Tekanan Gas dan Hubungannya dengan Pernapasan

Pernapasan pada manusia mencakup dua proses, yaitu :

1.  Pernapasan eksternal
Adalah pernapasan dimana pertukaran oksigen dan karbon dioksida yang terjadi antara udara dalam gelembung paru-paru dengan darah dalam kapiler.

2.  Pernapasan internal
Adalah pernapasan dimana pertukaran oksigen dan karbon dioksida antara darah dalam kapiler dengan sel-sel jaringan tubuh.

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

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

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

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

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

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

Udara dari lingkungan luar dapat masuk kedalam paru-paru karena terdapat perbedaan tekanan antara lingkungan luar dengan tekanan dalam paru-paru. Secara umum, inspirasi terjadi karena rongga paru-paru yang berkontraksi dan mengembang sehingga terjadi peningkatan ukuran rongga. Peningkatan ukuran rongga dada ini menyebabkan tekanan didalam paru-paru menurun sehingga lebih kecil dari pada tekanan dilingkungan luar. Perbedaan tekanan ini menyebabkan udara terhisap masuk kedalam paru-paru. Ketika otot-otot rongga dada mengalami relaksasi, maka ukuran rongga dada pun mengalami penurunan sehingga menyebabkan tekanan didalam paru-paru meningkat dan menjadi lebih tinggi daripada tekanan dilingkungan luar. Hal ini mendorong udara keluar dari dalam paru-paru sehingga terjadilah apa yang disebut dengan ekspirasi.Penjelasan diatas merupakan penerapan dari salah satu hukum fisika yang berkaitan dengan pernapasan, yakni hukum Boyle. Sebenarnya ada beberapa hukum fisika yang terkait dengan pernapasan, diantaranya hukum Dalton (tentang tekanan parsial), Hukum Boyle (PV = konstan), serta hukum Laplace. Namun demikian, disini hanya akan dibahas tentang hukum Boyle saja. Hukum Boyle menyatakan bahwa tekanan pada suatu massa gas yang tetap berbanding terbalik dengan volumenya. Jika pada suatu temperatur tertentu volume meningkat, maka tekanan akan berkurang, dan sebaliknya. Hal ini berarti bahwa jika volume diperkecil menjadi setengahnya, maka tekanan akan menjadi dua kali lipat, hal ini disebabkan karena lebih banyak partikel gas yang bertumbukan dengan dinding wadah. Perhatikan gambar!

Hukum Boyle itu sendiri berbunyi:

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

Hukum Boyle tersebut dapat dinyatakan dengan rumus:

P1V1 = P2V2

dengan
P1 = tekanan awal
P2 = tekanan akhir
V1 = volume awal
V2 = volume akhir

atau dikenal juga dengan rumus:

PV = konstan

dengan
P = tekanan
V = volume

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

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

Volume dan Kapasitas Paru Manusia

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

1)      Volume

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

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

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

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

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

2)      Kapasitas

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

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

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

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

sumber : https://prodiipa.wordpress.com/kelas-viii/rahasia-dibalik-pernapasan/konsep-tekanan-dan-hubungannya-dengan-pernapasan/