TEGANGAN PERMUKAAN DAN

SURFAKTAN DI ALVEOLUS

Oleh:WULAN OKTAVIANI

NIM 04122511051BKU FISIOLOGI KEDOKTERAN

PROGRAM PASCA SARJANA ILMU BIOMEDIK

FAKULTAS KEDOKTERAN

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2013

I. PENDAHULUAN

Fluida adalah zat yang dapat mengalir misalnya zat cair dan gas. Fluida

memiliki sifat tidak menolak perubahan bentuk dan kemampuan mengalir. sifat

ini dikarenakan tidak dapat mengadakan tegangan geser dalam ekuilibrium statis.

Konsekuensi dari sifat ini adalah Hukum Pascal yang menekankan pentingnya

tegangan dalam mengarakteristisasi bentuk fluid. Sehingga fluida adalah zat yang

mampu terdeformasi secara berkesinambungan dengan mudah walaupun hanya

diberi tegangan geser sedikit (Cameron 1999).

Fluida statis yaitu materi yang mempelajari tentang fluida yang tetap

berdiam di tempatnya dan tak ada yang bergerak atau berpindah. Sedangkan

fluida dinamis adalah materi yang mempelajari fluida yang sedang bergerak.

Di dalam tubuh terdapat fluida yang tetap maupun yang bergerak. Fluida

ini biasanya mengisi bagian atau rongga tertentu dalam tubuh. Kebanyakan

sebagai zat pengisi dalam sel (sitoplasma), tetapi ada juga yang mengisi rongga

alveoli pada paru – paru. Cairan yang mengisi alveolus tentu saja mempunyai

tegangan permukaan tertentu seperti fluida lain (Gabriel 1988).

II. ISI

Alveolus

Salah satu unit fungsional paru adalah alveoli. Ada lebih dari seribu

alveolus di tiap paru – paru. Alveoli adalah kantong kecil berisi udara yang

melakukan difusi oksigen, karbondiksida, dan gas lainnya.

Jumlah alveolus yang sangat banyak pada masing – masing paru – paru

menjamin ketersedian area yang cukup untuk difusi gas. Jika aliran udara masuk

ke dalam alveolus terhambat, alveolus akan kolaps dan tidak mampu melakukan

pertukaran gas. Jika pertukaran gas terhambat, individu bisa mengalami hipoksia

atau tidak sadar, bahkan kematian (Shier 2007).

Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan adalah gaya persatuan panjang yang harus

dikerjakan sejajar permukaan untuk mengimbangi gaya tarikan ke dalam pada

cairan (White 1974).

Surfaktan dan Efeknya Terhadap Tegangan Permukaan di Alveolus

Sel – sel tertentu dalam alveolus yang disebut sel epitel alveolus tipe II

memproduksi suatu cairan penting yang disebut surfaktan yang membantu

mengurangi tegangan permukaan alveolus sehingga alveolus mudah

dikembangkan. Surfaktan adalah fosfolipid yang bekerja seperti detergen untuk

memisahkan molekul – molekul air dalam alveolus sehingga melemahkan ikatan

di antara molekul tersebut. Hal ini menurunkan tegangan permukaan dan

kecenderungan pembuluh untuk kolaps (Tuszynski 2002). Senyawa ini terdiri dari

fosfolipid (hampir 90% bagian), berupa Dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC)

yang juga disebut lesitin, dan protein surfaktan sebagai SPA, SPB, SPC dan SPD

(10% bagian). DPPC murni tidak dapat bekerja dengan baik sebagai surfaktan

pada suhu normal badan 37°C, diperlukan fosfolipid lain (mis. fosfatidil-gliserol)

dan juga memerlukan protein surfaktan untuk mencapai air liquid-interface dan

untuk penyebarannya keseluruh permukaan. SPA dan SPD merupakan protein

surfaktan yang hidrofilik yang berperan dalam imunitas (meningkatkan

kemampuan fagositosis makrofag terhadap bakteri dan virus) dan terlibat dalam

negative feedback mechanism untuk mengontrol produksi surfaktan. Sedangkan

SPB dan SPC merupakan protein surfaktan yang hidrofobik yang memungkinkan

surfaktan untuk menyebar di permukaan alveolus.

Alveoli secara fisik mirip dengan jutaan gelembung yang terhubung satu

sama lain. Alveoli memiliki kecenderungan mengecil karena tegangan permukaan

dari lapisan cairannya yang unik. Lapisan ini merupakan suatu jenis surfaktan,

sangat penting untuk fungsi paru. Tidak adanya surfaktan pada beberapa neonatus,

terutama bayi premature, menyebabkan sindrom distress pernapasan (RDS)

idiopatik atau penyakit membran hialin (Cameron 1999).

Untuk memahami fisika alveolus, kita perlu memahami fisika gelembung.

Tekanan di dalam gelembung berbanding terbalik dengan jari – jari dan

berbanding lurus dengan tegangan permukaan γ (gamma). Hubungan pastinya

adalah , suatu bentuk dari hukum Laplace. Perhatikan gelembung sabun

pada mulut sebuah tabung yang dipisahkan oleh sebuah katup, seperti gambar.

(Poullis 1990)

Karena gelembung kecil mempunyai tekanan internal lebih besar (R lebih

kecil), gelembung tersebut akan menyalurkan udara ke dalam gelembung besar.

Walaupun alveolus tidak sama persis dengan gelembung sabun, alveolus yang

lebih kecil cenderung kolaps. Keadaan dimana banyak dari alveolus yang kolaps

disebut atelektasis. Penyebab mengapa tidak banyak alveolus yang kolaps adalah

adanya tegangan permukaan (surface tension) yang khas dari surfaktan (Gabriel

1988).

Tegangan permukaan γ suatu cairan dapat diketahui dengan mengukur

berapa besar gaya yang diperlukan untuk menarik sebuah lingkaran kawat dari

permukaan cairan yang bersih. Tegangan permukaan pertemuan permukaan air-

udara 72 x 10-5 N/m. untuk pertemuan plasma-udara sekitar 40 sampai 50 x 10-5

N/m, sedangkan tegangan permukaan larutan detergen-udara berkisar dari 25

sampai 45 x 10-5 N/m. ukuran kualitatif suatu tegangan permukaan diukur dari

berapa lama gelembung kecil dari suatu cairan dapat bertahan. Semakin rendah

tegangan permukaan, semakin lama gelembung bertahan. Pengamatan

menunjukkan bahwa gelembung yang dikeluarkan dari paru bersifat sangat stabil,

bisa bertahan berjam – jam. Dapat disimpulkan bahwa gelembung tersebut

memiliki tegangan permukaan yang sangat rendah sehingga tekanan di dalam

gelembung juga rendah (White 1974).

Tegangan permukaan surfaktan yang melapisi alveolus orang sehat

berperan sangat penting dalam fungsi paru. Tegangan permukaan surfaktan

tidaklah konstan.

(Poullis 1990)

Kurva tersebut menunjukkan tegangan permukaan sebuah film/lapisan

ekstrak paru normal yang mengandung surfaktan. Perhatikan penurunan besar γ

seiring berkurangnya luas permukaan. Karakteristik ini menyebabkan tegangan

permukaan alveolus mengecil seiring dengan mengecilnya alveolus saat ekspirasi.

Untuk masing – masing alveolus terdapat suatu ukuran saat tegangan

permukaannya turun cukup cepat sehingga tekanan mulai menurun bukan terus

meningkat, dan hal ini menyebabkan alveolus menjadi stabil sekitar seperempat

dari ukuran maksimumnya. Alveolus yang tidak dilapisi surfaktan, seperti pada

bayi RDS, kolaps seperti gelembung kecil, dan diperlukan tekanan yang cukup

besar untuk membukanya kembali. Bayi dengan RDS mungkin tidak mempunyai

energi untuk bernapas dengan paru yang keregangannya rendah. Salah satu

terapinya adalah bernapas dengan tekanan positif untuk membantu membuka

alveolus.

Kurva P-V untuk potongan paru manusia

(Poullis 1990)

Apabila paru kolaps total, diperlukan tekanan cukup besar untuk mulai

mengembangkannya, serupa dengan upaya ekstra untuk mulai meniup balon karet.

Dari titik ini, paru mengembang dengan agak mudah sampai mendekati ukuran

maksimumnya. Kurva tekanan saat deflasi berbeda dengan saat inflasi. Saat

tekanan turun menjadi nol, paru tetap menahan sebagian udara. Diperlukan

tekanan yang lebih kecil untuk mengembangkan paru lagi, walaupun reinflasi

tidak akan mengikuti kurva deflasi. Proses siklis dengan kurva – kurva yang

berlainan diikuti oleh dua belahan dari siklus dikatakan memperlihatkan histerisis.

Daerah di bawah lengkung sebanding dengan energi yang hilang sebagai panas

selama siklus.

III. KESIMPULAN

Berdasarkan uraian yang telah ditulis, dapat ditarik kesimpulan bahwa

tegangan permukaan pada alveolus dapat direduksi menjadi hampir

seperempatnya karena adanya zat khas yang disebut surfaktan. Karena tegangan

permukaan surfaktan yang tidak konstan mengakibatkan alveolus bisa bekerja

dengan fleksibel sehingga tidak terjadi kolaps (atelektasis). Surfaktan bekerja

seperti detergen dalam air, yaitu memisahkan molekul – molekul air sehingga

tegangan permukaannya berkurang. Secara singkat surfaktan di alveolus memiliki

fungsi sebagai berikut:

- Berperan dalam pengaturan ukuran alveolus

- Menjaga agar paru-paru tidak kolaps pada akhir ekspirasi

- Berperan dalam pulmonary host defense.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2000. Sistem Respirasi pada Manusia[terhubung berkala]

http://bebas.ui.ac.id/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/Praweda/Biologi/

0075%20Bio%202-8b.htm (Jumat 14 Oktober 2011).

Anonim. 2009. Atelectasis[terhubung berkala]

http://www.lhsc.on.ca/Patients_Families_Visitors/CCTC/Words/atelec.htm

(Jumat 14 Oktober 2011)

Cameron J R, Skofronik J G, Grant R M. 1999. Fisika Tubuh Manusia. Jakarta:

Penerbit Buku Kedokteran EGC.

Corwin E J. 2008. Handbook of Pathophysiology. USA: Lippincott Williams and

Wilkins.

Gabriel J F. 1988. Fisika Kedokteran. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.

Poullis M. 1990. Forces Involved in Mechanic of Ventilations[terhubung berkala]

http://www.mpoullis.net/bsphysiol/pulmonary%20physiology/Pulmonary

%20Physiology4_files/mechanics_ventilation.html (Jumat 14 Oktober

2011).

Shier D B J and Lewis R. 2007. Hole's Human Anatomy and Physiology, 11th

Edition. Boston: McGraw-Hill and Company.

Sloane E. 1994. Anatomy and Physiology: An Easy Learner. Sudbury: John and

Barlett Publishers.

Tuszynski J A and Dixon J M. 2002. Biomedical Applications of Introductory

Physics. USA: Wiley Publishers.

White D C S. 1974. Biological Physics. London: Chapman and Hall.