Proses Pertukaran Oksigen dan Karbondioksida

Manusia menghirup udara untuk memperoleh O₂ (oksigen) dan menghembuskan udara pernapasan untuk melepaskan CO₂ ke luar tubuh. O₂ diperlukan dalam proses metabolisme untuk menghasilkan energi, sedangkan CO₂ dihasilkan dari proses metabolisme itu sendiri. Darah merupakan perantara yang menjadi agen dalam pertukaran O₂ dan CO₂ dalam paru-paru dan jaringan tubuh. Dalam hubungannya dengan pertukaran O₂ dan CO₂, kita akan fokus pada dua bagian darah, yaitu eritrosit (sel darah merah) dan plasma darah.

Eritrosit memiliki peran khusus dalam pengangkutan O₂ karena memiliki hemoglobin di dalamnya. Hemoglobin merupakan suatu protein yang tersusun atas empat subunit polipeptida. Pada masing-masing subunit terdapat kofaktor yang disebut heme yang di dalamnya mengandung atom Fe (besi). Setiap atom besi dapat berikatan dengan molekul O₂, jadi satu molekul hemoglobin dapat mengikat 4 molekul O₂.

Paru-paru merupakan organ pernapasan yang menjadi tempat singgah O₂ sebelum diikat oleh hemoglobin. Alveolus paru-paru merupakan bagian dimana terjadi pengikatan O₂ oleh eritrosit. Jaringan eritrosit tersusun atas sel-sel epitel pipih selapis yang memungkinkan terjadinya transportasi zat dengan mudah. Di sekitar alveolus terdapat banyak pembuluh kapiler yang menjadi tempat lewatnya darah.

Ketika eritrosit sampai di alveolus, oksigen yang berada di jaringan alveolus akan berpindah ke dalam eritrosit dan ditangkap oleh hemoglobin. Satu sel eritrosit dapat mengikat sekitar 1 juta molekul O₂. Oksigen tersebut akan dibawa menuju seluruh jaringan tubuh yang membutuhkan. O₂ dapat berpindah dari alveolus menuju eritrosit karena adanya perbedaan PO₂ (tekanan oksigen) di kedua tempat. Eritrosit yang miskin O₂ memiliki PO₂ yang lebih rendah, akibatnya O₂ berpindah dari alveolus menuju eritrosit.

Di jaringan tubuh, O₂ akan dilepaskan karena jaringan tubuh memiliki PO₂ yang lebih rendah dibandingkan dengan eritrosit. O₂ yang dilepaskan kemudian akan diguanakan sebagai penerima elektron terakhir dalam reaksi transport lektron untuk menghasilkan ATP (molekul pembawa energi). Tanpa adanya O₂, energi yang dihasilkan akan lebih sedikit dan terbentuk asam laktat yang menyebabkan munculnya rasa lelah di otot.

Eritrosit yang telah melepaskan O₂, kemudian akan menangkap CO₂ yang berasal dari jaringan tubuh. Sekitar 90% CO₂ akan berdifusi menuju eritrosit, dan sisanya akan larut dalam plasma darah. CO₂ yang masuk eritrosit seebagian akan diikat oleh hemoglobin, sedangkan kebanyakan akan bereaksi dengan air membentuk H₂CO₃ (asam karbonat). Reaksi antara CO₂ dengan air tersebut dibantu oleh enzim karbonat anhidrase yang terdapaat dalam plasma eritroosit.

H₂CO₃ kemudian akan terdisosiasi menjadi HCO₃^- dan H⁺. Kebanyakan H+ akan ditangkap oleh hemoglobin untuk menghindari peningkatan pH di dalam darah, sedangkan HCO3^- akan terdifusi keluar dari eritrosit menuju plasma darah. Sebagian H⁺ yang tidak ditangkap hemoglobin akan membuat suasana darah menjadi lebih asam karena adanya peningkatan konsentrasi H⁺ pada darah.

Ketika darah sampai di alveolus paru-paru, HCO₃^- akan masuk eritrosit lagi dan berikatan dengan H⁺ membantuk H₂CO₃ kembali. H₂CO₃ kemudian akan dipecah menjad molekul penyusunnya (CO₂ dan H₂O) dan CO₂ akan dilepaskan dari eritrosit menuju alveolus paru-paru.

Kondisi plasma darah yang asam ketika kaya CO₂ akan mempengaruhi medulla oblongata (bagian otak) untuk meningkatkan laju pernapasan sehingga proses pertukaran CO₂ dengan O₂ berjalan lebih cepat. Kadar oksigen di atmosfer yang rendah juga akan mempengaruhi tubuh untuk meningkatkan laju pernapasan untuk mencukupi kebutuhan jaringan akan O₂.