Biologi notesnota, bab 8
Sistem Respirasi dalam Manusia dan Haiwan
Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), pageshalaman 126-141
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh mengenal pasti struktur respirasi dalam serangga, ikan, amfibia dan manusia (8.1.1)
- Saya boleh memerihalkan penyesuaian struktur respirasi dan fungsinya dalam pertukaran gas bagi haiwan dan manusia (8.1.2)
- Saya boleh membanding dan membezakan struktur respirasi manusia dengan haiwan (8.1.3)
- Saya boleh membanding dan membezakan mekanisme pernafasan dalam manusia dengan haiwan (8.2.1)
- Saya boleh berkomunikasi tentang respirasi luar dan respirasi dalam, iaitu pertukaran gas antara peparu dengan darah, antara darah dengan tisu, dan pengangkutan gas respirasi (8.3.1)
- Saya boleh bercerita tentang kesan COPD (asma, bronkitis kronik dan emfisema) terhadap sistem respirasi manusia (8.4.1)
8.1Jenis sistem respirasi
Struktur respirasi ialah permukaan respirasi yang membolehkan pertukaran gas berlaku antara sel organisma dengan persekitaran luar. Pernafasan ialah proses tarikan nafas dan hembusan nafas yang berulang.
Organisma unisel seperti Amoeba sp. tidak memerlukan struktur respirasi khas kerana nisbah jumlah luas permukaan kepada isi padu (JLP/I) yang besar membolehkan gas meresap melalui permukaan badan. Semakin besar saiz organisma, semakin kecil nisbah JLP/I, kerana isi padu badan yang memerlukan oksigen bertambah lebih daripada jumlah luas permukaannya. Organisma besar dan kompleks perlu ada struktur respirasi khas.
Ciri penyesuaian struktur respirasi organisma besar (8.1.2)
- Nisbah JLP/I yang besar untuk pertukaran gas yang cekap.
- Nipis, iaitu setebal satu sel, supaya gas meresap dengan mudah.
- Permukaan sentiasa lembap supaya gas respirasi melarut di dalamnya.
- Dilengkapi jaringan kapilari darah (melainkan serangga) untuk mengangkut gas dengan cekap.
Serangga: sistem trakea
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 129.
- Udara masuk melalui spirakel, iaitu liang kecil pada toraks dan abdomen, ke dalam sistem tiub udara yang dipanggil trakea.
- Trakea bercabang menjadi salur yang lebih halus, iaitu trakeol. Trakeol ialah permukaan respirasi. Bilangannya yang banyak memberikan jumlah luas permukaan yang besar, dan dindingnya nipis serta lembap, jadi oksigen meresap ke dalam sel dan karbon dioksida meresap keluar dengan cepat.
- Sesetengah serangga mempunyai kantung udara yang berisi udara untuk mempercepat penghantaran gas semasa pergerakan badan yang cergas.
- Udara dihantar terus ke sel, maka serangga tidak memerlukan darah atau sistem pengangkutan untuk mengangkut gas respirasi.
Ikan: insang
Insang terdiri daripada barisan filamen yang disokong oleh lengkung insang. Setiap filamen mempunyai banyak unjuran nipis dan pipih yang disebut lamela. Bilangan filamen dan lamela yang banyak memberikan jumlah luas permukaan yang besar. Membran lamela yang nipis dibekalkan dengan banyak kapilari darah untuk memudahkan resapan dan pengangkutan oksigen dan karbon dioksida.
Katak: kulit dan peparu
| Struktur | Apabila digunakan | Penyesuaian |
|---|---|---|
| Kulit | Keadaan kurang aktif | Nipis dan sangat telap terhadap gas; lembap supaya gas melarut; banyak jaringan kapilari darah di bawah kulit |
| Peparu | Keadaan aktif | Permukaan berlipat-lipat untuk menambah jumlah luas permukaan; membran nipis; dinding sentiasa lembap; kaya dengan jaringan kapilari darah |
Manusia: alveolus
- Bilangan alveolus yang banyak menyediakan jumlah luas permukaan yang besar.
- Dinding alveolus sentiasa lembap, jadi oksigen dan karbon dioksida melarut dengan mudah lalu meresap melalui dinding ke dalam kapilari darah.
- Alveolus dilingkari jaringan kapilari darah yang banyak untuk mempercepat resapan.
- Dinding alveolus setebal satu sel memudahkan resapan gas (8.1.1).
Perbandingan struktur respirasi (8.1.3)
Persamaan: semua struktur respirasi mempunyai nisbah JLP/I yang besar, nipis, sentiasa lembap, dan dilengkapi jaringan kapilari darah (melainkan serangga).
| Ciri | Serangga | Ikan | Katak | Manusia |
|---|---|---|---|---|
| Struktur respirasi | Trakeol | Filamen dan lamela insang | Kulit dan peparu | Alveolus |
| JLP/I besar kerana | Bilangan trakeol yang banyak | Bilangan filamen dan lamela yang banyak | Permukaan dalam peparu berlipat-lipat; seluruh permukaan kulit | Bilangan alveolus yang banyak |
| Kapilari darah | Tiada | Ada | Ada | Ada |
Serangga tidak menggunakan darah untuk mengangkut oksigen. Udara mengalir terus melalui sistem trakea ke sel.
Seekor ikan tersangkut pada jaring dan insangnya terkoyak. Ramalkan apa yang berlaku dan terangkan.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Jumlah luas permukaan insang berkurang, maka kurang oksigen meresap ke dalam darah dan ikan boleh lemas (kekurangan oksigen).
8.2Mekanisme pernafasan
Mekanisme pernafasan berbeza antara haiwan dan manusia, tetapi semuanya melibatkan perubahan isi padu dan tekanan dalam rongga pernafasan (8.2.1).
Serangga
- Tarikan nafas: otot abdomen mengendur, tekanan udara dalam trakea menurun dan udara masuk melalui spirakel.
- Hembusan nafas: otot abdomen mengecut, tekanan udara dalam trakea meningkat dan udara dipaksa keluar melalui spirakel.
Ikan
| Tarikan nafas (mulut dibuka) | Hembusan nafas (mulut ditutup) | |
|---|---|---|
| Dasar rongga mulut | Diturunkan | Dinaikkan |
| Ruang operkulum dan bukaan operkulum | Ruang dibesarkan, bukaan ditutup | Otot operkulum mengendur, ruang dikecilkan, bukaan dibuka |
| Tekanan dalam rongga mulut | Berkurang | Lebih tinggi daripada tekanan di luar |
| Aliran air | Air yang mengandungi oksigen terlarut masuk ke dalam mulut | Air mengalir melalui lamela insang (pertukaran gas secara resapan), kemudian keluar melalui bukaan operkulum |
Katak (keadaan aktif)
- Tarikan nafas: mulut dan glotis tertutup, dasar rongga mulut diturunkan; tekanan udara yang rendah menarik udara masuk ke dalam rongga mulut melalui lubang hidung.
- Udara ke peparu: glotis terbuka, lubang hidung tertutup, dasar rongga mulut naik; tekanan yang meningkat menolak udara ke dalam peparu.
- Hembusan nafas: peparu mengecut (dibantu tekanan abdomen dan kekenyalan peparu); sebahagian udara keluar melalui lubang hidung dan selebihnya bercampur dengan udara dalam rongga mulut.
Manusia
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 134.
| Perkara | Tarikan nafas | Hembusan nafas |
|---|---|---|
| Otot interkosta | Luar mengecut, dalam mengendur | Luar mengendur, dalam mengecut |
| Sangkar rusuk | Dinaikkan ke atas dan ke depan | Digerakkan ke bawah dan ke dalam |
| Diafragma | Mengecut, turun ke bawah, menjadi leper dan mendatar | Mengendur, melengkung ke atas, berbentuk kubah |
| Isi padu rongga toraks | Bertambah | Berkurang |
| Tekanan rongga toraks | Berkurang; tekanan atmosfera yang lebih tinggi di luar mendesak udara masuk ke dalam peparu | Bertambah; udara didesak keluar daripada peparu |
Perbandingan mekanisme pernafasan
| Ciri | Serangga | Ikan | Katak | Manusia |
|---|---|---|---|---|
| Liang pernafasan | Spirakel | Mulut dan operkulum | Lubang hidung | Lubang hidung |
| Struktur yang membantu | Toraks, abdomen | Operkulum dan rongga mulut berotot | Rongga mulut berdinding otot | Diafragma, sangkar rusuk, otot interkosta |
| Mekanisme | Pengecutan dan pengenduran otot abdomen | Pergerakan dasar rongga mulut dan otot operkulum | Pergerakan pantas dasar rongga mulut dan kekenyalan peparu | Otot interkosta dan diafragma, serta pergerakan sangkar rusuk |
Tekanan rendah menarik udara atau air masuk; tekanan tinggi menolaknya keluar. Ingat: tarikan nafas manusia = isi padu bertambah, tekanan berkurang.
Nyatakan dua perbezaan antara mekanisme pernafasan ikan dengan manusia.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Ikan bernafas melalui mulut dan operkulum, manusia melalui lubang hidung. Ikan dibantu oleh dasar rongga mulut dan otot operkulum, manusia oleh diafragma, sangkar rusuk dan otot interkosta. (Mana-mana dua.)
8.3Pertukaran gas dalam manusia
Gas meresap menuruni kecerunan tekanan separa: dari kawasan tekanan separa tinggi ke kawasan tekanan separa rendah.
Tekanan separa oksigen dalam atmosfera
Pada aras laut, tekanan atmosfera ialah 760 mm Hg dan udara mengandungi 21% oksigen (mengikut isi padu).Tekanan separa oksigen = 0.21 × 760 = 159.6, iaitu kira-kira 160 mm Hg.
Respirasi luar: peparu dan darah
- Darah yang masuk ke peparu melalui arteri pulmonari mempunyai tekanan separa oksigen yang rendah dan tekanan separa karbon dioksida yang tinggi.
- Oksigen meresap dari alveolus (tekanan separa tinggi) ke dalam kapilari peparu, lalu bergabung dengan hemoglobin dalam eritrosit membentuk oksihemoglobin.
- Karbon dioksida meresap keluar dari kapilari peparu ke dalam alveolus dan disingkirkan melalui hidung dan mulut.
- Darah yang meninggalkan peparu melalui vena pulmonari mempunyai tekanan separa oksigen yang tinggi dan karbon dioksida yang rendah.
Respirasi dalam: darah dan tisu
- Respirasi sel menggunakan oksigen dan membebaskan karbon dioksida, maka tekanan separa oksigen dalam sel badan rendah dan karbon dioksida tinggi.
- Oksihemoglobin terurai dan oksigen meresap dari kapilari tisu ke dalam sel badan.
- Karbon dioksida meresap dari sel badan ke dalam kapilari tisu dan diangkut kembali ke peparu.
Pengangkutan karbon dioksida
| Bentuk pengangkutan | Peratus |
|---|---|
| Ion bikarbonat (HCO3–) | 70% |
| Karbaminohemoglobin (bergabung dengan hemoglobin) | 23% |
| Karbon dioksida terlarut sebagai asid karbonik (H2CO3) | 7% |
- Dari sel badan ke kapilari tisu: CO2 berpadu dengan H2O dalam eritrosit membentuk H2CO3, dimangkinkan oleh enzim karbonik anhidrase. H2CO3 terurai kepada HCO3– dan H+. HCO3– meresap ke dalam plasma darah dan diangkut ke peparu.
- Dari kapilari peparu ke alveolus: HCO3– dalam plasma meresap semula ke dalam eritrosit dan bergabung dengan H+ membentuk H2CO3. H2CO3 terurai menjadi CO2 dan air. CO2 meresap ke dalam alveolus dan disingkirkan semasa hembusan nafas.
Oksigen diangkut terutamanya sebagai oksihemoglobin, tetapi karbon dioksida diangkut terutamanya sebagai ion bikarbonat (70%), bukan sebagai oksihemoglobin.
Mengapakah oksigen meresap dari alveolus ke dalam kapilari peparu?
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Tekanan separa oksigen dalam alveolus lebih tinggi daripada dalam kapilari peparu, maka oksigen meresap menuruni kecerunan tekanan separa.
8.4Isu kesihatan berkaitan sistem respirasi manusia
Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) ialah penyakit yang merangkumi asma, bronkitis kronik dan emfisema (8.4.1).
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 138.
| Penyakit | Apa yang berlaku | Kesan |
|---|---|---|
| Asma | Dinding bronkiol menjadi bengkak dan menebal; bukaan tiub bronkiol kecil dan laluan udara sempit | Pernafasan sukar, pesakit sesak nafas |
| Bronkitis kronik | Bronkiol radang, bengkak dan tersumbat; mukus yang banyak terbentuk; silium yang rosak menyukarkan penyingkiran mukus | Aliran udara berkurang, pernafasan sukar, batuk berterusan |
| Emfisema | Dinding alveolus rosak; alveolus hilang kekenyalan dan saiznya bertambah | Jumlah luas permukaan alveolus berkurang, pertukaran gas kurang efisien |
Terangkan mengapa pertukaran gas kurang efisien bagi pesakit emfisema.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Dinding alveolus rosak, alveolus hilang kekenyalan dan saiznya bertambah, maka jumlah luas permukaan alveolus berkurang dan kurang oksigen meresap ke dalam darah.