Respiratory muscles in the human body - Sumber Ilmu Pengetahuan

Otot-Otot Pernapasan

I.          PENDAHULUAN

Bernafas atau ventilasi paru membutuhkan peran otot-otot pernafasan. Otot-otot pernafasaan termasuk otot rangka dimana fungsinya adalah untuk mengalirkan udara masuk ke dalam paru maupun keluar paru. Otot-otot tersebut adalah otot-otot dinding dada, diafragma, dan otot-otot yang lain termasuk otot-otot abdomen, dan otot-otot leher yang secara umum terbagi menjadi otot inspirasi dan otot ekspirasi tergantung aktivitasnya meningkatkan atau mengurangi volume rongga toraks. Penggunaan otot-otot pernafasan tiap individu juga tergantung pada kebutuhan ventilasi, tinggi atau rendah. Anatomi, fisiologi, maupun biokimia otot-otot pernafasan sama seperti otot rangka lainnya, namun telah beradaptasi untuk melaksanakan tugasnya yang unik dan selalu aktif sepanjang hidup. Hal ini ditunjukkan dengan kemampuan kontraksinya untuk inspirasi maupun ekspirasi dan kemampuan resistensinya terhadap kelelahan (Jolley and Moxham, 2006). Apabila terjadi ketidakseimbangan antara kapasitas dan beban otot-otot pernafasan maka dapat menurunkan efektifitas ventilasi (Nicot et al, 2006).

II.      PEMBAHASAN

1.      STRUKTUR OTOT-OTOT PERNAFASAN

Otot-otot pernafasan merupakan otot rangka, terdiri atas otot-otot inspirasi dan ekspirasi.

Otot-otot inspirasi utama adalah diafragma dan otot-otot interkostalis eksternal (Gambar 2.1). Diafragma merupakan suatu lembaran otot yang membentuk dasar rongga toraks dan dipersarafi oleh saraf frenikus (Sherwood, 2004). Dalam keadaan relaksasi, diafragma berbentuk kubah yang menonjol ke atas ke dalam rongga toraks. Diafragma terdiri atas tiga bagian: kostal, krural, dan central tendon. Bagian kostal meliputi muscle fiber yang menempel melingkar pada kosta-kosta dasar rongga toraks. Bagian krural meliputi muscle fiber yang menempel pada ligamen tulang belakang dan dilewati oleh esofagus. Bagian central tendon merupakan insersio muscle fiber bagian kostal dan krural, serta merupakan bagian inferior perikardium (Ganong, 2010). Otot-otot interkostalis eksternal terdapat diantara kosta satu dan lainnya, berjalan ke arah bawah dan depan antara kosta-kosta yang berdekatan (Sherwood, 2004). Otot-otot interkostalis eksternal dipersarafi oleh saraf-saraf interkostalis. Selain otot-otot utama, terdapat otot-otot inspirasi tambahan. Otot-otot tersebut adalah otot sternokleidomastoideus, skalenus, pektoralis minor, serratus anterior dan interkostalis parasternal (Guyton & Hall, 2006; Fox, 2003), sebagian besar ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Otot-otot inspirasi utama aktif berkontraksi pada setiap inspirasi, baik inspirasi biasa maupun inspirasi paksa, sedangkan otot-otot inspirasi tambahan hanya aktif berkontraksi pada saat inspirasi paksa (Sherwood, 2004).

Fox, 2003

Gambar 2.1. Otot-otot Inspirasi dan Ekspirasi. Otot-otot inspirasi tertera di sebelah kiri, sedangkan otot-otot ekspirasi tertera di sebelah kanan.

Otot-otot ekspirasi terpenting adalah otot-otot di dinding abdomen (Sherwood, 2004), yaitu otot rektus abdominis, tranversus abdominis, internal abdomiminal oblique, dan external abdominal oblique (Fox, 2003). Otot-otot ekspirasi lainnya adalah otot-otot interkostalis internal. Lihat Gambar 2.1.

Otot-otot ekspirasi tersebut hanya aktif berkontraksi pada saat ekspirasi paksa saja. Sedangkan pada ekspirasi biasa tidak ada otot-otot ekspirasi yang bekerja sebab merupakan proses pasif akibat relaksasi otot-otot inspirasi utama (Sherwood, 2004; Fox, 2003).

2.              PENGARUH AKTIVITAS OTOT-OTOT PERNAFASAN TERHADAP PROSES INSPIRASI DAN EKSPIRASI

Menurut definisinya, inspirasi adalah satu tarikan nafas, dan ekspirasi adalah satu pengeluaran nafas (Sherwood, 2004). Karena udara mengalir mengikuti penurunan gradien tekanan, maka tekanan intraalveolus harus lebih kecil daripada tekanan atmosfer agar udara mengalir masuk ke paru selama inspirasi. Demikian juga, tekanan intraalveolus harus lebih besar daripada tekanan atmosfer agar udara mengalir ke luar dari paru selama ekspirasi. Tekanan intraalveolus dapat diubah dengan mengubah-ubah volume paru sesuai Hukum Boyle. Otot-otot pernafasan yang melaksanakan proses inspirasi dan ekspirasi tidak bekerja secara langsung pada paru untuk mengubah volumenya, namun otot-otot ini mengubah volume rongga toraks  yang menyebabkan perubahan volume paru karena dinding toraks dan paru menyatu oleh kohesivitas cairan intrapleura dan gradien tekanan transpulmonal (Sherwood, 2004).

Sebelum inspirasi dimulai, otot-otot pernafasan relaksasi, tidak ada udara yang mengalir, dan tekanan intraalveolus setara dengan tekanan atmosfer 760 mmHg. Pada awal inspirasi, otot-otot inspirasi utama (diafragma dan interkostalis eksternal) terangsang untuk berkontraksi, sehingga terjadi pembesaran rongga toraks. Diafragma yang relaksasi berbentuk kubah yang menonjol ke atas ke dalam rongga toraks. Sewaktu berkontraksi karena stimulasi saraf frenikus, diafragma bergerak turun dan memperbesar volume rongga toraks dengan menambah dimensi vertikalnya (Sherwood, 2004; Fox, 2003). Ditunjukkan oleh Gambar 3.1a dan Tabel 3.1.

(a)

(b)

Gambar 3.1. Perubahan Dimensi Rongga Toraks Saat Inspirasi dan Ekspirasi.   (a) Inspirasi. Diafragma mendatar saat berkontraksi, meningkatkan dimensi vertikal rongga toraks. Kontraksi otot-otot interkostalis eksternal mengangkat kosta, memperbesar dimensi rongga toraks anteroposterior dan laterolateral.   (b) Ekspirasi. Diafragma relaksasi, mengurangi dimensi vertikal rongga toraks. Relaksasi otot-otot interkostalis eksternal mengurangi dimensi rongga toraks secara anteroposterior dan laterolateral.

Tabel 3.1. Aksi Otot-otot Pernafasan

OTOT	HASIL KONTRAKSI	WAKTU KONTRAKSI
Otot-otot Inspirasi
Diafragma	Bergerak turun, memperbesar dimensi vertical rongga toraksl	Setiap inspirasi
Intercostalis eksternal	Mengangkat kosta-kosta ke atas dan ke luar, memperbesar dimensi rongga toraks secara anteroposterior dan laterolateral	Setiap inspirasi
Otot-otot leher	Mengangkat sternum dan dua kosta pertama, memperbesar rongga toraks	Inspirasi paksa
Otot-otot ekspirasi
Otot-otot abdomen	Meningkatkan tekanan intraabdomen, mendorong diafragma ke atas, memperkecil rongga toraks dimensi vertical	Ekspirasi paksa
Intercostalis internal	Menarik kosta-kosta ke bawah dan ke dalam, memperkecil rongga toraks dimensi anteroposterior dan laterolateral	Ekspirasi paksa

Sherwood, 2004

Serat otot-otot interkostalis berjalan ke arah bawah dan depan antara kosta-kosta yang berdekatan, sehingga sewaktu berkontraksi karena stimulasi saraf interkostalis akan mengangkat kosta ke atas dan ke luar (Gambar 3.2a) dan semakin memperbesar rongga toraks dalam dimensi anteroposterior dan laterolateral (Sherwood, 2004; Fox 2003). Ditunjukkan oleh Gambar 3.1a dan Tabel 3.1.

Pada saat rongga toraks mengembang, paru juga ikut mengembang untuk mengisi rongga toraks yang membesar. Sewaktu paru mengembang, tekanan intraalveolus menurun sesuai dengan Hukum Boyle. Pada inspirasi biasa, tekanan intraalveolus menurun 1 mmHg menjadi 759 mmHg (Sherwood, 2004). Ditunjukkan oleh gambar Gambar 3.3b.

(b)

(a)

Elsevier, Inc

Gambar 3.2. Elevasi Kosta dan Sternum. (a) Kontraksi otot-otot interkostalis eksternal mengangkat kosta seperti gerakan gagang ember. (b) Kontraksi otot-otot inspirasi tambahan di bagian leher mengangkat sternum seperti gerakan gagang pompa.

Karena tekanan intraalveolus sekarang menjadi lebih rendah daripada tekanan atmosfer, udara mengalir masuk ke paru mengikuti penurunan gradien tekanan dari tekanan tinggi ke rendah (Fox, 2003). Udara terus mengalir ke dalam paru sampai tidak lagi terdapat gradien, yaitu sampai tekanan intraalveolus setara dengan tekanan atmosfer. Urutan aktivitas otot-otot pernafasan sampai menyebabkan aliran udara masuk ke dalam paru selama proses inspirasi tertera pada Gambar 3.4a.

Inspirasi yang lebih dalam (lebih banyak udara yang masuk) dapat dilakukan dengan mengontraksikan diafragma dan otot-otot interkostalis secara lebih kuat dan dengan mengaktifkan otot-otot inspirasi tambahan untuk semakin memperbesar rongga toraks. Kontraksi otot-otot tambahan ini, yang terletak di leher, mengangkat sternum dan dua iga pertama, memperbesar rongga toraks (Tabel 3.1). Gerakan sternum tersebut seperti gerakan gagang pompa ketika terangkat ke atas (Gambar 3.2b). Diameter anteroposterior dapat bertambah kira-kira 20% lebih besar dibandingkan saal ekspirasi (Guyton, 2006). Pada saat rongga toraks semakin membesar volumenya dibandingkan saat inspirasi biasa, paru juga semakin membesar, sehingga tekanan intraalveolus semakin turun. Penurunan tekanan intraalveolus saat inspirasi paksa dapat sampai -30 mmHg (Ganong, 2010). Akibatnya terjadi peningkatan aliran udara masuk paru sebelum terjadi keseimbangan dengan tekanan atmosfer, yaitu pernafasan menjadi lebih dalam.

Gambar tidak nampak

Gambar 3.3. Perubahan Tekanan Intraalveolus Saat Inspirasi dan Ekspirasi. (a) Sebelum inspirasi. Tidak ada perbedaan tekanan intraalveolus dengan tekanan atmosfer sehingga tidak ada aliran udara. (b) Selama Inspirasi. Tekanan intraalveolus lebih rendah 1 mmHg dibandingkan tekanan atmosfer sehingga udara mengalir ke dalam alveoli. (c) Selama Ekspirasi. Tekanan intraalveolus lebih tinggi 1 mmHg dibandingkan tekanan atmosfer sehingga udara mengalir ke luar alveoli menuju atmosfer.

Pada akhir inspirasi, otot-otot inspirasi relaksasi. Diafragma kembali ke bentuk seperti kubah. Kosta-kosta turun ke posisi semula akibat adanya gravitasi sewaktu otot-otot interkostalis eksternal relaksasi. Dan rongga toraks dan paru yang teregang kembali menciut ke ukuran prainspirasi karena adanya sifat elastik (Gambar 3.1b). Sewaktu paru menciut dan berkurang volumenya, tekanan intraalveolus meningkat sesuai dengan Hukum Boyle. Pada ekspirasi biasa, tekanan intraalveolus meningkat sekitar 1 mmHg diatas tekanan atmosfer menjadi 761 mmHg (Sherwood, 2004). Ditunjukkan pada Gambar 3.3c. Udara sekarang keluar paru mengikuti penurunan gradien tekanan dari tekanan intraalveolus yang tinggi ke tekanan atmosfer yang lebih rendah. Aliran udara berhenti keluar jika tekanan intraalveolus menjadi sama dengan tekanan atmosfer dan tidak lagi terdapat gradien tekanan.

(a)

(b)

Gambar 3.4. Pengaruh Aktivitas Otot-otot Pernafasan Terhadap Proses Inspirasi dan Ekspirasi. (a) Inspirasi. (b) Ekspirasi.

Dalam keadaan normal, ekspirasi adalah suatu proses pasif karena terjadi akibat penciutan elastik paru saat otot-otot inspirasi relaksasi, tanpa memerlukan kontraksi otot atau pengeluaran energi. Sebaliknya, inspirasi selalu proses aktif karena hanya ditimbulkan oleh kontraksi otot-otot inspirasi dan menggunakan energi. Untuk mengosongkan paru secara lebih sempurna dan lebih cepat daripada yang terjadi selama ekspirasi biasa, ekspirasi dapat menjadi aktif. Namun, daya penciutan elastik paru tidak cukup kuat untuk menghasilkan ekspirasiu cepat yang diperlukan (Guyton, 2006). Tekanan intraalveolus harus semakin ditingkatkan diatas tekanan atmosfer dibandingkan dengan yang dapat ditimbulkan oleh relaksasi otot-otot inspirasi dan penciutan elastik paru. Untuk melakukan ekspirasi paksa, otot ekspirasi harus berkontraksi untuk semakin mengurangi volume rongga toraks dan paru (Tabel 3.1). Otot ekspirasi terpenting adalah otot-otot abdomen (Sherwood, 2004). Otot Rectus abdominis mempunyai efek tarikan ke arah bawah yang sangat kuat terhadap kosta-kosta bagian bawah, pada saat yang bersamaan otot-otot abdomen lainnya menekan isi abdomen ke atas ke arah diafragma (Guyton, 2006). Kontraksi otot-otot tersebut meningkatkan tekanan intraabdomen yang menimbulkan gaya ke atas pada diafragma, mengakibatkan diafragma semakin terangkat ke rongga toraks dibandingkan dengan posisi relaksasinya, sehingga semakin memperkecil ukuran vertikal rongga toraks. Otot-otot ekspirasi lainnya adalah otot-otot interkostalis internal, yang kontraksinya menarik iga-iga ke bawah dan ke dalam, sehingga semakin memperkecil volume rongga toraks. Aksi otot-otot ini berlawanan dengan otot-otot interkostalis eksternal.

Sewaktu kontraksi aktif otot-otot ekspirasi semakin mengurangi volume rongga toraks, volume paru juga semakin berkurang karena paru tidak harus teregang banyak untuk mengisi volume rongga toraks yang lebih kecil. Tekanan intraalveolus menjadi semakin meningkat karena udara di dalam paru ditempatkan di dalam volume yang lebih kecil sesuai dengan Hukum Boyle. Perbedaan antara tekanan intraalveolus dan atmosfer menjadi semakin besar dibandingkan saat ekspirasi biasa bidsa mencapai 20-30 mmHg lebih tinggi dibandingkan tekanan atmosfer (Fox, 2003), sehingga lebih banyak udara keluar mengikuti penurunan grasien tekanan sebelum keseimbangan tercapai. Dengan cara ini, paru mengalami pengosongan lebih sempurna selama ekspirasi paksa dibandingkan selama ekspirasi biasa.

3.         KESIMPULAN

Otot-otot pernafasan mempunyai peranan dalam proses inspirasi dan ekspirasi. Inspirasi merupakan proses aktif, dihasilkan dari kontraksi otot-otot inspirasi. Ketika otot-otot inspirasi tersebut berkontraksi akan meningkatkan volume rongga toraks yang diikuti dengan peningkatan volume paru. Sesuai dengan Hukum Boyle, peningkatan volume paru akan menyebabkan tekanan intraalveolas menurun menjadi lebih rendah dibandingkan tekanan atmosfer sehingga terjadi aliran udara masuk ke dalam paru saat inspirasi sampai terjadi keseimbangan tekanan. Normalnya, ekspirasi merupakan proses pasif, diakibatkan oleh relaksasi otot-otot inspirasi. Ketika otot-otot inspirasi relaksasi akan menurunkan volume rongga toraks yang diikuti dengan penurunan volume paru. Sesuai dengan Hukum Boyle, penurunan volume paru akan menyebabkan tekanan intraalveolus meningkat menjadi lebih tinggi dibandingkan tekanan atmosfer sehingga terjadi aliran udara keluar paru selama ekspirasi sampai terjadi keseimbangan. Pada keadaan tertentu ekspirasi akan menjadi aktif dan melibatkan kontraksi otot-otot ekspirasi.

4.         DAFTAR PUSTAKA

Fox SI. 2003. Human Physiology. 8^th ed. The McGraw-Hill Company Inc, USA.

Ganong WF. 2010. Review of Medical Physiology. 23^rd ed. The McGraw-Hill Company Inc, USA.

Goodman BE. 2001. Pulmonary and renal pressure-flow relationships: what should be thought? Adv Physiol Educ 25:15-28.

Guyton AC and Hall JE. 2006. Textbook of Medical Physiology. 11^th ed. Elsevier Inc, Philadelphia.

Jolley CJ and Moxham J. 2006. Respiratory muscles, chest wall, diaphragm, and other. Encyclopedia of Respiratory Medicine:632-43.

Sherwood L. 2004. Human Physiology From Cells to System. 5^th ed. Thomson Learning Inc, USA.