Sistem Pertukaran Gas

Pendahuluan

Pernahkah kalian menonton film fiksi ilmiah seperti spiderman, Hulk, Batman dll.? Mungkin kalian berpikir bahwa hewan pada gambar 1 terlihat seperti makhluk dunia fiksi ilmiah. Namun, di dunia nyata hewan itu memang benar-benar ada.

Gambar 1. Bagaimana tonjolan berbulu berwarna merah dapat membantu hewan ini bertahan hidup?

        Apakah kalian tahu hewan apakah itu? Jika belum, hewan tersebut adalah seekor Axolotl. Hewan dari kelompok amfibi (salamander) yang merupakan hewan asli dari Meksiko. Tonjolan-tonjolan berbulu berwarna merah yang terlihat, itu merupakan insang. Insang eksternal (luar) tersebut lazim ditemukan pada axolotl dewasa yang membantu dalam memenuhi kebutuhan mereka untuk melakukan pertukaran zat dengan lingkungannya.

Pada dasarnya semua organisme harus melakukan pertukaran zat dengan lingkungannya, baik itu nutrisi-nutrisi atau gas-gas (oksigen dan karbondioksida) dan pertukaran zat ini terjadi pada tingkat seluler. Pada organisme bersel satu (uniseluler), pertukaran ini terjadi secara langsung dengan lingkungannya melintasi membran sel. Namun pada kebanyakan organisme bersel banyak (multiseluler) pertukaran zat secara langsung antara sel dengan lingkungannya tidak mungkin dilakukan karena jarak difusi terlalu besar. Oleh karena itu, kita dan kebanyakan hewan lainnya bergantung kepada sistem respirasi untuk pertukaran zat dengan lingkungan dan pada sistem sirkulasi untuk pengangkutan zat antara tempat pertukaran dan bagian tubuh lainnya.

    Tonjolan-tonjolan berbulu berwarna merah dengan struktur yang bercabang pada axolotl menceminkan kedekatan hubungan antara pertukaran dan pengangkutan. Pada bagian tersebut (insang) terjadi pertukaran gas antara O2 dari air ke dalam darah dan CO2 dari darah ke air. Kemudian darah yang kaya oksigen dipompakan oleh “jantung” axolotl dari insang ke seluruh tubuh. Insang merupakan sistem pertukaran khusus pada hewan akuatik. Karena transport internal dan pertukaran gas secara fungsional terdapat pada kebanyakan hewan, tidak hanya axolotl. Maka kita akan mengkaji sistem sirkulasi dan respirasi secara bersama pada bab ini dengan mempelajari contoh-contoh dari sejumlah spesies. Tidak hanya itu, kita akan mengkaji komponen-komponen sistem sirkulasi, macam-macam sistem sirkulasi, sistem yang mengembalikan kelebihan cairan dari tubuh, organ-organ respirasi pada beberapa hewan, bagian yang mengkontrol pernapasan, dan pigmen yang berfungsi dalam pengikatan dan transport oksigen.

Pertukaran Gas

      Pada bagian ini kalian akan berfokus kepada proses pertukaran gas. Proses pertukaran gas seringkali disebut respirasi, proses pertukaran gas atau respirasi ini dinamakan respirasi eksternal. Respirasi eksternal adalah pengambilan gas O2 dari lingkungan dan pelepasan CO2 ke lingkungan. Sementara itu, ada istilah respirasi internal atau respirasi seluler. Respirasi seluler adalah penggunaan O2 dalam proses metabolisme untuk menghasilkan energi berupa ATP. Proses metabolism ini akan menghasilkan zat sisa berupa CO2 yang harus dikeluarkan dari tubuh.

    Pertukaran gas terjadi secara difusi dari tekanan parsial tinggi ke tekanan parsial rendah. Berbagai gas yang menyusun atmosfer bercampur satu sama lain memberikan tekanan parsial yang berbeda. Tekanan parsial didefinisikan sebagai presentase komposisi suatu gas dikalikan dengan tekanan atmosfer total. Nilai tekanan atmosfer 0 meter diatas permukaan laut sebesar 760 mm Hg. Karena 21% dari volume atmosfer merupakan O2, sehingga tekanan parsial oksigen di udara adalah 0,21 x 760 mm Hg yaitu sekitar 160 mm Hg. Tekanan parsial O2 disingkat PO2. Tekanan parsial CO2 lebih kecil hanya 0,29 mm Hg pada ketinggian 0 m diatas permukaan laut. Sumber utama oksigen adalah udara atau air. Seperti yang telah disebutkan O2 banyak terdapat di udara yaitu sekitar 21% volume atmosfer bumi. Udara lebih mendukung untuk pertukaran gas dibandingkan dengan air. Udara memiliki karakteristik berkerapatan rendah, viskositas yang rendah dan kandungan oksigen yang tinggi. Pertukaran gas di dalam air lebih merepotkan. Jumlah O2 yang terlarut dalam volume air tertentu akan bervariasi, namun selalu kurang dibandingkan dalam volume udara yang setara. Air yang terdapat pada kebanyakan habitat laut dan air tawar hanya mengandung 4-8 mL O2 terlarut per liter air, konsentrasi yang kira-kira 40 kali lebih kecil daripada udara. Semakin hangat dan asin suatu perairan, semakin sedikit O2 yang terlarut.

    Pergerakan O2 dan CO2 melintasi permukaan respirasi yang lembab sepenuhnya terjadi melalui difusi. Laju difusi berbanding lurus dengan area permukaan tempat terjadinya difusi dan berbandung terbalik dengan jarak difusi. Sehingga dapat disimpulkan bahwa, pertukaran gas berlangsung cepat ketika area untuk difusi besar dan jarak untuk difusi pendek. Akibatnya, permukaan respirasi cenderung luas dan tipis.

Organ Respirasi pada Hewan

    Struktur permukaan respirasi tergantung pada ukuran dan habitat hewan tersebut. Selain itu dipengaruhi juga oleh kebutuhan metabolisme untuk pertukaran gas. Pada beberapa hewan yang relative sederhana, misalnya spons, ubur-ubur dan cacing pipih, setiap sel dalam tubuhnya cukup dekat dengan lingkungan eksternal sehingga gas-gas dapat berdifusi secara cepat. Akan tetapi, kebanyakan hewan memiliki sel tubuh yang tidak langsung berhubungan dengan lingkungan eksternal. Namun permukaan respirasinya merupakan epitelium tipis dan lembab yang menyusun organ respirasi.

Kulit

    Cacing menggunakan permukaan tubuhnya untuk bernapas. Hewan ini memanfaatkan permukaan kulitnya untuk bernapas. Oleh karena itu, kulit berperan sebagai organ respirasi pada cacing tanah. Di bawah permukaan kulitnya yang basah tersebut, ternyata terdapat kapiler-kapiler darah (gambar 2). Melalui kapiler ini, oksigen berdifusi masuk ke dalam kulit, lalu ditangkap dan diedarkan oleh sistem peredaran darah. Sebaliknya, karbon dioksida yang terkandung dalam darah dilepaskan dan berdifusi keluar tubuh. Selain cacing tanah kulit juga berperan sebagai organ respirasi pada beberapa amfibi.

Gambar 2. Kulit bagian terluar dari permukaan tubuh

Sistem Trakea

    Serangga adalah kelompok Arthropoda yang paling banyak jenisnya. Meskipun serangga memiliki sistem peredaran darah terbuka, namun sistem pernapasan serangga langsung mencapai jaringannya lewat saluran yang disebut sistem trakea. Trakea adalah saluran-saluran udara yang bercabang ke seluruh tubuh. Saluran terbesar disebut trakea, yang membuka ke luar (gambar 3). Bagian trakea yang membesar membentuk kantong-kantong udara di dekat organ yang memerlukan suplai oksigen dalam jumlah besar. Setelah udara memasuki trakea, udara akan mengalir ke dalam saluran-saluran kecil yang disebut trakeola. Trakeola ini buntu dan ujungnya mengandung cairan.

Gambar 3. Sistem Trakea

    Bagi serangga-serangga kecil, difusi melalui trakea membawa cukup banyak O2 dan membuang cukup banyak CO2, untuk mendukung respirasi seluler. Serangga yang berukuran lebih besar memenuhi kebutuhan energinya dengan memventilasi sistem trakea dengan gerakan tubuh berirama yang menekan dan mengembangkan saluran-saluran udara seperti alat penghembus udara.

Sistem Respirasi pada Manusia

Anda dapat melihat tayangan video berikut: