dewasa peredaran O2 ke seluruhtubuh dilakukan oleh . . . .a. arteri pulmo kutaneab. vena pulmo kutaneac. arteri kutanead. vena kutaneae. vena pulmonalis1234
Biologi Kelas XI25527. Pertukaran O2 dan CO2 pada katak dewasaterjadi di . . . .a. insangd. trakeab. mulute. paru-paruc. kulit28. Susunan yang benar dari proses ekspirasiReptilia yaitu CO2 dari jaringan tubuh diangkutdarah menuju . . . .1) bronkiolus5) jantung2) trakea6) paru-paru3) anak tekak7) rongga mulut4) lubang hidunga. 6) – 5) – 1) – 3) – 2) – 4) – 7)b. 6) – 1) – 5) – 3) – 2) – 7) – 4)c. 5) – 6) – 1) – 2) – 3) – 4) – 7)d. 5) – 6) – 1) – 2) – 3) – 7) – 4)e. 6) – 5) – 1) – 2) – 3) – 4) – 7)29. Fungsi kantung udara pada burung waktuterbang yaitu . . . .a. memperkecil rongga dadab. memperbesar rongga dadac. membantu pernapasand. memperkeras suarae. melindungi alat-alat dalam30. Sistem yang berkaitan langsung denganpernapasan adalah sistem . . . .a. ototd. sirkulasib. ekskresie. regulasic. pencernaanB.Jawablah soal-soal berikut.1. Apa yang dimaksud dengan pernapasan?2. Jelaskan perbedaan dan persamaan antarapernapasan eksternal dan pernapasan internal.3. Mengapa makhluk hidup perlu melakukanproses pernapasan?4. Jelaskan mekanisme pernapasan dada danpernapasan perut pada manusia.5. Ketika udara memasuki rongga hidung, udaraakan mengalami beberapa proses sebelummemasuki faring. Coba Jelaskan proses yangdialami udara tersebut.6. Apa yang anda ketahui tentang:a. asma,c. pleuritis,b. tuberkulosis,d. faringitis.7. Bagaimana mekanisme pernapasan padahewan-hewan Invertebratayang belum me-miliki sistem pernapasan khusus?8. Jelaskan mekanisme pernapasan pada Insecta.9. Jelaskan mekanisme inspirasi dan ekspirasipada ikan bertulang sejati.10. Jelaskan fungsi dari kantung udara padaburung pada saat burung terbang.C.Berpikir kritis.Spirometer adalah alat untuk mengukur volumeudara pernapasan. Dalam sebuah eksperimen,seseorang istirahat selama 1 menit, kemudianmelakukan kegiatan selama 1 menit berikutnya.Kecepatan pernapasan orang tersebut direkamdalam diagram seperti di bawah ini.Pertanyaan:1. Saat istirahat, berapa pernapasan orangtersebut selama 1 menit?2. Berapa volume udara yang diisap dalam sekalipernapasan pada waktu istirahat dan disebutvolume udara apa?3. Mana yang menunjukkan terjadinya ekspirasi,A atau B?5432130 detik 60 detik 90 detik 120 detikVolume udara dalam literWaktu dalam detik
256Sistem Pernapasan pada Manusia dan HewanSistem Pernapasan pada Manusiadan HewanPelajari kembaliJawaban betul ≥ 60%Jawaban betul < 60%Jawablah beberapa pertanyaan berikut.1. Apa saja organ pernapasan yang terdapatpada manusia, Porifera, serangga, ikan, dankatak?2. Jelaskan mekanisme pernapasan inspirasi danekspirasi pada manusia.3. Jelaskan macam-macam volume pernapasan.4. Apa saja kelainan dan penyakit pada sistempernapasan manusia?