SISTEM KENDALI OTAK TERHADAP PERNAPASAN

Mekanisme pernapasan di atur dan dikendalikan oleh dua faktor utama yaitu kimiawi dan pengendalian oleh saraf.beberapa faktor tertentu merangsang pusat pernapasan yang terletak di dalam medula oblongata,dan kalau di ransang maka pusat itu mengeluarkan impuls yang di salurkan oleh saraf spinalis ke otot pernapasan yaitu otot diafragma dan otot interkostalis.
1.Pengendalian oleh saraf
Pusat pernapasan ialah suatu pusat otomatik di dalam medula oblongata yang mengeluarkan impuls eferen ke otot pernapasan.melalui beberapa radiks saraf servikalis impuls ini di anatarkan ke saraf frenikus.dan di bagian lebih rendah pada sum-sum belakang,impulsnya berjalan dari daerah toraks melalui saraf interkostalis untuk meransang otot interkostalis.impuls ini menimbulkan kontraksi ritmik pada otot diafragma dan interkostal yang kecepatan kira-kira 15 kali setap menit.impuls eferen yang di ransang oleh pemekaran gelembung udara,di anatarkan oleh saraf vagus ke pusat pernapasan di dalam medulla.
2.Pengendalian secara kimiawi
Faktor kimiawi ini ialah faktor utama dalam pengendalian dan pengaturan frekuensi,kecepatan dan dalamnya gerakan pernapasan.pusat pernapasan di dalam sum-sum sanagat peka pada reaksi,kadar alkali darah harus di pertahankan.karbon dioksida adalah produk asam dari metabolismendan bahan kimia yang asam ini meransang pusat pernapasan untuk mengirim keluar impuls saraf yang bekerja atas otot pernapasan. Kedua pengendalian,melalui saraf dan secara kimiawi,adalah penting.tanpa salah satunya orang tak dapat bernapas terus.Dalam hal ini paralisa otot otot pernapasan (interkostal dan diafragma),di gunakan ventilasi paru-paru atau suatu alat pernapasan buatan lainnya untuk melanjutkan pernapasan,sebab dada harus bergerka supaya udara dapat di keluarmasukan ke paru-paru.
Faktor tertentu lainnya menyebabkan penambahan kecepatan dan dalamnya pernapasan.Gerakan badan yang kuat yang memakai banyak oksigen dalam otot untuk memeberi energi yang di perlukan untuk pekerjaan,akan menimbulkan kenaikan pada jumlah CO2 di dalam darah dan akibatnya pembesaran ventilasi paru-paru. Emosi,rasa sakit dan takut misalnya, menyebabkan impuls yang meransang pusat pernapasan dan menimbulkan penghirupan udara secara kuat.Impuls eferen dari kulit menghasilkan hasil yang efek serupa,bila badan di celup di air dingin atau menerima guluran air dingin,maka penarikan napas yang kuat menyusul. Pengendalian secara sadar atas gerakan pernapasan mungkin,tetapi tidak di jalankan lama,oleh sebab gerakannya adalah otomatik.suatu usaha u7ntuk menahan napas untuk waktu lama akan gagal karena pertambahan CO2 yang melebihi normal di dalam darah akan menimbulkan rasa tak enak. Kecepatan pernapasan pada wanita lebih tinggi dari pria.kalau bernapas secara normal maka ekspirasi akan menyusul inspirasi,dan kemudian ada istrahat sebentar.
Gerakan pernapasan terjadi sewaktu pernapasan: (a).inspirasi dan (b). Ekspirasi .Inspirasi atau menarik napas ialah proses aktif yang di selenggarakan oleh kerja otot.kontrksi diafragma meluaskan rongga dada dari atas sampai ke bawah,yaitu ventrikal.penilaian iga-iga dan sternum,yang di timbulkan oleh kontrksi otot interkostalis,meluaskan rongga dada kedua sisi danj dari belakang ke depan.paru-paru yang bersifat elastik mengembang untuk mengisi ruang yang membesar itu dan udara di tarik masuk kedalam saluran udara.otot intewrkostal externa di beri peran ke berbagai otot tambahan,hanaya bila inspirasi menjadi gerak sadar. Pada ekspirasi,udara di paksa keluar oleh pengedoran otot dan karena paru-paru kempes kembali,di sebabakan sifat elastis paru-paru itu.gerakan ini adalah proses pasif. Ketika pernafasan sangat kuat,gerkan dada bertambah.otot leher dan bahu membantu menarik iga-iga dan sternum ke atas. Otot sebelah belakang dan abdomen juga dibawa bergerak alaenasi dapat kembang kempis.
Kebutuhan tubuh akan oksigen,dalam banyak keadaan oksigen dapat di atur menurut keperluan.bila oksigen di dalam darah tidak mencukupi maka warna merahnya hilang menjadi kebiru-biruan,bibir,telinga,lengan dan kaki menjadi kebiru-biruan yang di sebut dengan sianosis. Organ yang berperan dalam pernafasan:

Hidung
Faring
Laring
Trakea
Bronkus
Bronkiolus
Alveolus (Tempat pertukaran antara oksigen dan karbondioksida)

Mekanisme respirasi merupakan suatu proses yang kompleks, yang dimulai dari peristiwa masuknya oksigen ke dalam paru-paru, pertukaran oksigen dan karbondioksida di dalam paru-paru tepatnya di alveolus, sampai proses keluarnya karbondioksida dari tubuh.
Mekanisme respirasi :
Inspirasi (Pemasukan udara ke paru – paru)
Ekspirasi (Pengeluaran udaraa ke paru – paru)
Mekanisme Inspirasi :
Otot-otot interkostal berkontraksi akibatnya tulang rusuk terangkat. Kontraksi otot interkostal diikuti oleh kontraksi otot diafragma. Akibat kontraksi kedua otot ini, rongga dada menjadi membesar. Rongga dada yang bertambah besar menyebabkan tekanan udara di paru-paru menjadi kecil. Akibatnya udara masuk ke dalam paru-paru.
Mekanisme Ekspirasi :
Otot-otot interkostal berelaksasi akibatnya tulang rusuk turun. Relaksasi otot interkostal diikuti oleh berelaksasinya otot diafragma. Akibat relaksasi kedua otot ini, rongga dada menjadi menjadi mengecil. Akibatnya udara keluar dari dalam paru-paru ke lingkungan.Rongga dada yang mengecil menyebabkan tekanan udara di paru-paru menjadi besar. Kontrol pernafasan. Pusat pengaturan pernafasan adalah medulla oblongata dan pons.
Kelainan pada sistem respirasi
Asma yaitu penyempitan bronkiolus akibat alergen (asap, debu, cuaca, serbuk sari, dll). Kanker paru – paru. Berhubungan dengan merokok karena di dalam rokok terdapat nitrosamie dan senyawa karsinogen yang dapat memicu mutasi DNA. Kerusakan pada paru – paru yang mengakibatkan kanker dan terbakarnya paru – paru. Kerusakan dapat terjadi karena asap yang masuk ke paru – paru sangat panas.
Fungsi Sistem Respirasi :
1. Menyediakan permukaan untuk pertukaran gas antara udara dan sistem aliran darah.
2. Sebagai jalur untuk keluar masuknya udara dari luar ke paru-paru.
3. Melindungi permukaan respirasi dari dehidrasi, perubahan temperatur, dan berbagai keadaan lingkungan yang merugikan atau melindungi sistem respirasi itu sendiri dan jaringan lain dari patogen.
4. sumber produksi suara termasuk untuk berbicara, menyanyi, dan bentuk komunikasi lainnya.
5. memfasilitasi deteksi stimulus olfactory dengan adanya reseptor olfactory di superior portion pada rongga hidung.
Sistem respirasi juga dibagi menurut divisinya, yakni :
1. Divisi konduksi
Divisi ini dimulai dari rongga hidung, faring, laring, trakea, bronkus, himgga terminal bronkiolus
2. Divisi respirasi
Divisi ini dimulai dari bronkiolus hingga alveoli, udara memenuhi kantung paru-paru dan terjadilah pertukaran gas antara udara dan darah.
Mekanisme Respirasi
Secara umum, respirasi terdiri dari 2 proses: respirasi eksternal dan respirasi internal. Respirasi eksternal meliputi pertukaran gas (oksigen dan karbon dioksida) antara cairan interstisial tubuh dengan lingkungan luar. Tujuan dari respirasi eksternal adalah untuk memenuhi kebutuhan respirasi sel. Respirasi internal adalah proses absorpsi oksigen dan pelepasan karbon dioksida dari sel. Proses respirasi internal ini disebut juga respirasi selular, terjadinya di mitokondria.
Berikut adalah tahapan-ahapan dalam respirasi eksternal:
1. Ventilasi pulmoner atau bernapas, melibatkan perpindahan udara secara fisik keluar masuk paru-paru.
2. Difusi gas, melewati membran respiratori antara ruangan alveolar dan kapiler alveolar serta melewati kapiler alveolar dan kapiler jaringan.
3. Transportasi oksigen dan karbon dioksida; antara kapiler alveolar dan kapiler jaringan.

 Ventilasi Pulmoner
Adalah perpindahan udara secara fisik keluar masuk paru-paru. Fungsi utamanya adalah untuk menjaga keseimbangan ventilasi alveolar. Tekanan atmosfer memiliki peranan penting dalam ventilasi pulmoner. Menurut hukum Boyle, tekanan berbanding terbalik dengan volume. Udara akan mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke tekanan rendah. Kedua hukum ini merupakan dasar dari ventilasi pulmoner. Satu siklus respirasi tunggal terdiri dari inhalasi/inspirsi dan ekshalasi/ekspirasi. Keduanya melibatkan perubahan volume paru-paru. Perubahan ini menciptakan gradien tekanan yang memindahkan udara keluar atau masuk paru-paru. Kedua paru-paru memiliki rongga pleural. Parietal dan viseral pleura dipisahkan hanya oleh selaput tipis cairan pleural. Perbandingan ikatan cairan terjadi antara parietal pleural dan viseral pleura Hasilnya, permukaan masing-masing menempel pada bagian dalam dada dan permukaan superior diafragma. Pergerakan dada dan diafragma ini akan menyebabkan perubahan volume paru-paru. Volume rongga toraks berubah ketika diafragma berubah posisinya atau tulang rusuk bergerak.
Saat diafragma berkontraksi, volume rongga toraks akan bertambah, ketika diafragma berelasasi, volume rongga toraks akan berkurang. Sementara pergerakan superior rusuk dan tulang belakang menyebabkan volume rongga toraks bertambah. Pergerakan inferior rusuk dan tulang belakang menyebabkan volume rongga toraks berkurang. Saat bernapas dimulai, tekanan di dalam dan luar paru-paru sama, tidak ada pererakan keluar masuk paru-paru. Saat rongga toraks membesar, rongga pleural dan paru-paru akan berekspansi untuk memenuhi rongga dada yang membesar. Ekspansi ini mengurangi tekanan paru-paru, maka udara dapat memasuki saluran pernapasan karena tekanan dalam paru-paru lebih rendah dari tekanan luar. Udara terus masuk sampai volume paru-paru berhenti bartambah dan tekanan di dalam sama dengan tekanan udara luar. Saat volume rongga toraks berkurang, tekanan alam paru-paru naik sehingga udara dari paru-paru dikeluarkan dari saluran pernapasan.
 Compliance:
Compliance paru-paru merupakan indikasi kemampuan perluasan paru-paru, bagaimana paru-paru dengan mudahnya mengembang dan mengempis. Semakin rendah compliance, semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk mengisi dan mnegosongkan paru-paru. Semakin besar compliance, semakin mudah bagi paru-paru, semakin mudah paru-paru untuk mengisi dan mengosongkan paru-paru. Factor yang mempengaruhi compliance adalah:
• Struktur jaringan penghubung dari paru-paru. Kehilangan jaringan penghubung menghasilkan kerusakan alveolar, seperti pada emfisema, yang meningkatkan compliance
• Produksi surfaktan, pada saat ekshalasi, alveoli yang kolaps karena produksi surfaktan yang tidak mencukupi, seperti pada respiratory distress syndrome, mengurangi compliance paru-paru
• Mobilitas rongga toraks, arthritis atau kelainan skelet lainnyamempengaruhi artikulasi rusuk atau kolom spinal juga mengurangi compliance.

Perubahan tekanan selama inhalasi dan ekshalasi
1. Tekanan intrapulmoner
Arah aliran udara ditentukan oleh hubungan antara tekanan atmosfer dan tekanan intrapulmoner. Tekanan intrapulmoner adalah tekanan di dalam saluran pernafasan, di alveoli. Ketika sedang istirahat dan bernafas dengan normal, perbedaan antara tekanan atmosfer dan tekanan intrapulmoner relative kecil. Pada saat inhalasi, paru-paru mengembang dan tekanan intrapulmoner turun menjadi 759 mm Hg. Karena tekanan intrapulmoner 1 mm Hg di bawah tekanan atmosfer, tekanan intrapulmoner pada umumnya ditulis dengan -1 mmHg. Pada saat ekshalasi, paru-paru mengempis dan tekanan intrapulmoner meningkat menjadi 761 mmHg, atau +1 mmHg.
Ukuran gradient tekanan meningkat ketika bernafas dengan kuat. Ketika atlet yang berlatih bernafas dengan kapasitas maksimum, diferensial tekanan dapat mencapai -30 mmHg selama inhalasi dan +100 mmHg jika individu menegang dengan glottis yang ettap tertutup. Hal ini merupakan alasan mengapa atlet mengangkat beban pada saat ekshalasi; karena ekshalasi menjaga tekanan intrapulmoner dan tekanan peritoneal meningkat dengan signifikan yang bisa menyebabkan alveolar rupture dan terjadi hernia.
2. Tekanan intrapleural
Tekanan intarpleural merupakan tekanan pada ruangan di antara parietal dan visceral pleura. Rata-rata tekanan intrapleura adalah sekitar -4 mmHg, tapi dapat mencapai – 18 mmHg selama inhalasi yang dipaksakan. Tekanan ini di bawah tekanan atmosferyang diseabkan hubungan antara paru-paru dan dinding tubuh. Pada awalnya, kita mencatat bahwa paru-paru memiliki keelastisan yang tinggi. Pada kenyataanya, paru-paru dapat kolaps jika elastic fiber dapat berbalik ke keadaan normal dengan sempurna. Elastic fiber tidak bisa berbalik secara signifikan Karena elastic fiber tidak cukup kuat untuk mengatasi ikatan cairan antara parietal dan visceral pleura. Elastic fiber selanjutnya melawan ikatan cairan dan menarik paru-paru menjauh dari dinding dada dan diafragma, menurunkan tekanan intrapleural . karena elastic fiber yang tersisa membesar bahkan setelah ekshalasi penuh, tekanan intrapleural berada di bawah tekanan atmosfer melaui siklus inhalasi dan ekshalasi normal.

Siklus Respirasi
Satu siklus respirasi terdiri dari satu kali inhalasi dan satu kali ekshalasi. Jumlah udara yang keluar atau masuk paru-paru dalam satu siklus respirasi disebut volume tidal. Saat siklus dimulai, tekanan atmosfer dan intrapulmonar sama besar, tidak ada pertukaran udara. Inhalasi dimulai dengan penurunan tekanan intrapleural yang diakibatkan ekspansi rongga dada sehingga udara masuk. Saat ekshalasi dimulai, tekanan intrapleural dan intrapulmonar naik denga cepat, mendorong udara keluar dari paru-paru.
Otot yang Digunakan Saat Inhalasi

Kontraksi diafragma
Kontraksi otot eksternal interkostal membuat tulang rusuk bergerak naik saat inhalasi.
Jenis-Jenis Pernapasan
Quiet Breathing

Pada quiet breathing atau eupneu, inhalasi melibatkan kontraksi otot, tapi ekshalasi merupakan proses yang pasif. Inhalasi melibatkan kontraksi otot diafragma dan interkostal eksternal.
Forced Breathing
Disebut juga hiperpnea; melibatkan inhalasi dan ekshalasi aktif. Pada pernapasan jenis ini, otot aksesori ikut berperan dalam inhalasi, sementara pada ekshalasinya yang juga turut berperan adalah otot interkostal internal. Pada level paling maksimum forced breathing, kontraksi otot abdominal digunakan dalam ekshalasi.
Ventilasi Alveolar
Ventilasi alveolar adalah jumlah udara yang mencapai alveoli tiap menitnya. Hanya sebagian dari udara inhalasi yang mencapai permukaan alveoli. Umumnya inhalasi menarik 500 ml udara ke dalam saluran pernapasan. Sebanyak 350 ml masuk ke ruang-ruang alveolar, sisanya hanya mencapai divisi konduksi dan tidak ikut berpartisipasi dalam pertukaran gas dengan darah. Udara di alveoli ini mengandung oksigen yang lebih sedikit dan karbon dioksida yang lebih banyak daripada komposisi di udara.
Kecepatan Respirasi
Kecepatan respirasi adalah jumlah pernapasan dalam satu menit. Kecepatan yang normal adalah 12 sampai 18 pernapasan per menit. Pernapasan pada anak-anak lebih cepat, yaitu 18-20 kali per menit.

 KONTROL RESPIRASI
Dalam kondisi laju respirasi yang tidak seimbang, tubuh akan berusaha mengembalikan kondisi tersebut dengan mekanisme homeostasis tubuh yang khas. Mekanisme homeostasis yang terjadi meliputi :
1. Perubahan aliran darah dan transport oksigen pada level lokal
2. Perubahan laju respirasi di bawah kontrol pusat respirasi otak


Perubahan aliran darah dan pemasukan oksigen pada level lokal
Mekanisme ini merupakan mekanisme pengaturan aliran darah dan aliran udara, sebagai respon atas tekanan parsial gas CO2 dan O2. Pengaturan aliran darah erat kaitannya dengan tekanan parsial O2. Bila PO2 rendah, maka pembuluh kapiler alveolar akan mengalami vasokonstriksi. Sedangkan bila PO2 tinggi, pembuluh kapiler alveolar akan berdilatasi, sehingga banyak O2 yang diabsorpsi oleh darah. Mekanisme pengaturan aliran udara diatur oleh aktivitas otot polos bronkiolus. Otot polos yang terdapat pada dinding bronkiolus sangat sensitif terhadap tekanan parsial CO2 di udara. Kadar CO2 yang tidak sesuai akan “dikenali” oleh otot polos ini, lalu memberikan respon berupa bronkokonstriksi atau bronkodilatasi. Bila PCO2 rendah, maka bronkiolus akan berkonstriksi. Sedangkan bila PCO2 tinggi, akan terjadi bronkodilatasi. Kedua mekanisme yang terjadi merupakan suatu reaksi otomatis yang dilakukan tubuh, tanpa pengaruh dari sistem saraf pusat maupun perifer.

Perubahan laju respirasi di bawah kontrol pusat respirasi otak
Kontrol respirasi diatur oleh komponen involunter dan volunter. Pusat involunter di otak mengatur kerja otot respirasi dan ventilasi pulmoner. Sedangkan pusat volunter mengatur output respirasi melalui kontrol pusat pernapasan di medula oblongata atau pons, dan neuron motorik pada sumsum tulang belakang yang mengatur otot respirasi. Motor neuron pada sumsum tulang belakang ini berperan dalam proses refleks respirasi, namun dapat juga diatur secara volunter melalui jalur kortikospinal.
Kontrol Pusat Respirasi. Pusat respirasi merupakan sekelompok neuron yang tersebar luas dan terletak bilateral di dalam substansia retikularis medula oblongata dan pons. Pusat respirasi dibagi menjadi DRG (Dorsal Respiratory Group) dan VRG (Ventral Respiratory Group).
DRG merupakan kumpulan neuron yang mengatur kerja otot eksternal interkostal dan otot diafragma. DRG ini berfungsi pada seluruh proses respirasi normal. VRG merupakan kumpulan neuron yang mengatur kerja otot respirasi aksesori, yang berfungsi saat bernapas dengan kuat, yaitu saat inhalasi maksimal dan ekshalasi aktif.
Selama respirasi normal :
a. meningkatnya aktivitas DRG selama periode 2 detik, sehingga menstimulasi otot-otot inspirasi, lalu terjadilah proses inhalasi
b. setelah 2 detik, DRG berubah menjadi inaktif, lalu dibutuhkan waktu 3 sekon untuk “quite” dan memungkinkan otot-otot inspirasi berelaksasi. Maka terjadilah ekshalasi normal (pasif)
Selama bernapas dengan kuat :
a. meningkatnya aktivitas DRG, yang menstimulasi aktivasi VRG pada otot-otot inspirasi
b. diakhir inhalasi, otot-otot ekspiratori menstimulasi otot aksesori sehingga mampu melakukan ekshalasi aktif

Apneustik dan Pneumotaxic Centers
Apneustik dan pneumotaxic center merupakan sepasang nuceli yang mempengaruhi output respirasi. Pusat pneumotaxic berfungsi membatasi lama inspirasi dan meningkatkan laju respirasi, dengan menginhibisi apneustik neuron dan membantu proses ekshalasi normal atau kuat. Selama pernapasan normal, stimulasi dari pusat apneustik membantu peningkatan intensitas inhalasi sampai 2 sekon.