OKSIGENASI JARINGAN

PEMBAHASAN

A.      PENGANGKUTAN  OKSIGEN

a.         Pengangkutan Oksigen ke Jaringan

Sistem pengangkut  O₂ di dalam tubuh terdiri atas paru dan  sistem kardiovaskuler. Pengangkutan O₂ menuju jaringan tertentu  bergantung pada jumlah O₂ yang masuk ke dalam paru, adanya pertukaran gas dalam  paru yang adekuat, aliran darah menuju jaringan, serta kapasitas  darah untuk mengangkut O₂. Aliran darah bergantung pada derajat konstriksi jalinan vaskular di dalam jaringan serta curah jantung. Jumlah O₂ di dalam darah di tentukan oleh jumlah O₂ yang larut, jumlah hemoglobin dalam darah serta afinitas hemoglobin terhadap O₂.

Reaksi Hemoglobin & Oksigen

Dinamika reaksi pengikatan O₂ oleh hemoglobin menjadikannya sebagai pembawa O₂ yang sangat serasi. Reaksi pengikatan hemoglobin dengan O₂ lazim di tulis sebagai Hb + O₂…….HbO₂. Mengingat setiap molekul hemoglobin mengandung empat unit Hb, maka dapat di nyatakan  sebagai Hb₄ dan pada kenyataannya bereaksi dengan empat molekul O₂ membentuk Hb₄O₈

Struktur kuaterner hemoglobin menentukan afinitasnya trehadap O₂. Saat O₂ diikat untuk pertama kalinya, ikatan yang memegang globin akan di lepas, menghasilkan suatu kedudukan relaksasi (R) yang akan membuka tempat pengikatan O₂. Hasil akhirnya ialah peningkatan afinitas terhadap O₂ mencapai 500x lebih besar. Di jaringan, reaksi ini berjalan terbalik, melepaskan O₂.

Kurva disosiasi hemoglobin-oksigen, yaitu kurva yang menggambarkan hubungan presentase saturasi kemampuan pengangkutan O₂ oleh hemoglobin dengan Po₂.

Apabila darah diseimbangkan dengan  100% O₂ (P_o2=760 mm Hg), hemoglobin normal akan tersaturasi 100%. Pada keadaan tersaturasi penuh, setiap gram hemoglobin normal mengandung 1,39 mL O₂. Namun, di dalam darah umumnya  terdapat sejumlah kecil derivate hemoglobin yang inaktif, dan nilai yang diperoleh in vivo umumnya lebih rendah

b.        Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Afinitas Hemoglobin terhadap Oksigen

Terdapat tiga keadaan penting yang mempengaruhi kurva disosiasi hemoglobin-oksigen: pH, suhu, dan kadar 2,3-difosfogliserat (DPG);2,3-DPG. Peningkatan suhu atau penurunan pH menggeser kurva ke kanan. Apabila  kurva bergeser, dibutuhkan  P_o2 yang lebih tinggi agar hemoglobin dapat mengikat sejumlah tertentu O₂.

Berkurangnya afinitas hemoglobin terhadap O₂ saat pH darah menurun dikenal  sebagai efek Bohr dan hal ini berkaitan erat dengan kenyataan bahwa hemoglobin terdeoksigenasi (deoksihemoglobin) lebih aktif mengikat H⁺ di bandingkan oksihemoglobin. 2,3 DPG banyak terdapat di dalam sel darah merah. Pada persamaan ini, peningkatan  konsentrasi 2,3 DPG  akan menggeser reaksi ke kanan, menyebabkan lebih banyak O₂ yang di bebaskan.

c.         Pengangkutan Oksida Nitrit oleh Hemoglobin

Fero tempat pengikat O₂ pada hemoglobin juga mengikat oksida nitrit (NO), serta didapatkan  tempat pengikat NO tambahan pada rantai β. Afinitas tempat kedua ini ditingkatkan oleh O₂, sehingga hemoglobin akan mengikat NO di paru dan  melepaskannya di jaringan, dan menyebabkan vasodilatas.

B.       PENGANGKUTAN KARBON DIOKSIDA

a.         Nasib Karbon Dioksida dalam Darah

Kelarutan CO₂ dalam darah sekitar 20 kali lebih besar daripada kelarutan O₂, sehingga pada tekanan parsial yang sama didapatkan jauh lebih banyak CO₂ dibandingkan O₂ dalam larutan sederhana. Sejumlah CO₂ dalam sel darah merah akan bereaksi dengan gugus amino dari protein, terutama hemoglobin, membentuk senyawa karbamino.

                           H                      H

 

CO₂ + R – N            R – N

                          H                     COOH

Oleh karena hemoglobin terdeoksigenasi lebih banyak mengikat  H⁺ dibandingkan oksihemoglobin serta lebih mudah membentuk senyawa karbamino, terikatnya O₂ pada hemoglobin akan menurunkan afinitasnya terhadap CO₂ (efek Haldane). Sebagai akibatnya, darah vena akan mengandung lebih banyak CO₂ dibandingkan darah arteri

Dalam plasma, CO₂ bereaksi dengan protein plasma membentuk sejumlah kecil senyawa karbamino, dan sebagian kecil CO₂ mengalami hidrasi; namun reaksi hidrasi berlangsung lambat karena tidak terdapatnya anhidrase karbonat.

       CO₂                                                              Cl^-

 

b.        Pergeseran Klorida

Saat darah melewati kapiler, terjadi peningkatan kandungan HCO₃^- didalam sel darah merah yang jauh lebih besar dibandingkan dalam plasma, sehingga sekitar 70% HCO₃^- yang dibentuk sel darah merah akan memasuki plasma. Kelebihan HCO₃^- yang meninggalkan sel darah merah akan ditukar dengan Cl^-. Suatu proses yang di perantarai oleh Band 3, suatu protein membrane utama.

Tabel 35-2 Nasib CO2 di dalam darah

Dalam plasma 1.         Terlarut 2.         Dengan protein plasma membentuk senyawa karbamino 3.         Hidrasi H+ dibufer, HCO3- di dalam plasma Dalam sel darah merah 1.         Terlarut 2.         Pembentukan karbamino-Hb 3.         Hidrasi, H+ dibufer, 70% HCO3- memasuki plasma 4.         Pergeseran Cl- ke dalam sel, mosm dalam sel meningkat

Ringkasan Pengangkutan Karbon Dioksida

Untuk mudahnya, pada tabe 35-2 diringkaskan berbagai nasib yang dialami CO₂ dalam plasma dan sel darah merah. Kemampuannya untuk meningkatkan kapasitas pengangkutan CO₂ oleh darah dinyatakan oleh peredaran antara garis yang menggambarkan CO₂ yang larut dengan garis yang menunjukan kandungan CO₂ total pada kurva disosiasi CO₂

Dari sekitar 49 mL CO₂ dalam setiap desiliter darah arteri, 2,6 mL berada dalam bentuk larut, 2,6 mL berbentuk senyawa karbamino dan 43,8 mL berbentuk HCO₃^-. Di dalam jaringan terjadi penambahan 3,7 mL CO₂ per desiliter darah; 0,4 mL tinggal dalam bentuk terlarut, 0,8 mL membentuk senyawa karbamino dan 2,5 mL membentuk HCO₃^-.pH darah turun dari 7,40 mejadi 7,36. Di dalam paru-paru, prosesnya terbalik, dan 3,7 mL CO₂ dikeluarkan melalui alveoli. Melalui cara ini, pada keadaan istirahat sekitar 200 mL CO₂ per menit diangkut dari jaringan ke paru untuk dikeluarkan. Pada waktu latihan fisik, jumlah yang diangkut jauh lebih besar. Perlu diketahui bahwa dalam 24 jam, jumlah CO₂ tersebut setara dengan lebih dari 12.500 meq H⁺

C.      PERTUKARAN GAS

a)      Gas berpindah mengikuti penurunan gradien tekanan

Tujuan akhir bernafas adalah secara terus menerusmenyediakan pasokan oksigen segar untuk diserap oleh darah dan mengeluarkan karbondioksida dari darah. Darah berfungsi sebagai sistem transportasi untuk Oksigen dan karbondioksida antara paru dan jaringan, dengan sel jaringan mengekstrasi oksigen dari darah dan mengeliminasi karbondioksida ke dalamnya. Pertukaran gas di tingkat kapiler paru dan kapiler jaringan terjadi melalui difusi pasif sederhana oksigen dan karbondioksida mengikuti penurunan gradien tekanan parsial. Tidak terdapat mekanisme transportasi aktif bagi kedua gas tersebut.

Udara atmosfer normal yang kering adalah campuran gas-gas yang mengandung sekitar 79% nitrogen dan 21% oksigen, dengan persentasi karbondioksida, uap H₂O, gas lain, dan polutan hampir dapat diabaikan.

Gas-gas yang larut dalam cairan, misalnya darah atau cairaan tubuh lain, juga dianggap menimbulkan tekanan parsial. Jumlah gas yang akan larut dalam darah bergantung pada daya larut (solubilitas) gas dalam darah dan tekanan parsial gas dalam udara alveolus tempat darah terpajan.

Apabila, seperti pada kasus oksigen, tekanan parsial suatu gas dalam alveolus lebih tinggi  daripada tekanan parsial gas tersebut dalam darah yang memasuki kapiler paru, tekanan parsial alveolus yang lebih tinggi mendorong lebih banyak oksigen masuk kedalam darah. Oksigen berdifusi dari alveolus dan larut dalam darah samapai P_O2 darah setara dengan Po₂ alveolus. Sebaliknya, apabila tekanan parsial suatu gas dalam alveolus lebih rendah daripada tekanan parsialnya di darah seperti yang terjadi pada karbondioksida. Tekanan parsial alveolus yang lebih rendah meyebabkan sebagian karbondioksida  keluar dari larutan(jadi tidak lagi terlarut) dalam darah. Setelah keluar dari larutan, CO₂ berdifusi kedalam alveolus sampai Pco₂ darah setara dengan Pco₂ alveolus. Perbedaan tekanan parsial antara darah paru dan udara alveolus tersebut dikenal sebagai gradien tekanan parsial.

b)        Oksigen masuk dan CO₂ keluar dari darah di paru secara pasif mengikuti penurunan gradien tekanan parsial.

Komposisi udara alveolus tidak sama dengan udara atsmofer yang dihirup karena dua alasan. Pertama, segera setelah udara atsmofer memasuki saluran pernapasan, udara tersebut mengalami kejenuhan H₂O akibat pajanan yang lembab. Uap air juga menimbulkan tekanan persial seperti gas lain-nya. Pada suhu tubuh, tekanan parsial uap H₂O adalah 47 mmHg. Pelembaban (humidifikasi)udara yang masuk pada dasarnya menyebabkan “pengeceran” tekanan parsial gas-gas yang masuk sebesar 47 mmHg, karena jumlah tekanan parsial harus sama gengan tekanan atsmofer sebesar 760 mmHg. Pada udara lembab, P_H2O = 47 mmHg, P_n2 = 563 mmHg. Dan P_o2 = 150 mmHg.

           Kedua, P_o2 alveolus juga lebih rendah dari pada P_o2 atsmofer karena udara inspirasi agar tercampur dengan sejumlah besar udara lama yang berada di paru dan ruang mati pada akhir ekspirasi sejumlahnya (kapasitas residual fungsuonal). Hanya sekitar sepertujuh udara alveolus total yang diganti oleh udara segar dari atsmofer setiap kali bernapas. Dengan demikian pada akhirnya inspirasi, kurang dari 15% udara di alveolusyang merupakan udara segar. Akibat humidifikasi dan rendahnya tingkat pertukaran alveolus, P_o2 alveolus rata-rata adalah 100 mmHg. Dibandingkan dengan P_o2 atsmofer sebesar 160 mmHg.

           Situasi serupa dalam arah berlawanan berlaku untuk Co₂. Karbon dioksida, yang secara terus menerus diproduksi oleh jaringan tubuh sebagai produk sisa metabolisme, secara konstan ditambahkan ke darah di tinkat kapiler sistemik. Di kapiler paru, CO₂ berdifusi mengikuti gradien tekanan parsial dari darah ke dalam alveolus dan kemudian dikeluarkan dari tubuh melalui ekspirasi. Seperti O₂, P_CO2 alveolus relatif konstan sepanjang siklus pernapasan, tetap dengan angka yang lebih rendah, yaitu 40 mmHg. Fentilasi secara terus menerus mengganti P_o2 alveolus, sehingga tekanan tersebut relatif tingi, dan secara terus menerus mengeluarkan CO₂, sehingga P_co2 alveolus relatif rendah. Dengan demikian, gradien tekanan parsial antara alveolus dan darah dapat dipertahankan, sehingga O₂ dapat masuk ke dalam dan CO₂ keluar dari darah.

           Darah yang masuk ke kapiler paru adalah vena sistematik yang dipompa ke paru melalui arteri pulmonalis. Darah ini, yang baru kembali dari jaringan tubuh, mengandung O₂ yang relatif rendah dengan P_o2 40 mmHg, dan relatif mengandung banyak CO₂. Dengan P_CO2 46 mmHg. Pada saat mengalir melalui kapiler-kapiler paru, darah ini terpajan ke udara alveolus. Karena P_O2 alveolus 100 mmHg (lebih tenggi dari pada P_O2 darah yang masuk ke paru yaitu 40 mmHg), O₂ berdifusi mengikuti penurunan gradien tekanan parsial dari alveolus ke dalam darah sampai tidak lagi terdapat gradien. Pada saat meninggalkan kapiler paru, darah memiliki P_O2 setara dengan P_O2 alveolus, yaitu 100 mmHg. Gradien tekanan parsial untuk CO₂ memiliki arah yang berlawanan. Darah yang masuk ke kepiler paru memiliki P_CO2 46 mmHg, sementara P_CO2 alveolus hanya 40 mmHg. Karbondioksida berdifusi dari darah ke dalam  alveolus sampai P_CO2 berada dalam keseimbangan dengan P_CO2 alveolus. Dengan demikian, darah yang meninggalkan kapiler paru memiliki P_CO2 40 mmHg. Sewaktu melewati paru, darah menyerap O₂ dan menyerahkan CO₂ hanya dengan proses difusi mengikuti penurunan gradien tekanan parsial yang terdapat antara darah dan alveolus. Setelah meninggalkan paru, darah yang sekarang memiliki P_CO2 100mmHg dan P_CO2 40 mmHg. Kembali ke jantung untuk kemudian dipompa ke jaringan tubuh sebagai darah arteri sistematik

c)      Faktor di luar gradien tekanan parsial mempengaruhi kecepatan perpindahan gas.

Menurut hukum difusi Fick, kecepatan difusi suattu gas melintasi selembar jaringan juga bergantung pada luas permukaan dan ketebalan membran yang harusvdilewati gas serta koefisien difusi gas tertentu. Dalam keadaan normal, perubahan kecepatan pertukaran gas terutama ditentukan oleh perubahan garadien tekanan persial antara darah dan alveolus, karena pada keadaan istirahat faktor lain ini relatif konstan.

Selama olahraga, pada saat tekanan darah paru meningkat akibat peningkatan curah jantung, banyak kapiler yang baru sebelumnya tertutup menjadi terbuka.

Hal ini meningkatkan luas permukaan darah yang tersedia untuk proses pertukaran. Selain itu, selama olahraga membran alveolus lebih teregang dari pada normal karena peningkatan tidal volume (bernapas lebih dalam). Peregangan itu meningkatkan luas permukaan alveolus dan menurunkan ketebalan membran alveolus. Secara kolektif, perubahan-perubahan di atas meningkatkan pertukaran gas selama olahraga.

Keadaan patologis sangat menurunkan luas permukaan paru dan pada gilirannya, menurunkan kecepatan pertukaran gas.

Pertukaran gasyang tidak adekuat juga dapat terjadi apabila ketebalan sawar yang memisahkan udara dan darah meningkat secara patologis. Apabila ketebalan meningakat, kecepatan pertukaran gas berkurang karena gas harus menempuh lintasan yg lebih jauh untuk berdifusi.

Ketebalan meningkat pada :

1.      edema paru

2.      fibrosis

3.      pneumo

d)     Pertukaran gas melintasi kapiler sistematik juga mengikuti penurunan gradien tekanan parsial.

Seperti kapiler paru, O₂ dan CO₂ berpindah antara darah kapiler sistematik dan sel jaringan melalui proses difusi pasif mengikuti penurunan gradien tekanan parsial.

Semakin aktif suatu jaringan melakukan metabolisme, semakin rendah P_O2 sel turun dan semakin rendah P_CO2 sel meningkat. Akibat peningkatan gradie tekanan parsial darah ke sel, lebih banyak O₂ yang berdifusi dari darah ke dalam sel dan lebih banyak CO₂ yang keluar dengan arah berlawanan sampai P_O2 dan P_CO2 darah mencapai keseimbangan dengan sel-sel disekitarnya. Dengan demikian jumlah O₂ yang dipindahkan ke sel dan jumlah CO₂ yang dibawa keluar sel bergantung pada tingkat metabolisme sel.

e)      Gambar Respiratory

D.      TRANSPORTASI GAS

a)        Sebagian besar O₂ dalam darah diangkat oleh hemoglobin.

Oksigen yang diserap oleh darah di paru harus diangkut kejaringan agar dapat digunakan oleh sel-sel. Sebaliknya CO₂ yang diproduksi oleh sel-sel harus diangkut ke paru untuk dieliminasi.

Darah dalam darah, oksigen terdapat dalam dua bentuk: larut secara fisik dan terikat secara kimiawi ke hemoglobin.

Hemoglobin, suatu molekul protein yang mengandung besi, memiliki kemampuan untuk, membentuk ikatan longgar reversibel dengan O_2.

Apabila tidak keterikatan dengan O_2, Hb disebut sebagai Hemoglobin tereduksi; apabila berikatan dengan O_2, Hb disebut sebagai Oksihemoglobin (HbO₂).

b)        P_O2 adalah faktor utama yang menentukan persen saturasi hemoglobin.

Hemoglobin dianggap jenuh apabila semua Hb yang d mengangkut O₂ secara maksimum. Persen saturasi hemoglobin (%Hb), suatu ukuran beberapa banyak Hb yang berikatan dengan O₂ dapat bervariasi dari 0% sampai 100%.

Faktor terpenting yang menentukan % saturasi Hb adalah P_O2 darah yang pada gilirannya berkaitan dengan kosentrasi O₂ yang secara fisik larut dalam darah. Menurut hukum aksi massa, apabila kosentrai salah satu bahan yang terlibat dalam sebuah reaksi revelsibel meningkat, reaksi akan mengarah ke sisi yang berlawanan. Sebaliknya, apabila kosentrasi salah satu zat bekurang , reaksi akan mengarah ke sisi tersebut.

c)         Dengan bertindak sebagai depot penyimpanan, Hemoglobin mendiring transfer netto O₂ dari alveolus ke darah.

          Hb memang berperan penting dalam memungkinkan perpindahan sejumlah besar O₂ sebelum P_O2 darah seimbang dengan jaringan disekitarnya. Hb melakukannya dengan bertindak sebagai “depot penyimpanan” untuk O₂ menyingkirkan O₂ dari larutan segera setelah O₂ memasuki darah sari alveolus. Karena hanya O₂ yang larut yang berperan meentukan P_O2 . O₂ yang tersimpan di Hb tidak ikut menentukan P_O2 . pada saat darah sistemik masuk ke kapiler paru , P_O2-nya jauh lebih rendah dari pada P_O2 alveolus. Sehingga O₂ segera ber-difusi ke dalam darah dan meningkatkan P_O2  darah. Segera setelah P_O2 meningkat, persentase Hb yang dapat meningkat O₂ juga meningkat. Seperti dinyatakan dalam kurva O₂ – Hb. Akibatnya, sebagian besar O₂ yang berdifusi ke dalam darah berkaitan dengan Hb dan tidak menentukan P_O2 darah.

Situasi yang sebaliknya berlaku di tingkat jaringan, Karena P_O2 darah yang masuk ke kapiler sistemik lebih tinggi dari pada P_O2 jaringan sekitarnya.

d)        Tempat pengikatan oksigen di hemoglobin memiliki afinitas paling besar untuk karbon monoksida dibandingkan untuk O_2.

Karbon monoksida (CO) dan O₂ bersaing untuk menempati tempat pengikatan yang sama di Hb, tetapi afinita Hb terhadap CO₂ adalah 240 kali lebih kuat dibandingkan dengan kekuatan ikatan antara Hb dan O₂ ikatan CO dan Hb dikenal sebagai karboksihemoglobin (HbCO). Karena Hb lebih cenderung berkaitan dengan CO, keberadaan CO walaupun sedikit dapat mengikat Hb dalam jumlah yang ralatif besar, sehingga tidak tersedia Hb untuk mengangkut O₂. Walaupun kosentrasi Hb dan P_O2 normal_, kandungan O₂ darah sangat berkurang. Apabila CO yang ada cukup banyak, sel-sel akan mati akibat kekurangan O_{2 .} selain toksisitas CO, adanya HbCO menggeser kurva O₂-Hb ke kiri.

e)         Sebagian besar CO₂ diangkut di arah sebagai bikarbonat.

Sewaktu darah arteri mengalir melalui kapiler jaringan, CO₂ berdifusi cara: (1) terlarut secara fisik, (2) terikat ke Hb, dan (3) sebagai bikarbonat,

Seperti O₂ yang larut, jumlah CO₂ yang secara fisik larut dalam darah bergantung pada P_CO2. Karena dalam darah CO₂ lebih larut dari pada O_2. Proporsi CO₂ total dalam darah yang secara fisik larut lebih besar dibandingkan dengan O_2. Walaupun demikian, hanya 10% dari kandunagn CO₂ total darah diangkut dengan cara ini pada kadar P_CO2 vena sistemik normal.

Tiga puluh persen CO₂ lainnya berkaitan dengan Hb untuk membentuk karbomino hemoglobin (HbCO₂).

Sejauh ini cara terpenting untuk mengangkut CO₂ adalah sebagai bikarbonat (HCO₂), yaitu 60% CO₂ diubah menjadi HCO₃ oleh reaksi kimia berikut, yang berlangsung di dalam sel darah merah :

                  ^karbonat

                  ^anhidrase

CO₂ + H₂O        H₂CO₃         H⁺  +  HCO₃^-