Keajaiban Saat Bernapas

Janin hidup dalam perut seorang ibu pada sebuah cairan khusus. Agar cairan ini tidak masuk dan memenuhi paru-parunya, maka janin tidak bernapas. Ketika lahir, bayi harus segera melakukan napas pertamanya. Kondisi lingkungan luar yang sangat berbeda dengan kondisi di dalam perut ibu menjadi sarana bagi bayi untuk mengambil napas pertamanya. Kondisi bayi yang membutuhkan oksigen, kedinginan, dan merasa kesakitan barangkali dapat diperhitungkan sebagai unsur-unsur penting yang memicu proses pengambilan napasnya, tetapi meski terdapat penelitian yang jumlahnya tak terhitung banyaknya, ilmu pengetahuan masih belum bisa mengetahui bagaimana proses pengambilan napas pertama pada bayi terjadi. Sang Maha Pencipta senantiasa menunjukkan bagaimana mukjizat-mukjizat terus terjadi pada tubuh seorang manusia setiap waktunya.

Agar bisa bernapas, kontraksi diafragma dan perintah-perintah yang merangsang otot-otot pernapasan lainnya (sinyal elektrik) datang dari pusat pernapasan yang terdapat pada struktur di bagian bawah batang otak dan daerah yang ada di atasnya (medulla oblongata dan pons). Otot-otot pada tangan, lengan, dan betis tak akan bisa berkontraksi tanpa perintah dari otak. Otot ditempatkan untuk menjadi sebab bagi gerakan-gerakan yang kita lakukan. Akan tetapi, otot-otot pernapasan disampaikan melalui perintah-perintah ritmis di luar kehendak kita (bahkan saat kita tidur dan koma sekalipun). Perintah-perintah pada pusat pernapasan ini masih belum bisa dipahami bagaimana sumbernya.

Sinyal elektrik pada otak yang berkaitan dengan napas bermula bersamaan dengan proses kelahiran seeorang, berkat izin Allah Subhanahu wa ta’ala akan terus berlangsung hingga datangnya kematian. Hal ini dapat kita jelaskan dengan permisalan berikut: Misalnya Anda sedang berada di sebuah pulau tak berpenghuni dan tidak memiliki korek api. Supaya api yang sudah menyala tidak padam, sedemikian rupa kita akan terus menambahkan kayu bakar pada api tersebut. Mirip dengan hal ini, sinyal elektrik pada pusat pernapasan berpindah dari neuron yang satu ke neuron lainnya, menyampaikan pada otot-otot pernapasan dengan selang waktu tertentu dan di luar kesadaran, kita akan terus mengambil napas hingga kita meninggal kelak.

Pada pusat pernapasan, terdapat tiga sub-pusat yang berbeda:

Kelompok pernapasan belakang (dorsal): dengan adanya sinyal-sinyal ritmis yang bersumber dari daerah ini, maka pernapasan saat istirahat dapat terjadi. Bagaimana sinyal-sinyal ritmis ini muncul di luar kehendak kita masih belum diketahui. Pada waktu istirahat, kontraksi pada otot diafragma pun sudah cukup.

Alveolus pada paru-paru yang memiliki kurang lebih 300 juta gelembung udara, akan dipenuhi udara ketika kita menarik napas. Dindingnya amat tipis, dan ketika menggelembung, ia akan dapat meletus seperti balon yang ditiup berlebihan. Oleh karena itu, sinyal-sinyal yang berasal dari kelompok pernapasan dorsal berbeda dari sinyal-sinyal yang menuju otot-otot lainnya. Biasanya sinyal dari otak yang datang menuju otot bersifat kuat, sehingga otot akan segera berkontraksi ketika terstimulus olehnya. Padahal proses mengembangnya paru-paru lambat dan bertahap. Untuk mencegah robeknya alveolus, maka paru-paru akan mengembang perlahan. Hal ini disebut sebagai sinyal inspirasi landai (ramp signal). Jika tidak ada sinyal inspirasi landai, maka hanya dengan satu stimulus saja, alveoli akan menggelembung dipenuhi udara sehingga dapat menyebabkan dindingnya robek. Dinding alveoli paru-paru benar-benar sangat tipis, karena hal ini membantu mempermudah pertukaran karbon dioksida dari darah ke udara dan oksigen dari udara ke darah. Allah subhânahu wa ta’âla menciptakan segala sesuatu terukur dan penuh dengan perhitungan. Tidak ada satu pun makhluk yang muncul dengan sendirinya ke dunia dan makhluk bukan pula karya ciptaan alam atau sebab-sebab yang tak memiliki kesadaran. Penempatan mekanisme-mekanisme ini pada tubuh manusia membutuhkan ilmu, kekuasaan, dan kehendak yang tanpa batas dan tanpa cela.

Kelompok pernapasan depan (ventral): Kelompok ini tidak aktif ketika pernapasan dalam kondisi istirahat. Ketika tidur atau dalam keadaan duduk dan tidak melakukan aktivitas apapun, yang akan aktif hanya kelompok pernapasan belakang (dorsal) dan otot diafragma. Kelompok pernapasan depan hanya berperan saat proses pengambilan napas yang dalam. Ketika berlari, berolahraga, naik tangga, ataupun mengerjakan aktivitas yang berat, kita memerlukan napas ekstra. Pada keadaan ini, hanya mengandalkan kontraksi diafragma saja tidaklah mencukupi sehingga otot-otot pernapasan yang terdapat pada dada depan juga perlu dilibatkan.

Pusat yang bertanggung jawab mengatur kecepatan pernapasan (Pusat pneumotaksik): Pusat pneumotaksik akan mengakhiri kegiatan bernapas yang dikelola oleh kelompok pernapasan belakang, yakni mempersingkat masa pengambilan napas tersebut. Apabila pusat pneumotaksik tak ada, sinyal inspirasi landai akan terus berlanjut dan orang tersebut akan mengakhiri proses pengambilan napas tanpa dapat menghembuskan napasnya. Pusat pneumotaksik yang merupakan salah satu di antara nikmat tak terhingga yang diberikan kepada kita oleh Rabb yang Mahamulia, sehingga melalui mekanisme yang mempersingkat masa pengambilan napas, jumlah (frekuensi) napas kita pun bertambah. Apabila pusat pneumotaksik bekerja optimal, maka dalam satu menit kita dapat bernapas hingga 200 kali. Di sisi lain, apabila pusat pneumotaksik tidak bekerja, maka jumlah napas dalam satu menit dapat turun hingga 4 atau 5 kali saja. Artinya pusat pneumotaksik menghalangi terjadinya “apnea”. Apnea adalah keadaan di mana proses pernapasan berhenti disebabkan seseorang tidak mampu mengendalikan proses pengambilan napasnya dan hal tersebut dapat menyebabkan kematian. Sebuah keadaan yang memerlukan penanganan lebih lanjut.

Di samping itu, pusat pneumotaksik mencegah kita mengambil napas dalam jangka panjang sekaligus mencegah pecahnya alveoli yang berdinding tipis sehingga dengan kondisi ini ia menjalankan tugas sangat fundamental. Dalam setiap hembusan napas sesungguhnya kita senantiasa berhadapan dengan banyak keajaiban. Sayangnya seringkali kita tidak menyadarinya. Akan tetapi, ketika masalah-masalah kesehatan seperti apnea atau pneumotoraks (terkumpulnya udara pada rongga pleura) muncul, barulah arti penting dari nikmat bernapas tersebut dapat dipahami.

Pernapasan Ketika Bergerak dan Tidur

Bergerak, bekerja, dan berolahraga menyebabkan napas kita lebih dalam dan lebih banyak. Kalau begitu, mengapa ketika kita berolahraga napas menjadi lebih dalam dan sering? Untuk mendukung manusia saat bergerak, terdapat dua mekanisme penting pada mekanisme pernapasan. Yang pertama: Ketika seseorang mulai beraktivitas, saat sinyal stimulus dikirimkan menuju otot, di waktu yang sama otak juga mengirimkan perintah ke pusat pernapasan. Jadi tanpa disadari, ketika seseorang memutuskan untuk berlari, maka secara otomatis napasnya akan semakin dalam dan sering.

Yang kedua: ketika seseorang mulai bergerak, sinyal yang sesuai dikirimkan dari persendian menuju pusat pernapasan. Jadi, karena proporsi kebutuhan oksigen lebih banyak saat beraktivitas, maka sinyal-sinyal tertentu yang sesuai dengan beratnya aktivitas yang kita kerjakan akan berangkat menuju pusat pernapasan yang ada di otak. Pengiriman sinyal ini berefek pada bertambahnya kecepatan dan kedalaman napas. Pengaruh dari dua mekanisme ini adalah stabilnya kadar oksigen, karbondioksida, dan pH darah seseorang saat sedang berolahraga ataupun melakukan aktivitas berat lainnya.

Sedangkan pada waktu tidur, semua organ dan sistem tubuh kita juga beristirahat, sehingga pernapasan pun melambat. Peningkatan napas ketika beraktivitas serta penurunan napas ketika tidur, terjadi berkat pusat pernapasan yang ada di otak. Akan tetapi mekanisme seperti apa yang sebenarnya terjadi belum benar-benar diketahui dengan sempurna. Mirip dengan sinyal-sinyal ritmis pada jantung, tetapi melalui mekanisme yang betul-betul berbeda, pada pengiriman perintah-perintah ritmis menuju otot-otot pernapasan di mana ia mengatur kecepatan dan dalamnya pernapasan.

Pengendalian Kimiawi Pernapasan

Sebagaimana telah dibahas sebelumnya, meskipun seseorang sedang tidur ataupun mengerjakan aktivitas berat, melalui pengaturan pola pernapasan maka konsentrasi oksigen dan karbondioksidanya akan senantiasa stabil. Apabila disebabkan suatu penyakit ataupun sebab lainnya kemudian terjadi penurunan jumlah oksigen maupun kenaikan jumlah karbondioksida, maka pada saat itu reseptor-reseptor kimiawi tubuh akan mengambil peran. Pada tubuh kita, reseptor-reseptor kimiawi terdapat di dua tempat: Pertama, tepat pada bagian bawah pusat pernapasan di otak, yang disebut “area kemosensitif”. Bagian ini bertanggung jawab untuk menangani kadar karbon dioksida berlebihan dan kerusakan pada pH darah yang diakibatkan olehnya. Apabila kadar karbon dioksida darah berlebih, maka ia akan masuk ke jaringan otak. Pada otak, karbon dioksida akan berikatan dengan air dan membentuk asam karbonat (H2CO3). Di otak, asam karbonat ini akan terurai menjadi ion bikarbonat (HCO3–) dan hidrogen (H+). Area kemosensitif merespons kelebihan ion hidrogen ini dan bertanggung jawab menginformasikan keadaan abnormal tersebut pada pusat pernapasan. Oleh karena itu, apabila kadar karbon dioksida dalam darah bertambah atau pH jaringan otak menurun (kadar hidrogen bertambah), mekanisme pernapasan akan meningkatkan kedalaman dan kecepatan bernapas untuk mendorong pengeluaran karbon dioksida ke luar dari tubuh kita. Peningkatan kadar karbon dioksida dalam darah akan memicu koma yang dapat berakhir dengan kematian.

Kedua, ia terdapat pada dinding pembuluh arteri (aorta dan karotis). Reseptor-reseptor kimia yang terdapat pada pembuluh arteri sangat sensitif terhadap pengurangan jumlah oksigen di dalam darah kita. Ketika kadar oksigen dalam darah berkurang, mereka akan segera mengirimkan informasi ini ke pusat pernapasan. Berkat hal ini, akan terjadi peningkatan kecepatan dan kedalaman pernapasan sehingga kekurangan jumlah oksigen dapat segera diatasi.

Melalui mekanisme ini, seseorang dapat dengan mudah menangani kelebihan dan kekurangan oksigen ataupun karbon dioksida tanpa masalah, sehingga kita dibuat dapat melanjutkan kehidupan. Adalah menjadi tugas kita untuk mengetahui dan menyadari semua mekanisme ini serta bersyukur dikarenakan hal tersebut.

Penulis adalah seorang ahli di bidang Metallurgi dan Material

Artikel Keajaiban Saat Bernapas pertama kali tampil pada Majalah Mata Air.