Catatan berguna tentang Sistem Pernapasan Hewan Berbeda!
Ikan bertulang rawan memiliki sistem insang yang paling primitif. Di Scoliodon, ada lima pasang celah insang di belakang lengkungan hyoid.
Celah insang di depan lengkung hyoid direduksi menjadi spirakel yang memiliki bukaan yang sangat kecil ke dalam faring dan bukaan luarnya tertutup dan tidak mencapai permukaan. Respirasi kulit tidak ada pada hiu.
Amfibi – Rana (Katak):
Di Amphibia, respirasi kulit adalah andalan. Kulit selalu terjaga kelembabannya dan kelenjar kulit mengeluarkan lendir yang banyak untuk menjaga kulit selalu lembab. Ada juga respirasi paru meskipun persentase oksigen yang masuk melalui paru-paru minimal.
Tahap larva menunjukkan respirasi insang seperti pada kecebong. Saluran pernapasan katak meliputi nares eksternal, ruang hidung, nares internal, rongga bucco-faring, glotis dan ruang laringo-trakea. Celah insang dan kantong insang tidak ada.
Reptilia – Calotes (Kadal):
Reptil adalah hewan yang sepenuhnya terestrial. Mereka menghirup udara melalui lubang hidung mereka dan udara masuk ke paru-paru melalui faring, glotis dan trakea. Dinding paru-paru terlempar ke dalam alveoli yang mirip kantong yang di dindingnya terdapat kapiler darah. Di dalam alveoli inilah pertukaran gas terjadi. Baik inspirasi maupun ekspirasi dibawa oleh tulang rusuk dan otot interkostal.
Aves-Columba (Merpati):
Pada burung, hanya ada respirasi paru. Pada merpati, trakea sepanjang leher dan cincin trakea bertulang dan lengkap. Bronkus primer juga didukung oleh cincin tulang rawan berbentuk C yang bertumpuk-tumpuk. Organ penghasil suara dikenal sebagai laring ekor atau syrinx. Paru-paru kurang lebih padat, tidak dapat dibedakan, kurang elastis dan kecil.
Paru-paru memiliki tambahan sembilan kantung udara, sepasang serviks, sepasang toraks anterior, sepasang toraks posterior, sepasang perut dan kantung udara interklavikula median. Kantung udara ini membantu meringankan beban burung dan juga berfungsi untuk mengoksigenasi udara selama ekspirasi.
Karena oksigenasi darah terjadi selama inspirasi dan ekspirasi, pernapasan pada burung dikatakan sebagai pernapasan ganda. Inspirasi dan ekspirasi disebabkan oleh aktivitas sternum, otot interkostal, dan otot perut. Kehadiran kapiler udara terbuka, kantung udara dan tidak adanya sisa udara kotor membuat paru-paru unggas paling efisien di antara semua vertebrata.
Mamalia – Oryctolagus (Kelinci):
Mamalia memiliki sistem pernapasan yang beradaptasi dengan baik yang cocok untuk lingkungan terestrial. Paru-paru ditempatkan di dada di atas otot diafragma. Ada sangat sedikit ruang antara dinding dada dan paru-paru.
Paru-paru pada kelinci memiliki 4 lobus di sebelah kanan: azygous anterior, superior atau apikal, anterior kanan, posterior kanan dan azygous posterior dan 2 lobus di sebelah kiri: lobus anterior kiri dan lobus posterior kiri. Udara masuk melalui saluran hidung yang terbuka ke luar oleh nares eksternal dan masuk ke faring oleh nares internal, yang terakhir mampu ditutup oleh bagian ujung langit-langit lunak untuk mencegah partikel makanan memasuki saluran hidung. . Udara kemudian melewati faring dan dari sini memasuki glotis dan melalui laring dan trakea mencapai bronkus dan bronkiolus di dalam paru-paru.
Ketika rongga dada membesar dengan naiknya tulang rusuk dan tulang dada dan dengan menurunkan diafragma, paru-paru juga membesar dengan menghisap udara dari luar. Kedaluwarsa adalah proses terbalik. Dinding alveoli kaya akan suplai darah. Jadi pertukaran gas terjadi di sini.
Pertukaran Gas:
Udara mencapai alveoli paru-paru selama inspirasi. Udara atmosfer mengandung
Oksigen 20,9 persen Karbon dioksida 0,04 persen
Nitrogen dan gas inert lainnya 79 persen Variabel Uap Air.
(i) Gas selalu berdifusi dari area dengan konsentrasi lebih tinggi ke area dengan konsentrasi lebih rendah.
(ii) Gas selalu memberikan tekanan pada semua dinding wadahnya dan mengisi wadahnya secara penuh .
(iii) Molekul gas selalu bergerak. Selama respirasi paru-paru dan saluran pernapasan tidak pernah kosong dari udara. Sebaliknya, ada volume tidal udara (sekitar 500 ml).
Gas pernapasan seperti oksigen dan karbon dioksida bergerak bebas melalui proses difusi. Proses difusi berbanding lurus dengan tekanan yang disebabkan oleh gas itu sendiri. Tekanan yang diberikan oleh gas individu disebut tekanan parsial. Ini direpresentasikan sebagai PO2, PCO2, PN2 untuk masing-masing oksigen, karbon dioksida dan nitrogen.
Pertukaran gas terjadi di paru-paru dan jaringan tubuh.
(A) Pertukaran Gas di Paru-paru:
Arteri pulmonalis membawa darah terdeoksigenasi (vena) ke paru-paru dan vena pulmonalis membawa darah beroksigen (arteri) dari paru-paru. Di paru-paru, pertukaran gas terjadi antara alveoli dan kapiler darah. Ini juga disebut pernapasan eksternal.
Dinding alveoli sangat tipis dan memiliki banyak jaringan kapiler darah. Karena itu, dinding alveolar tampak seperti selembar darah yang mengalir dan disebut membran pernapasan (= membran alveolar-kapiler). Membran pernapasan terutama terdiri dari (a) epitel alveolar (b) membran basement epitel, (c) ruang interstitial tipis (d) membran basement kapiler dan (e) endotel kapiler.
Semua lapisan ini membentuk membran setebal 0,2 mm. Selaput pernapasan memiliki batas pertukaran gas antara alveoli dan darah paru. Ini disebut kapasitas difusi. Kapasitas difusi didefinisikan sebagai volume gas yang berdifusi melalui membran per menit untuk perbedaan tekanan 1 mm Hg.
Ini lebih lanjut tergantung pada kelarutan gas yang menyebar. Dengan kata lain pada perbedaan tekanan tertentu, difusi karbon dioksida 20 kali lebih cepat dari oksigen dan oksigen dua kali lebih cepat dari nitrogen. Tekanan parsial oksigen (PO 2 ) di alveoli lebih tinggi daripada di darah terdeoksigenasi di kapiler arteri pulmonalis. Saat gas berdifusi dari konsentrasi yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah, oksigen bergerak dari alveoli ke darah.
Kebalikannya adalah kasus dalam kaitannya dengan karbon dioksida. Tekanan parsial karbon dioksida (PCO 2 ) lebih tinggi dalam darah terdeoksigenasi (46 mm Hg) daripada di alveoli, (40 mm Hg), oleh karena itu, karbon dioksida berpindah dari darah ke alveoli.
Tekanan parsial nitrogen (PN 2 ) sama (573 mm Hg) di alveoli seperti di dalam darah. Kondisi ini dipertahankan karena nitrogen sebagai gas tidak digunakan oleh tubuh.
(B) Pertukaran Gas dalam Jaringan:
Darah beroksigen dikirim dari kapiler darah ke jantung. Jantung mendistribusikan. Darah beroksigen ini ke berbagai bagian tubuh melalui arteri. Arteri terbagi menjadi dari arteriol. Yang terakhir membagi lebih lanjut untuk membentuk kapiler.
Pertukaran oksigen dan karbon dioksida antara kapiler darah jaringan dan sel jaringan terjadi yang juga disebut respirasi internal. Tekanan parsial oksigen lebih tinggi (95 mm Hg) daripada sel tubuh (20 mm Hg) dan tekanan parsial karbon dioksida lebih rendah (46 mm Hg) dibandingkan sel tubuh (52 mm Hg).
Oleh karena itu, oksigen berdifusi dari darah kapiler ke sel tubuh melalui cairan jaringan dan karbon dioksida berdifusi dari sel tubuh darah kapiler melalui cairan jaringan. Sekarang darah menjadi terdeoksigenasi. Yang terakhir dibawa ke jantung dan karenanya ke paru-paru.
Pengangkutan Gas dalam Darah:
Darah membawa oksigen dari paru-paru ke jantung dan dari jantung ke berbagai bagian tubuh. Darah juga membawa karbon dioksida dari bagian tubuh ke jantung dan kemudian ke paru-paru.
A. Pengangkutan Oksigen:
(i) Sebagai gas terlarut:
Sekitar 3 persen oksigen dalam darah larut dalam plasma yang membawa oksigen ke sel-sel tubuh.
(ii) Sebagai oksihemoglobin:
Sekitar 97% oksigen dibawa dalam kombinasi dengan hemoglobin eritrosit. Oksigen dan hemoglobin bergabung dalam reaksi reversibel yang mudah untuk membentuk oksihemoglobin.
Di bawah tekanan parsial yang tinggi, oksigen mudah berikatan dengan hemoglobin di kapiler darah pulmonal (paru-paru). Ketika darah beroksigen ini mencapai jaringan yang berbeda, tekanan parsial oksigen menurun dan ikatan yang mengikat oksigen ke hemoglobin menjadi tidak stabil. Akibatnya, oksigen dilepaskan dari kapiler darah.
Orang normal memiliki sekitar 15 gram hemoglobin per 100 ml darah. 1 gram hemoglobin mengikat sekitar 1,34 ml oksigen. Jadi rata-rata 100 ml darah membawa sekitar 20 ml (tepatnya 19,4 ml) O2 . Oleh karena itu dalam kondisi normal, sekitar 5 ml oksigen diangkut oleh 100 ml darah.
Selama berolahraga atau dalam kondisi berat, sel-sel otot mengkonsumsi lebih banyak oksigen. Tekanan parsial oksigen dalam jaringan turun, akibatnya darah pada tingkat jaringan hanya memiliki 4,4 ml oksigen/100 ml darah. Jadi sekitar 15 ml oksigen diangkut oleh hemoglobin selama latihan.
Kurva Disosiasi Oksigen-hemoglobin:
Persentase hemoglobin yang terikat dengan O 2 disebut persen saturasi hemoglobin. Itu tergantung pada PO2 dalam darah. PO2 dalam darah teroksigenasi yang meninggalkan paru-paru adalah sekitar 95 sampai 97 mm Hg, dan pada hemoglobin P02 ini sekitar 97% jenuh dengan O2 .
P02 dalam darah terdeoksigenasi yang kembali dari jaringan tubuh hanya 40 mm Hg dan pada PO2 ini , hemoglobin hanya sekitar 70% sampai 75% jenuh dengan O2 . Hubungan antara PO 2 dan persentase saturasi hemoglobin dengan O 2 secara grafis diwakili oleh kurva yang disebut kurva disosiasi oksigen-hemoglobin, yang merupakan sigmoid khas karena hubungan ini. Dengan kata lain kurva ini menunjukkan bagaimana oksigen dimuat dan diturunkan karena tekanan parsial. Kurva ini bergantung pada PO 2 , PCO 2 , suhu dan pH.
Efek Bohr:
Dalam medium asam, oksigen lebih mudah terurai dari hemoglobin. Efek peningkatan keasaman pada hemoglobin disebut efek Bohr, dinamai menurut ahli fisiologi Denmark Christian Bohr. Efek Bohr memfasilitasi pelepasan 0 2 dari oxyhaemoglobin di jaringan dimana produksi CO 2 menurunkan pH.
B. Pengangkutan Karbon dioksida:
Dalam oksidasi makanan, karbon dioksida, air dan energi dihasilkan. Karbon dioksida dalam bentuk gas berdifusi keluar dari sel ke dalam kapiler, di mana ia diangkut dalam tiga cara.
(i) Sebagai gas terlarut:
Karena kelarutannya yang tinggi, sekitar 7 persen karbon dioksida larut dalam plasma darah dan dibawa dalam bentuk larutan ke paru-paru.
Darah terdeoksigenasi (Venous) (PCO 2 adalah 40 mm Hg) dan darah teroksigenasi (arteri) (PCO 2 adalah 40 mm Hg) masing-masing membawa sekitar 2,7 ml dan 2,4 ml CO 2 per 100 ml darah dalam keadaan terlarut dalam plasma. Oleh karena itu sekitar 0,3 (2,7 dikurangi 400 ml, 2,4) ml CO2 diangkut per 100 ml darah dalam keadaan terlarut dalam plasma darah. Ini adalah sekitar 7 % dari semua CO2 yang diangkut oleh darah dari jaringan ke paru-paru.
(ii) Sebagai ion bikarbonat:
Karbon dioksida terlarut dalam darah bereaksi dengan air menjadi asam karbonat. Reaksi ini sangat lambat dalam plasma darah, tetapi terjadi sangat cepat di dalam sel darah merah karena enzim yang mengandung seng, anhidrase karbonat, yang terdapat dalam sel darah merah, mempercepat lajunya sekitar 5000 kali. Oleh karena itu, sekitar 70% CO 2 (sekitar 2,5 ml per 100 ml darah), yang diterima oleh darah dari jaringan, masuk ke dalam sel darah merah dan bereaksi dengan air untuk membentuk asam karbonat (H 2 CO 3 ).
Hampir secepat terbentuk, semua asam karbonat dari sel darah merah berdisosiasi menjadi hidrogen (W) dan ion bikarbonat (H 2 CO 3 – ).
Sebagian besar ion hidrogen kemudian bergabung dengan hemoglobin dalam sel darah merah karena hemoglobin adalah penyangga asam-basa yang kuat. Pada gilirannya, banyak ion bikarbonat berdifusi ke dalam plasma darah sementara ion klorida berdifusi ke dalam sel darah merah.
Hal ini dimungkinkan oleh adanya protein pembawa bikarbonat klorida khusus dalam membran sel darah merah yang menggerakkan kedua ionnya ke arah yang berlawanan dengan kecepatan yang cepat. Dengan demikian, kandungan klorida dari sel darah merah vena (terdeoksigenasi) lebih besar daripada sel darah merah arteri (teroksigenasi).
Pergeseran klorida (= fenomena Hamburger). Keluarnya ion bikarbonat sangat mengubah keseimbangan ionik antara plasma dan eritrosit (RBC). Untuk mengembalikan keseimbangan ionik ini, ion klorida berdifusi dari plasma ke dalam eritrosit.
Pergerakan ion klorida ini disebut pergeseran klorida (= fenomena Hamburger). Yang terakhir mempertahankan keseimbangan asam-basa pH 7,4 untuk darah dan keseimbangan elektrokimia antara eritrosit dan plasma. Ion klorida (CI – ) di dalamnya
Sel darah merah bergabung dengan ion kalium (K + ) untuk membentuk kalium klorida (KC1), sedangkan ion hidrogen karbonat (HCO 3 ) dalam plasma darah bergabung dengan Na + untuk membentuk natrium hidrogen karbonat (NaHCO 3 ).
(iii) Sebagai karbaminohemoglobin:
Selain bereaksi dengan air, karbondioksida juga bereaksi langsung dengan radikal amino (NH 2 ) dari hemoglobin membentuk senyawa tidak stabil carbaminohaemoglobin (CO 2 HHb, ditulis juga HbCO 2 ). Ini adalah reaksi reversibel. Sejumlah kecil karbon dioksida juga bereaksi dengan cara yang sama dengan protein plasma. Sekitar 23 persen CO2 diangkut dalam kombinasi dengan hemoglobin dan protein plasma.
Pelepasan Karbon dioksida di Alveoli Paru-paru:
Arteri pulmonal membawa darah terdeoksigenasi ke paru-paru. Darah ini mengandung karbon dioksida yang terlarut dalam plasma darah, sebagai ion bikarbonat dan sebagai karbominohemoglobin.
(i) CO2 kurang larut dalam darah arteri dibandingkan darah vena. Oleh karena itu, sebagian CO2 berdifusi dari plasma darah kapiler paru ke dalam alveoli paru.
(ii) Untuk pelepasan CO2 dari bikarbonat terjadi serangkaian reaksi balik. Ketika hemoglobin kapiler darah paru mengambil O 2 , W dilepaskan darinya. Kemudian, ion Cl – dan HCO 3 – dilepaskan dari darah KC1, dan NaHCO 3 masing-masing dalam sel darah merah. Setelah itu HCO 3 – bereaksi dengan H + membentuk H 2 CO 3 . Akibatnya H 2 CO 3 terpecah menjadi karbon dioksida dan air dengan adanya enzim karbonat anhidrase dan CO 2 dilepaskan ke dalam alveoli paru-paru.
(iii) PO2 yang tinggi dalam kapiler darah paru akibat oksigenasi hemoglobin mendukung pemisahan CO2 dari karbaminohemoglobin .
Efek Haldan:
Pengikatan oksigen dengan hemoglobin cenderung menggantikan karbon dioksida dari darah. Efek ini disebut efek Haldane (JS Haldane, seorang ahli fisiologi Skotlandia). Secara kuantitatif jauh lebih penting dalam mempromosikan transportasi karbon dioksida daripada efek Bohr dalam mempromosikan transportasi oksigen.
Regulasi Pernafasan:
Respirasi berada di bawah regulasi saraf dan kimiawi.
Regulasi Pernapasan Saraf:
Pernapasan normal yang tenang terjadi tanpa disengaja. Manusia dewasa bernapas 12 sampai 14 kali per menit, tetapi bayi manusia bernapas sekitar 44 kali per menit. Dalam setiap napas manusia, inspirasi menyumbang sekitar dua dan ekspirasi selama sekitar tiga detik.
‘Pusat pernapasan’ terdiri dari kelompok neuron yang terletak di medula oblongata dan pons varolii. Pusat pernapasan mengatur kecepatan dan kedalaman pernapasan. Pusat pernapasan dibagi menjadi tiga kumpulan utama neuron.
- Kelompok Pernapasan Dorsal:
Letaknya di bagian dorsal medula oblongata. Impuls saraf dari kelompok pernapasan dorsal merangsang otot-otot diafragma (otot inspirasi primer) untuk meratakan yang terakhir dan otot interkostal eksternal untuk mengangkat tulang rusuk. Ini membawa inspirasi. Jadi kelompok pernapasan dorsal terutama menyebabkan inspirasi.
- Kelompok Pernafasan Ventral:
Itu terletak di bagian ventrolateral medula oblongata. Ini mengeluarkan sinyal untuk inspirasi (ke diafragma dan otot interkostal eksternal) dan ekspirasi (ke otot interkostal internal dan otot dinding perut). Dengan demikian kelompok pernapasan ventral dapat menyebabkan inspirasi atau ekspirasi, tergantung pada neuron mana dalam kelompok yang distimulasi.
- Pusat Pneumotoksik:
Itu terletak di bagian punggung pons varolii. Ini mengeluarkan impuls ke semua neuron kelompok pernapasan dorsal dan hanya ke neuron inspirasi kelompok pernapasan ventral. Impuls ini mengatur waktu inspirasi pada pernapasan normal dan abnormal. Efek utama dari ini adalah untuk mengontrol titik ‘matikan’ dari sinyal inspirasi. Oleh karena itu, fungsi pusat pneumatik terutama untuk membatasi inspirasi.
Ada pusat aneh lain yang disebut pusat apneustik, terletak ‘di bagian bawah pons varolii. Diperkirakan bekerja dalam hubungannya dengan pusat pneumotoksik untuk mengontrol kedalaman inspirasi.
- Regulasi Respirasi Kimiawi:
Jumlah kemoreseptor terbesar terletak di badan karotis. Namun sejumlah besar kemoreseptor berada di badan aorta. Badan karotis terletak bilateral di percabangan arteri karotis umum dan serabut saraf aferennya melewati saraf kranial glossopharyngeal dan kemudian ke area pernapasan dorsal medula oblongata. Badan aorta terletak di sepanjang lengkungan aorta dan serabut saraf aferennya melewati saraf kranial vagi (Sing, vagus) dan karenanya ke area pernapasan dorsal.
Kemoreseptor badan karotis dan aorta ini dirangsang oleh peningkatan konsentrasi karbon dioksida dan oleh peningkatan konsentrasi ion hidrogen (pH) dalam darah arteri. Peningkatan CO2 menurunkan pH sehingga terjadi asidosis. Kemoreseptor ini mengirim sinyal ke pusat inspirasi dan ekspirasi. Dengan demikian laju pernapasan meningkat.
Namun oksigen tampaknya tidak memiliki pengaruh yang signifikan pada pusat pernapasan.
