Sistem Respirasi dalam Manusia dan Haiwan — Nota JomSkor

Nisbah Jumlah Luas Permukaan kepada Isi Padu (JLP/I)

Semakin besar saiz organisma, semakin kecil nisbah JLP/I, jadi organisma besar/kompleks tidak boleh bergantung pada resapan terus melalui permukaan badan dan memerlukan struktur respirasi khas. Ciri umum struktur respirasi efisien: (1) JLP/I besar, (2) nipis (setebal satu sel) untuk resapan cepat, (3) sentiasa lembap untuk gas melarut, (4) dilengkapi jaringan kapilari darah (kecuali serangga) untuk pengangkutan gas yang cekap.

Struktur Respirasi Serangga: Sistem Trakea

Udara masuk melalui SPIRAKEL (liang pada toraks/abdomen) ke sistem TRAKEA, yang bercabang membentuk TRAKEOL (permukaan respirasi sebenar). Trakeol: banyak (JLP besar), nipis dan lembap (resapan cepat O2 masuk, CO2 keluar terus ke/dari sel — TIDAK memerlukan sistem pengangkutan darah). Sesetengah serangga ada kantung udara untuk mempercepat penghantaran gas semasa pergerakan cergas.

Struktur Respirasi Ikan: Insang

Insang terdiri daripada filamen (disokong lengkung insang), setiap filamen ada banyak lamela (unjuran nipis pipih) — banyak filamen+lamela memberi JLP besar. Membran lamela nipis dan dibekalkan banyak kapilari darah untuk peresapan dan pengangkutan gas.

Struktur Respirasi Katak: Kulit dan Peparu

Dalam keadaan kurang aktif, katak guna KULIT (nipis, telap, lembap, banyak kapilari darah di bawahnya). Peparu (untuk keadaan aktif): permukaan berlipat-lipat (JLP besar), membran nipis, dinding lembap, kaya kapilari darah.

Struktur Respirasi Manusia: Alveolus

Alveolus: bilangan banyak (JLP besar), dinding sentiasa lembap (gas melarut & meresap ke kapilari darah), dilingkari banyak kapilari darah, dinding nipis (setebal satu sel) untuk resapan cepat.

Mekanisme Pernafasan Serangga

Tarikan nafas: otot abdomen MENGENDUR → tekanan trakea turun → udara masuk melalui spirakel. Hembusan nafas: otot abdomen MENGECUT → tekanan trakea naik → udara dipaksa keluar melalui spirakel.

Mekanisme Pernafasan Katak

Tarikan nafas: mulut & glotis tertutup, dasar rongga mulut turun → tekanan rendah rongga mulut tarik udara masuk melalui lubang hidung. Udara dipaksa ke peparu: lubang hidung tertutup, glotis terbuka, dasar rongga mulut naik → tekanan meningkat → udara ditolak ke peparu. Hembusan nafas: peparu mengecut (dibantu tekanan abdomen & kekenyalan peparu) → udara disingkir keluar melalui hidung/rongga mulut.

Mekanisme Pernafasan Ikan

Tarikan: mulut terbuka, dasar rongga mulut turun, operkulum tertutup & ruang operkulum dibesarkan → tekanan rongga mulut rendah → air masuk melalui mulut. Hembusan: mulut tertutup, dasar rongga mulut naik (isi padu rongga mulut berkurang, tekanan meningkat), otot operkulum mengendur, ruang operkulum dikecilkan, bukaan operkulum terbuka → air mengalir keluar melalui insang (pertukaran gas berlaku semasa ini) dan bukaan operkulum.

Mekanisme Pernafasan Manusia

Tarikan nafas: otot interkosta LUAR mengecut, otot interkosta DALAM mengendur → sangkar rusuk naik ke atas/depan; otot diafragma mengecut → diafragma turun, leper/mendatar → isi padu rongga toraks BERTAMBAH, tekanan BERKURANG → tekanan atmosfera luar lebih tinggi mendesak udara masuk peparu. Hembusan nafas: otot interkosta luar mengendur, dalam mengecut → sangkar rusuk turun ke bawah/dalam; diafragma mengendur → melengkung ke atas (kubah) → isi padu toraks BERKURANG, tekanan BERTAMBAH → udara didesak keluar.

Pertukaran Gas Berasaskan Tekanan Separa

Di peparu: darah masuk kapilari peparu ada tekanan separa CO2 tinggi (berbanding alveolus) → CO2 meresap keluar ke alveolus; tekanan separa O2 dalam alveolus lebih tinggi (berbanding kapilari) → O2 meresap masuk kapilari, bergabung dengan hemoglobin → oksihemoglobin. Di tisu: tekanan separa CO2 dalam sel lebih tinggi (berbanding kapilari tisu) → CO2 meresap keluar ke kapilari; tekanan separa O2 dalam darah lebih tinggi (berbanding sel, kerana sel guna O2 untuk respirasi) → oksihemoglobin terurai, O2 meresap masuk sel.

Resapan gas: dari tekanan separa TINGGI → tekanan separa RENDAH (menuruni kecerunan)

Pengangkutan Karbon Dioksida

Dari sel ke kapilari tisu: CO2 + H2O → H2CO3 (dimangkinkan enzim KARBONIK ANHIDRASE dalam eritrosit) → terurai jadi HCO3⁻ + H+ → HCO3⁻ meresap ke plasma, diangkut ke peparu. Di kapilari peparu: HCO3⁻ meresap semula ke eritrosit, bergabung H+ semula jadi H2CO3 → terurai jadi CO2 + H2O → CO2 meresap ke alveolus, dihembus keluar.

70% sebagai ion bikarbonat (HCO3⁻); 23% sebagai karbaminohemoglobin; 7% terlarut sebagai asid karbonik (H2CO3)

Isu Kesihatan: Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD)

COPD merangkumi asma, bronkitis kronik dan emfisema. ASMA: dinding bronkiol bengkak & menebal, bukaan bronkiol mengecil, laluan udara sempit → sesak nafas. BRONKITIS KRONIK: bronkiol radang, bengkak, tersumbat, banyak mukus terbentuk, silium rosak (sukar singkir mukus) → batuk berterusan, kurang aliran udara. EMFISEMA: alveolus hilang kekenyalan, saiz bertambah, dinding rosak → JLP alveolus berkurang → pertukaran gas kurang efisien.

Contoh soalan

Jelaskan mengapa sistem pengangkutan (darah) tidak diperlukan untuk mengangkut gas respirasi dalam serangga.

• Sistem trakea serangga membekalkan oksigen terus kepada setiap sel badan melalui rangkaian trakea dan trakeol yang bercabang halus ke seluruh badan.
• Trakeol mempunyai dinding nipis dan lembap yang membolehkan oksigen meresap terus ke dalam sel badan dan karbon dioksida meresap terus keluar daripada sel ke dalam trakeol.
• Oleh kerana gas respirasi dihantar terus ke/dari sel melalui resapan dalam sistem trakea, tiada keperluan untuk darah mengangkut gas respirasi seperti dalam manusia.

Contoh soalan

Salah satu kesan penyakit emfisema ialah kehilangan kekenyalan alveolus. Terangkan kesan ini terhadap pertukaran gas.

• Dalam emfisema, dinding alveolus menjadi rosak dan alveolus bercantum membentuk ruang udara yang lebih besar.
• Ini menyebabkan jumlah luas permukaan (JLP) alveolus untuk pertukaran gas BERKURANG dengan banyak.
• Memandangkan JLP berkurang, kadar resapan oksigen ke dalam kapilari darah dan karbon dioksida keluar daripada kapilari darah menjadi PERLAHAN dan kurang efisien.
• Pesakit emfisema akan mengalami sesak nafas dan bekalan oksigen ke tisu badan berkurang akibat pertukaran gas yang tidak efisien ini.

Contoh soalan

Terangkan pengangkutan karbon dioksida dari kapilari peparu ke alveolus.

• Ion bikarbonat (HCO3⁻) dalam plasma darah meresap semula ke dalam eritrosit di kapilari peparu.
• Ion bikarbonat bergabung semula dengan ion hidrogen (H+) untuk membentuk asid karbonik (H2CO3), yang seterusnya terurai menjadi karbon dioksida dan air.
• Karbon dioksida meresap keluar daripada kapilari peparu ke dalam alveolus dan disingkirkan semasa hembusan nafas.