Sebagai generasi penerus bangsa Indonesia, kita wajib bersyukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas karunia kesuburan tanah dan adanya musim hujan, sehingga banyak tumbuh-tumbuhan yang dapat hidup untuk menyediakan oksigen (O2) bagi kita dan menyerap karbon dioksida (CO 2). Gas oksigen (O2) dan gas karbon dioksida (CO2) merupakan gas-gas utama yang terlibat dalam proses pernapasan.

Pada umumnya, manusia dapat bernapas sekitar 17 ribu kali dalam sehari.

A. Struktur dan Fungsi Sistem Pernapasan Manusia

Respirasi adalah proses pertukaran gas yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup.

Ada tiga proses dasar dalam respirasi manusia. 

(1) Bernapas atau ventilasi paru-paru, merupakan proses menghirup udara (inhalasi) dan mengembuskan udara (ekhalasi) yang melibatkan pertukaran udara antara atmosfer dengan alveolus paru-paru. 

(2) Respirasi eksternal, merupakan pertukaran gas-gas antara alveolus paru-paru dengan darah di dalam pembuluh kapiler paru-paru. Pada proses tersebut darah dalam pembuluh kapiler mengikat O2 dari alveolus dan melepaskan CO2menuju alveolus. 

(3) Respirasi internal, merupakan pertukaran gas-gas antara darah di dalam pembuluh kapiler jaringan tubuh dengan sel-sel atau jaringan tubuh. Pada proses tersebut darah melepaskan O2 dan mengikat CO2. Di dalam sel tubuh, O2 digunakan untuk reaksi metabolisme tubuh, selama proses ini dihasilkan energi berupa ATP dan sisa metabolisme berupa CO2. 

Proses yang terjadi di dalam sel tersebut disebut dengan respirasi seluler. Respirasi seluler akan kamu pelajari pada jenjang pendidikan berikutnya.

1. Organ Pernapasan Manusia

Secara struktural, sistem pernapasan tersusun atas dua bagian utama.

(1) Sistem pernapasan bagian atas, meliputi hidung dan faring. (2) Sistem pernapasan bagian bawah, meliputi laring, trakea, bronkus, dan paru-paru. 

Secara fungsional, sistem pernapasan tersusun atas dua bagian utama. (1) Zona penghubung, tersusun atas serangkaian rongga dan saluran yang saling terhubung baik di luar maupun di dalam paru-paru. Bagian penghubung, meliputi hidung, faring, laring, trakea, bronkus, dan bronkiolus. Fungsi dari bagian penghubung yaitu menyaring, menghangatkan, dan melembapkan udara serta menyalurkan udara menuju paru-paru. (2) Zona respirasi, tersusun atas jaringan dalam paru-paru yang berperan dalam pertukaran gas yaitu alveolus.

Gambar .Sistem Pernapasan pada Manusia

a. Hidung

Hidung dilengkapi dengan rambut-rambut hidung, selaput lendir, dan konka. 

b. Faring

Faring merupakan organ pernapasan yang terletak di belakang (posterior) rongga hidung hingga rongga mulut dan di atas laring (superior)

c. Laring

Laring atau ruang suara merupakan organ pernapasan yang menghubungkan faring dengan trakea. Di dalam laring terdapat epiglotis dan pita suara 

c. Trakea

Trakea adalah saluran yang menghubungkan laring dengan bronkus. Trakea memiliki panjang sekitar 10-12 cm dengan lebar 2 cm.

d. Bronkus

 Percabangan trakea tersebut disebut dengan bronkus, masingmasing bronkus memasuki paru-paru kanan dan paru-paru kiri.

e. Bronkiolus

Bronkiolus merupakan cabang-cabang kecil dari bronkus. 

Pada ujung-ujung bronkiolus terdapat gelembung-gelembung yang sangat kecil dan berdinding tipis yang disebut alveolus (jamak = alveoli).

f. Paru-Paru

Paru-paru merupakan alat pernapasan utama. Paru-paru terbagi menjadi dua bagian, yaitu paru-paru kanan (pulmo dekster) yang terdiri atas 3 lobus dan paru-paru kiri (pulmo sinister) yang terdiri atas 2 lobus. Paru-paru dibungkus oleh selaput rangkap dua yang disebut pleura. Pleura berupa kantung tertutup yang berisi cairan limfa. Pleura berfungsi melindungi paru-paru dari gesekan saat mengembang dan mengempis. Di dalam paru-paru terdapat bagian yang berperan dalam pertukaran gas oksigen dan gas karbon dioksida yaitu alveolus.

g. Alveolus

Dinding alveolus tersusun atas satu lapis jaringan epitel pipih. Struktur yang demikian memudahkan molekulmolekul gas melaluinya. Dinding alveolus berbatasan dengan pembuluh kapiler darah, sehingga gas-gas dalam alveolus dapat dengan mudah mengalami pertukaran dengan gas-gas yang ada di dalam darah.

2. Mekanisme Pernapasan Manusia

Pada saat bernapas berlangsung dua mekanisme, yaitu menghirup udara (inhalasi/inspirasi) dan mengembuskan udara (ekshalasi/ekspirasi) yang melibatkan pertukaran udara antara atmosfer dengan alveolus paru-paru. 

3. Frekuensi Pernapasan

beberapa faktor yang memengaruhi frekuensi pernapasan 

a. Umur, 

b. Jenis kelamin,

c. Suhu tubuh, 

d. Posisi tubuh,

e. Kegiatan atau aktivitas tubuh,

4. Volume Pernapasan

a. Volume tidal, yaitu volume udara yang keluar masuk paru-paru saat tubuh melakukan inspirasi atau ekspirasi biasa (normal), volumenya sekitar 500 mL.

b. Volume cadangan ekspirasi, merupakan volume udara yang masih dapat dikeluarkan secara maksimal dari paru-paru setelah melakukan ekspirasi biasa. Volume cadangan ekspirasi sekitar 1.500 mL.

c. Volume cadangan inspirasi, yaitu volume udara yang masih dapat dimasukkan ke dalam paru-paru setelah melakukan inspirasi secara biasa. Volume cadangan inspirasi sekitar 1.500 mL.

d. Volume residu, yaitu volume udara yang masih tersisa di dalam paru-paru meskipun telah melakukan ekspirasi secara maksimal, volumenya sekitar 1.000 mL.

e. Kapasitas vital paru-paru, yaitu total dari volume tidal + volume cadangan ekspirasi + volume cadangan inspirasi. Kapasitas vital paru-paru sekitar 3.500 mL.

f. Kapasitas total paru-paru, yaitu volume udara yang dapat ditampung secara maksimal dalam paru-paru. Volume kapasitas total paru-paru yaitu volume kapasitas vital paru-paru + volume residu, volumenya sekitar 4.500 mL.

B. Gangguan pada Sistem Pernapasan Manusia dan Upaya untuk Mencegah atau Menanggulanginya

1. Influenza

Influenza merupakan penyakit yang disebabkan oleh infeksi Influenza virus

2. Tonsilitis

Secara normal, tonsil (amandel) akan menyaring virus dan bakteri yang akan masuk ke dalam tubuh bersamaan dengan makanan atau udara. Apabila daya tahan tubuh dalam kondisi lemah, virus dan bakteri akan menginfeksi tonsil sehingga dapat menyebabkan penyakit tonsilitis.

3. Faringitis

Faringitis adalah infeksi pada faring oleh kuman penyakit, seperti virus, bakteri, maupun jamur.

4. Pneumonia

Pneumonia merupakan infeksi pada bronkiolus dan alveolus.

Penyebab terjadinya pneumonia, antara lain karena infeksi dari virus, bakteri, jamur, dan parasit lainnya. 

Namun, umumnya disebabkan oleh bakteri Streptococcus pneumoniae. 

5. Tuberculosis (TBC)

Penyakit TBC disebabkan oleh infeksi bakteri Mycobacterium tuberculosis. 

6. Asma

Asma merupakan salah satu kelainan yang menyerang saluran pernapasan. 

Asma dapat disebabkan oleh faktor lingkungan. Faktor lingkungan yang dapat menyebabkan asma diantaranya masuknya zat pemicu alergi (alergen) dalam tubuh, misalnya asap rokok, debu, bulu hewan peliharaan, dan lain-lain. 

7. Kanker Paru-paru

Kanker paru-paru terjadi karena pertumbuhan selsel yang tidak terkendali pada jaringan dalam paru-paru.

Kalau kamu suka membaca dan ingin mendapatkan buku sekolah di smartphone, kamu bisa download aplikasi android Buku Sekolah Gratis di playstore dari CTF Studio. Dengan menggunakan aplikasi ini kamu bisa membaca bukunya secara offline juga bila telah mendownloadnya atau secara online bila tidak mau menyimpan banyak data di smartphone. Bila berganti buku dan kamu ingin melanjutkan membacanya, kamu tidak perlu mencari halaman yang sebelumnya, jadi tinggal melanjutkan bacaannya saja.

https://ringkasan-buku-sekolah.blogspot.com/2020/10/bab-8-sistem-pernapasan-manusia.html

 

1. Tekanan Zat Padat

Tekanan dipengaruhi oleh gaya (F) dan luas bidang (A). Semakin besar gaya yang diberikan pada benda, tekanan yang dihasilkan semakin besar pula. Semakin luas permukaan suatu benda, tekanan yang dihasilkan semakin kecil. Secara sistematis, tekanan dapat dituliskan sebagai berikut : 

Dengan :
P = tekanan (N/m² disebut juga pascal (Pa))
F = gaya (Newton) 
A = luas bidang (m²)

Contohnya ketika berjalan di tanah berlumpur, lebih mudah menggunakan sepatu boot agar tidak masuk ke tenah lumpur daripada menggunakan sepatu dengan pijakan sempit

Tekanan zat cair

Tekanan zat cari juga disebut tekanan hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Hal utama yang memengaruhi tekanan hidrostatis adalah kedalaman, massa jenis zat cair , dan gaya gravitasi pada tempat tersebut. Semakin dalam zat cair, semakin besar tekana yang dihasilkan.

Karena berat
(W) = m × g 
m = ρ × V 
V = h × A 

Maka  atau  

Dengan :
P = tekanan (N/m²) 
m = massa benda (kg)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m³) 
g = percepatan gravitasi (m/s²) 
h = tinggi zat cair (m)
V = volume (m³) 

Tekanan hidrostatis penting dalam merancang struktur bangunan penampungan air seperti pembangunan bendungan untuk PLTA. Para arsitek kapal selam memperhitungkan tekanan hidrostatis air laut agar kapal selam mampu menyelam ke dasar laut dengan kedalaman ratusan meter tanpa mengalami kebocoran atau kerusakan akibat tekanan hidrostatis. 

Berikut struktur bendungan :

Ketika suatu benda dimasukkan dalam air, beratnya seperti berkurang. Ini disebabkan oleh gaya apung (F_a) yang mendorong benda keatas atau berlawanan dengan arah berat benda. Secara sistematis, dapat dituliskan : 

F_a = W_bu – W_ba 

Sehingga, 

W_ba = W_bu – F_a 

dengan : F_a = gaya apung (N)

W_ba = berat benda di air (N)

W_bu = berat benda di udara (N) 

Berikut gaya pada batu yang tenggelam : 

Hukum Archimedes : jika benda dicelupkan kedalam zat cair, maka benda itu akan mendapat gaya keatas yang sama besar dengan berat zat cair yang didesak oleh benda tersebut. 

Menurut Archimedes, benda lebih ringan bila diukur dalam air daripada diukur diudara, karena di dalam air benda mendapat gaya keatas. Ketika di udara, benda memiliki berat mendekati yang sesungguhnya. Karena berat zat cair yang didesak atau dipindahkan benda adalah : 

Baca Juga: 2 Cara Merangkum Cerita dengan Mudah dan Cepat! Super Ampuh! Yuk, Buruan Cobain!

W_cp = m_cp × g dan m_cp = ρ_cp × V_cp

Sehingga berat air yang didesak oleh benda adalah : 

W_cp = ρ_c × g × V_cp 

Berarti, menurut Archimedes, besar gaya keatas adalah : 

F_a = ρ_c × g × V_cp 

Dengan :
F_a = gaya apung (N) 
ρ_c = massa jenis zat cair (kg/m³) 
g = percepatan gravitasi (m/s²)
V_cp = volume zat cair yang dipindahkan (m³) 

Hukum Archimedes digunakan sebagai pembuatan dasar kapal laut dan kapal selam. Suatu benda dapat terapung atau tenggelam tergantung pada besarnya gaya berat (w) dan gaya apung (F_a).

Jika gaya apung maksimum lebih besar daripada gaya berat maka benda akan terapung. Jika gaya apung lebih kecil daripada gaya berat maka benda akan tenggelam. 

Jika gaya apung maksimum sama dengan gaya berat maka benda akan melayang. Gaya apung maksimum adalah gaya apung jika seluruh benda berada dibawah permukaan zat cair. 

Kapal laut dapat terapung karena ketika diletakkan secara tegak di lautan, kapal laut dapat memindahkan banyak air laut, sehingga kapal laut mendapat gaya keatas yang sama besar dengan berat kapal laut. Berikut struktur kapal laut di air : 

Kapal selam dapat terapung, melayang dan tenggelam di laut karena berat kapal selam dapat diperbesar dengan cara memasukkan air kedalam badan kapal dan dapat diperkecil dengan cara mengeluarkan air dari badan kapal. Ketika kapal selam akan tenggelam, air laut dimasukkan ke penampungan badan kapal. 

Berat kapal selam menjadi lebih besar daripada gaya keatas sehingga kapal selam tenggelam. Agar tidak tenggelam terus, air dalam badan kapal dikeluarkan dari penampungan sehingga berat kapal selam sama dengan gaya keatas dan kapal selam melayang dalam air. 

Saat kapal selam akan mengapung, air di penampungan badan kapal dikeluarkan sehingga volume kapal selam menjadi lebih kecil dari gaya keatas dan kapal selam dapat mengapung. Berikut mekanisme keluar masuknya air di badan kapal selam : 

Hukum Pascal : tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Penerapan dari hukum Pascal yaitu pompa hidrolik. Berikut model pompa hidrolik : 

Jika penampang luas A₁ diberi gaya dorong F₁ maka tekanan yang dihasilkan adalah :

Menurut hukum pascal, tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama besar, termasuk ke luas penampang A_2. Pada penampang A₂ muncul gaya angkat F₂ dengan tekanan : 

Secara sistematis, diperoleh persamaan pompa hidrolik yaitu : 

 atau  

Dengan : 
P = tekanan (Pa) 
F₁ dan F₂ = gaya yang diberikan (N)
A₁ dan A₂ = luas penampang (m²)

Contoh soal Hukum Pascal

Luas penampang kecil (A₁) besarnya 1 cm² akan diberi gaya kecil (F₁) sebesar 10 N sehingga menghasilkan tekanan (P) sebesar 10 N/cm². Kemudian tekanan tersebut diteruskan ke luas penampang besar (A₂) besarnya 100 cm². Berapa gaya yang dihasilkan pada luas penampang (A₂)? 

Baca Juga: Materi PKN Kelas 8 Bab 6 Memperkuat Komitmen Kebangsaan

Jawab : 

Jadi, dengan memberikan gaya pada luas penampang kecil (A₁) mampu menghasilkan gaya 1000 N pada luas penampang besar (A₂). Berdasarkan prinsip inilah sehingga pompa hidrolik dapat mengangkat mobil ataupun motor. 

3. Tekanan Gas

Ketika air dalam enlemeyer ditutup dengan balon karet kemudian dipanaskan akan membuat balon karet mengembang. Ini terjadi karena partikel gas dalam enlemeyer menerima kalor dari pemanasan, akibatnya gerakan partikel gas dalam enlemeyer semakin cepat dan terjadilah pemuaian sehingga tekanannya besar. 

Tekanan dalam enlemeyer diteruskan sama besar menuju balon, sehingga tekanan didalam balon lebih besar daripada tekanan gas diluar balon yang mengakibatkan balon mengembang. Berikut ilustrasi balon karet dan air dalam enlemeyer : 

(a): balon karet dan air dingin dalam enlemeyer, (b): balon karet dan elemeyer berisi air panas

Struktur balon udara

Balon udara dapat terbang karena massa jenis balon udara lebih rendah daripada massa jenis udara disekitarnya. Massa jenis balon dikendalikan oleh pilot perubahan temperatur pada udara dalam balon dengan menggunakan pembakar dibawah lubang balon. 

4. Pengangkutan Air dan Nutrisi pada Tumbuhan

Konsep tekanan zat juga terdapat pada makhluk hidup seperti pengangkutan air dan nutrisi pada tumbuhan; tekanan darah pada sistem peredaran darah manusia; tekanan gas pada proses pernapasan manusia. 

Pengangkutan air dan nutrisi pada tumbuhan: pengangkutan air pada tumbuhan terjadi karena adanya jaringan xilem. Air dari dalam tanah diserap oleh rambut – rambut akar kemudian masuk ke sel epidermis melalui osmosis. Selanjutnya, air menuju korteks, endodermis dan perisikel. Kemudian air menuju xilem akar, xilem batang dan xilem daun. 

Berikut ilustrasi pengangkutan air masuk kedalam akar

Air dapat diangkut naik ke daun dan diedarkan ke seluruh tubuh tumbuhan karena adanya daya kapilaritas batang yang dipengaruhi oleh gaya kohesi dan adhesi. Kohesi adalah kecenderungan molekul untuk berikatan dengan molekul lain yang sejenis. Adhesi adalah kecenderungan molekul untuk berikatan dengan molekul lain yang tak sejenis. 

Air dimanfaatkan dalam fotosintesis. Didalam daun, air mengalami penguapan (transpirasi). Penggunaan air oleh daun akan menyebabkan terjadinya tarikan terhadap ari dalam xilem sehingga air didalam akar dapat naik ke daun. 

Berikut ilustrasi pengangkutan air dari akar menuju daun : 

Semua bagian tumbuhan memerlukan nutrisi. Nutrisi tumbuhan berupa gula dan asam amino hasil fotosintesis yang diedarkan oleh jaringan floem. Pengangkutan hasil fotosintesis dimulai dari daun (daerah berkonsentrasi gula tinggi) menuju ke seluruh tubuh (daerah berkonsentrasi gula rendah) dengan bantuan sirkulasi air yang mengalir melalui xilem dan floem. 

Berikut ilustrasi pengangkutan hasil fotosintesis dari daun ke seluruh tubuh tumbuhan : 

5. Tekanan Darah pada Sistem Peredaran Darah Manusia

Tekanan pada pembuluh darah berprinsip keja seperti hukum pascal. Ketika jantung memompa darah, darah mendapat dorongan sehingga dapat mengalir melalui pembuluh darah kemudian memberi dorongan pada pembuluh darah yang disebut tekanan darah.

Baca Juga: Sistem Reproduksi pada Tumbuhan Gymnospermae

Bila kehilangan darah karena kecelakaan atau penyakit, tekanan darah akan hiang sehingga darah tidak dapat mengalir menuju sel – sel di seluruh tubuh, akibatnya sel – sel akan mati karena tidak mendapat oksigen dan nutrisi. Tekanan darah diukur menggunakan alat sphygmomanometer atau tensimeter. 

Gambar sphygmomanometer :

Tekanan darah diukur dalam pembuluh nadi (arteri) yang terdapat di lengan atas. Tekanan darah orang normal sekitar 120/80 mmHg. 120 : angka sistol, menunjukkan tekanan saat bilik berkontraksi dan darah terdorong keluar dari bilik jantung melalui pembuluh arteri. 

80 : angka diastol menunjukkan hasil pengukuran tekanan saat bilik relaksasi dan darah masuk menuju bilik jantung, tepat sebelum bilik – bilik berkontraksi lagi. Berikut cara pengukuran tekanan darah : 

Berdasar hukum pascal : tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar. Begitu pula tekanan darah pada aorta, sama dengan tekanan pada arteri atau pembuluh nadi pada lengan atas. 

6. Tekanan Gas pada Proses Pernapasan Manusia

Dalam paru – paru, yaitu alveolus terjadi pertukaran gas O₂ dan CO₂ secara difusi, yaitu perpindahan zat terlarut dari daerah berkonsentrasi dan bertekanan parsial tinggi ke daerah berkonsentrasi dan bertekanan parsial rendah. Setiap menit paru – paru dapat menyerap sekitar 250 mL O₂ dan mengeluarkan CO₂ sekitar 200 mL. 

Tekanan parsial adalah tekanan yang diberikan oleh gas tertentu dalam campuran gas tersebut yaitu tekanan O₂ dan CO₂ yang terlarut dalam darah. Pada sistem peredaran darah, darah yang masuk ke paru – paru melalui arteri pulmonalis memiliki parsial O₂ yang lebih rendah dan parsial CO₂ lebih tinggi daripada udara dalam alveoli (alveoli : jamaknya alveolus). 

Ketika darah memasuki kapiler alveoli, CO₂ dalam darah berdifusi menuju alveoli dan O₂ dalam alveoli berdifusi ke dalam darah. Akibatnya, pasial O₂ dalam darah naik (banyak mengandung O₂) dan parsial CO₂ turun (sedikit mengandung CO₂). Selanjutnya, darah menuju jantung kemudian dipompa ke seluruh tubuh. 

Ketika darah di jaringan tubuh, O₂ dalam berdifusi menuju jaringan tubuh. Kandungan CO₂ dalam jaringan lebih besar dari kandungan jaringan dalam darah, sehingga CO₂ dalam jaringan berdifusi kedalam darah. Setelah melepas O₂ dan CO₂ dari jaringan, darah kembali ke jantung dan dipompa lagi ke paru – paru. 

Berikut proses difusi gas pada pernapasan dan peredaran darah :

https://wirahadie.com/tekanan-zat-dan-penerapannya/amp/