Pernafasan pada Hewan Vertebrata

Hewan Vertebrata telah memiliki sistem sirkulasi yang fungsinya antara lain untuk mengangkut gas pernapasan (O2) dari tempat penangkapan gas menuju sel-sel jaringan. Begitu pula sebaliknya, untuk mengangkut gas buangan (CO2) dari sel-sel jaringan ke tempat pengeluarannya.

Mekanisme pernapasan pada hewan Vertebrata beragam. Simaklah uraian di bawah ini agar kamu lebih memahami mekanisme pernapasan pada hewan Vertebrata.

a. Sistem Pernapasan pada Pisces

Ikan bernapas menggunakan insang. Insang berbentuk lembaran-lembaran tipis berwarna merah muda dan selalu lembap. Bagian terluar dari insang berhubungan dengan air, sedang bagian dalam berhubungan erat dengan kapilerkapiler darah. Tiap lembaran insang terdiri dari sepasang filamen dan tiap filamen mengandung banyak lapisan tipis (lamela). Pada filamen terdapat pembuluh darah yang memiliki banyak kapiler, sehingga memungkinkan O2 berdifusi masuk dan CO2 berdifusi keluar.

Pada ikan bertulang sejati (Osteichthyes) insangnya dilengkapi dengan tutup insang (operkulum), sedangkan pada ikan bertulang rawan (Chondrichthyes) insangnya tidak mempunyai tutup insang. Selain bernapas dengan insang, ada pula kelompok ikan yang bernapas dengan gelembung udara (pulmosis), yaitu ikan paru-paru (Dipnoi). Insang tidak hanya berfungsi sebagai alat pernapasan, tetapi juga berfungsi sebagai alat ekskresi garam-garam, penyaring makanan, alat pertukaran ion, dan osmoregulator.

Struktur insang ikan

1) Pernapasan pada ikan bertulang sejati 

Salah satu contoh ikan bertulang sejati yaitu ikan mas. Insang ikan mas tersimpan dalam rongga insang yang terlindung oleh tutup insang (operkulum). Insang ikan mas terdiri dari lengkung insang yang tersusun atas tulang rawan berwarna putih, rigi-rigi insang yang berfungsi untuk menyaring air pernapasan yang melalui insang, dan filamen atau lembaran insang. 

Filamen insang tersusun atas jaringan lunak, berbentuk sisir dan berwarna merah muda karena mempunyai banyak pembuluh kapiler darah dan merupakan cabang dari arteri insang. Di tempat inilah pertukaran gas CO2 dan O2 berlangsung.

Gas O2 diambil dari gas O2 yang larut dalam air melalui insang secara difusi. Dari insang, O2 diangkut darah melalui pembuluh darah ke seluruh jaringan tubuh. Dari jaringan tubuh, gas CO2 diangkut darah menuju jantung. Dari jantung menuju insang untuk melakukan pertukaran gas. Proses ini terjadi secara terus-menerus dan berulang-ulang. Mekanisme pernapasan ikan bertulang sejati dilakukan melalui mekanisme inspirasi dan ekspirasi.

a) Fase inspirasi

Gerakan tutup insang ke samping dan selaput tutup insang tetap menempel pada tubuh mengakibatkan rongga mulut bertambah besar, sebaliknya celah belakang insang tertutup. Akibatnya, tekanan udara dalam rongga mulut lebih kecil daripada tekanan udara luar. Celah mulut membuka sehingga terjadi aliran air ke dalam rongga mulut. 

b) Fase ekspirasi

Setelah air masuk ke dalam rongga mulut, celah mulut menutup. Insang kembali ke kedudukan semula diikuti membukanya celah insang. Air dalam mulut mengalir melalui celah-celah insang dan menyentuh lembaran-lembaran insang. Pada tempat ini terjadi pertukaran udara pernapasan. Darah melepaskan CO2 ke dalam air dan mengikat O2 dari air. 

Pada fase inspirasi, O2 dan air masuk ke dalam insang, kemudian O2 diikat oleh kapiler darah untuk dibawa ke jaringan-jaringan yang membutuhkan. Sebaliknya pada fase ekspirasi, CO2 yang dibawa oleh darah dari jaringan akan bermuara ke insang, dan dari insang diekskresikan keluar tubuh.

2) Pernapasan pada ikan bertulang rawan

Insang ikan bertulang rawan tidak mempunyai tutup insang (operkulum) misalnya pada ikan hiu. Masuk dan keluarnya udara dari rongga mulut, disebabkan oleh perubahan tekanan pada rongga mulut yang ditimbulkan oleh perubahan volume rongga mulut akibat gerakan naik turun rongga mulut. Bila dasar mulut bergerak ke bawah, volume rongga mulut bertambah, sehingga tekanannya lebih kecil dari tekanan air di sekitarnya. 

Akibatnya, air mengalir ke rongga mulut melalui celah mulut yang pada akhirnya terjadilah proses inspirasi. Bila dasar mulut bergerak ke atas, volume rongga mulut mengecil, tekanannya naik, celah mulut tertutup, sehingga air mengalir ke luar melalui celah insang dan terjadilah proses ekspirasi CO2. Pada saat inilah terjadi pertukaran gas O2 dan CO2.

3) Pernapasan pada ikan paru-paru (Dipnoi)

Pernapasan ikan paru-paru menyerupai pernapasan pada Amphibia. Selain mempunyai insang, ikan paru-paru mempunyai satu atau sepasang gelembung udara seperti paru-paru yang dapat digunakan untuk membantu pernapasan, yaitu pulmosis. Pulmosis banyak dikelilingi pembuluh darah dan dihubungkan dengan kerongkongan oleh duktus pneumatikus. Saluran ini merupakan jalan masuk dan keluarnya udara dari mulut ke gelembung dan sebaliknya, sekaligus memungkinkan terjadinya difusi udara ke kapiler darah.

Ikan paru-paru hidup di rawa-rawa dan di sungai. Ikan ini mampu bertahan hidup walaupun airnya kering dan insangnya tidak berfungsi, karena ia bernapas menggunakan gelembung udara. Ada tiga jenis ikan paru-paru di dunia, yaitu ikan paru-paru afrika, ikan paru-paru amerika selatan, dan ikan paru-paru queensland (Australia).

Pada beberapa jenis ikan, seperti ikan lele, gabus, gurami, dan betok memiliki alat bantu pernapasan yang disebut labirin. Labirin merupakan perluasan ke atas dalam rongga insang, dan membentuk lipatan-lipatan sehingga merupakan rongga-rongga tidak teratur. Rongga labirinberfungsi menyimpan udara (O2), sehingga ikan-ikan tersebut dapat bertahan hidup pada perairan yang kandungan oksigennya rendah. Selain dengan labirin, udara(O2) juga disimpan di gelembung renang yang terletak di dekat punggung.

Ikan bernapas dengan insang. Insang ikan menghirup oksigen dari air seperti paru-paru manusia yang menghirup oksigen dari udara. Kandungan oksigen di udara sekitar 20 kali lebih banyak daripada kandungan oksigen di dalam air. Oleh karena itu, untuk bernapas, organisme air seperti ikan menghabiskan energi sekitar 20 kali lebih banyak daripada hewan-hewan yang menghirup oksigen langsung dari udara.

b. Sistem Pernapasan pada Amphibia

Katak muda (berudu) menggunakan insang untuk mengambil O2 yang terlarut dalam air. Setelah berumur lebih kurang 12 hari, insang luar diganti dengan insang dalam. Setelah dewasa, katak bernapas menggunakan selaput rongga mulut, paru-paru, dan kulit. Selaput rongga mulut dapat berfungsi sebagai alat pernapasan karena tipis dan banyak terdapat kapiler yang bermuara di tempat itu. 
Pada saat terjadi gerakan rongga mulut dan faring, lubang hidung terbuka dan glotis tertutup, sehingga udara berada di rongga mulut dan berdifusi masuk melalui selaput rongga mulut yang tipis.

Pernapasan dengan kulit dilakukan secara difusi. Hal ini karena kulit katak tipis, selalu lembap, dan mengandung banyak kapiler darah. Pernapasan dengan kulit berlangsung secara efektif baik di air maupun di darat. Oksigen (O2) yang masuk lewat kulit akan diangkut melalui vena kulit paru-paru (vena pulmo kutanea) menuju ke jantung untuk diedarkan ke seluruh tubuh. 

Sebaliknya karbon dioksida (CO2) dari jaringan akan dibawa ke jantung, dari jantung dipompa ke kulit dan paru-paru melalui arteri kulit paru-paru (arteri pulmo kutanea). Dengan demikian, pertukaran oksigen dan karbon dioksida terjadi di kulit.

Katak juga bernapas dengan paru-paru, tetapi belum sebaik paru-paru Mammalia. Paru-paru katak berupa sepasang kantung tipis yang elastis sehingga udara pernapasan dapat berdifusi, dan dindingnya banyak dikelilingi kapiler darah sehingga paru-paru katak berwarna kemerahan. Paru-paru dengan rongga mulut dihubungkan oleh bronkus yang pendek. 

Seperti pada ikan, pernapasan pada katak meliputi proses inspirasi dan ekspirasi yang berlangsung pada saat mulut dalam keadaan tertutup. Mekanisme pernapasan ini diatur oleh otot-otot pernapasan, yaitu: otot rahang bawah (submandibularis), sternohioideus, geniohioideus, dan otot perut.

Mekanisme inspirasi dan ekspirasi dijelaskan seperti berikut.

1) Fase inspirasi

Fase inspirasi terjadi bila otot sternohioideus berkontraksi sehingga rongga mulut membesar, akibatnya oksigen masuk melalui koane (celah hidung). Setelah itu, koane menutup, otot submandibularis dan otot geniohioideus berkontraksi, sehingga rongga mulut mengecil. Mengecilnya rongga mulut mendorong oksigen masuk ke paru-paru lewat celah-celah. Dalam paru-paru terjadi pertukaran gas, oksigen diikat oleh darah yang berada dalam kapiler dinding paru-paru, dan sebaliknya karbon dioksida dilepaskan ke lingkungan.

2) Fase ekspirasi

Mekanisme ekspirasi terjadi setelah pertukaran gas di dalam paru-paru, otot rahang bawah mengendur atau berelaksasi, sementara otot perut dan sternohioideus berkontraksi. Hal ini mengakibatkan paru-paru mengecil, sehingga udara tertekan keluar dan masuk ke dalam rongga mulut. Selanjutnya koane membuka, sedangkan celah tekak menutup, sehingga terjadi kontraksi otot rahang bawah yang diikuti berkontraksinya otot geniohioideus. Akibatnya, rongga mulut mengecil dan udara yang kaya karbon dioksida terdorong keluar melalui koane.

c. Sistem Pernapasan pada Reptilia

Paru-paru Reptilia berada dalam rongga dada dan dilindungi oleh tulang rusuk. Paru-paru Reptilia hanya terdiri dari beberapa lipatan dinding yang berfungsi memperbesar permukaan pertukaran gas. Paru-paru kadal, kura-kura, dan buaya lebih kompleks, dengan beberapa belahan-belahan yang membuat paru-parunya bertekstur seperti spon. Paru-paru pada beberapa jenis kadal, misalnya bunglon Afrika, mempunyai pundi-pundi hawa atau kantung udara cadangan sehingga memungkinkan hewan tersebut melayang di udara.

Reptilia bernapas menggunakan paru-paru. Gas O2 dalam udara masuk melalui lubang hidung → rongga mulut → anak tekak → trakea yang panjang → bronkiolus dalam paru-paru. Dari paru-paru, O2 diangkut darah menuju seluruh jaringan tubuh. Dari jaringan tubuh, gas CO2 diangkut darah menuju jantung untuk dikeluarkan melalui paru-paru → bronkiolus → trakea yang panjang → anak tekak → rongga mulut → lubang hidung. Pada Reptilia yang hidup di air, lubang hidung dapat ditutup ketika menyelam.

d. Sistem Pernapasan pada Aves

Pada burung, tempat berdifusinya udara pernapasan terjadi di paru-paru. Paru-paru burung berjumlah sepasang dan terletak dalam rongga dada yang dilindungi oleh tulang rusuk.

Jalur pernapasan (masuknya udara ke dalam tubuh) pada burung berturut-turut sebagai berikut.

1) Dua pasang lubang hidung yang terdapat pada pangkal paruh sebelah atas dan pada langit-langit rongga mulut.

2) Celah tekak yang terdapat pada dasar hulu kerongkongan atau faring yang menghubungkan rongga mulut dengan trakea.

3) Trakea atau batang tenggorok yang panjang, berbentuk pipa, dan disokong oleh cincin tulang rawan.

4) Sepasang paru-paru berwarna merah muda yang terdapat dalam rongga dada. Bagian ini meliputi bronkus kanan dan bronkus kiri yang merupakan cabang bagian akhir dari trakea. 

Dalam bronkus pada pangkal trakea, terdapat sirink (siring), yang pada bagian dalamnya terdapat lipatan-lipatan berupa selaput yang dapat bergetar dan dapat menimbulkan suara. Bronkus bercabang lagi menjadi mesobronkus, yang merupakan bronkus sekunder, dan dapat dibedakan menjadi ventrobronkus (bagian ventral) dan dorsobronkus (bagian dorsal). Ventrobronkus dihubungkan dengan dorsobronkus oleh banyak parabronkus (100 atau lebih). Parabronkus berupa tabung kecil. Di parabronkus bermuara banyak kapiler, sehingga memungkinkan udara berdifusi.

Selain paru-paru, burung biasanya memiliki 4 pasang perluasan paru-paru yang disebut pundi-pundi hawa atau kantung udara (saccus pneumaticus) yang menyebar sampai ke perut, leher, dan sayap. Kantung-kantung udara ini terdapat pada pangkal leher (saccus cervicalis), rongga dada (saccus thoracalis anterior dan posterior), antara tulang selangka atau korakoid (saccus interclavicularis), ketiak (saccus axillaris), dan di antara lipatan usus atau rongga perut (saccus abdominalis). Kantung udara berhubungan dengan paru-paru, berselaput tipis, tetapi tidak terjadi difusi udara pernapasan. Adanya kantung udara mengakibatkan, pernapasan pada burung menjadi efisien.

Kantung udara memiliki beberapa fungsi berikut.

1) Membantu pernapasan, terutama pada waktu terbang, karena menyimpan oksigen cadangan.

2) Membantu mempertahankan suhu badan dengan mencegah hilangnya panas badan secara berlebihan.

3) Membantu memperkeras suara dengan memperbesar ruang siring.

4) Mengatur berat jenis (meringankan) tubuh pada saat burung terbang. Mekanisme pernapasan pada burung dibedakan menjadi dua, yaitu pernapasan waktu istirahat dan pernapasan waktu terbang.

Selain sebagai alat untuk bergerak terbang, sayap juga digerakkan untuk menjaga keseimbangan tubuh. Burung kolibri mampu melayang tanpa melaju di udara dengan mengepakkan sayapnya sebanyak 50 kali atau lebih per detik.

Pada waktu istirahat, tulang rusuk bergerak ke depan, rongga dada membesar, paru-paru mengembang sehingga udara masuk dan mengalir lewat bronkus ke kantung udara bagian belakang, bersamaan dengan itu udara yang sudah ada di kantung udara belakang mengalir ke paru-paru dan menuju kantung udara depan. 
Pada saat tulang rusuk kembali ke posisi semula, rongga dada mengecil sehingga udara dari kantung udara masuk ke paru-paru. Selanjutnya, saat di alveolus, O2 diikat oleh darah kapiler alveolus. Jadi, pengikatan O2 berlangsung pada saat inspirasi maupun ekspirasi.

Pada waktu terbang, inspirasi dan ekspirasi dilakukan oleh kantung-kantung udara. Waktu sayap diangkat ke atas, kantung udara di ketiak mengembang, sedang kantung udara di tulang korakoid terjepit, sehingga terjadi inspirasi (O2 pada tempat itu masuk ke paru-paru). 
Bila sayap diturunkan, kantung udara di ketiak terjepit, sedang kantung udara di tulang korakoid mengembang, sehingga terjadi ekspirasi (O2 pada tempat itu keluar). Makin tinggi burung terbang, makin cepat burung mengepakkan sayapnya untuk mendapatkan oksigen yang cukup banyak.

Udara luar yang masuk, sebagian kecil tetap berada di paru-paru, dan sebagian besar akan diteruskan ke kantung udara sebagai udara cadangan. Udara pada kantung udara dimanfaatkan hanya pada saat udara (O2) di paru-paru berkurang, yakni saat burung sedang mengepakkan sayapnya.

Burung dapat terbang karena memiliki sayap. Adanya kantung udara memungkinkan burung dapat terbang dalam waktu yang lama. Burung layang-layang dapat terbang sejauh sekitar 500.000 km dan menghabiskan waktu hidupnya di udara. Hal ini dapat terjadi dengan adanya sistem pernapasan yang baik dan penggunaan oksigen secara efisien.

e. Sistem Pernapasan pada Mammalia

Mammalia bernapas menggunakan paru-paru. Sistem pernapasan pada hewan mamalia sama dengan sistem pernapasan pada manusia. Gas O2 masuk ke dalam tubuh melalui lubang hidung → faring →laring → trakea → bronkus → paru-paru. Kemudian gas O2 dari paru-paru diangkut darah ke jantung. Dari jantung, gas O2 diedarkan ke seluruh jaringan tubuh oleh darah. Dari jaringan tubuh, gas CO2 diangkut menuju jantung → paruparu, dan keluar melalui organ-organ yang sama pula.

artikel ini disalin lengkap dari: http://www.materisma.com/2014/05/sistem-pernapasan-pada-hewan-vertebrata.html
halaman utama website: http://www.materisma.com/
jika mencari artikel yang lebih menarik lagi, kunjungi halaman utama website tersebut. Terimakasih!