Sistem Peredaran Darah

Sistem peredaran darah membawa oksigen dari paru-paru ke seluruh sel, dimana bahan-bahan bernutrisi diolah. Bahan-bahan tersebut juga dibawa oleh peredaran darah dari saluran pencernaan. Hasil samping metabolisme (CO2, panas, dan air) dikeluarkan oleh peredaran darah. Sistem peredaran darah dan sistem pernapasan saling terkait erat.

Air merupakan komponen berat badan yang paling besar, menyusun sampai sekitar 60 persen dari berat badan pria dan 50 persen pada wanita. Pada orang yang langsing, persentasi total air lebih tinggi daripada orang yang gemuk, karena jaringan adiposa mengandung sangat sedikit air. Hubungan antara air dan massa tubuh tanpa lemak cenderung tetap pada orang dewasa yang “normal,” sekitar 75 persen. Perubahan-perubahan kecil dalam hidrasi masih normal, biasanya sebesar 2 persen, karena terjadi selama siklus menstruasi pada wanita.

Darah
Sekitar 10 persen dari total volume cairan terdiri atas darah, tergantung dari usia, jenis kelamin, dan olah raga yang dilakukan. Normalnya, terdapat empat sampai 4,5 L darah pada wanita dan 5 sampai 6 L pada pria. Panas khusus darah sebesar 3,85 joule (J) (0,92 kalori) per gram.

Dari total volume darah, sekitar 55 persennya berupa plasma, yang kebanyakan berupa air. 45 persen sisanya terdiri dari elemen terbentuk (padat), terutama sel merah (eritrosit), sel putih (leukosit), dan keping darah (trombosit). Persentase volume sel merah dalam total volume darah disebut hematokrit.

Kelompok Darah

Pada tahun 1930, seorang dokter Australia, Karl Landsteiner (1868-1943), menunjukkan bahwa darah manusia dapat dibagi kedalam empat tipe. Pengetahuan ini membuat transfusi darah menjadi aman (Asimov 1989).

Darah digolongkan kedalam empat tipe, sesuai dengan kandungan antigen dan antibodi tertentu: O, A, B, dan AB. Pentingnya penggolongan ini terutama terletak pada reaksi ketidaksesuaian antar tipe dalam transfusi darah. Penggolongan lain mengategorikan darah sesuai dengan faktor resusnya (Rh).

Fungsi

Darah membawa bahan-bahan terlarut – terutama oksigen dan bahan-bahan bergizi – serta berbagai hormon, enzim, garam, dan vitamin. Darah mengangkat produk-produk buangan, termasuk karbon dioksida terlarut dan panas.

Sel darah merah mengangkut oksigen. Oksigen terikat pada hemoglobin, besi yang mengandung molekul protein sel darah merah. Tiap molekul hemoglobin mengandung empat atom besi, yang menyatukan secara longgar dan dapat dibalik dengan empat molekul oksigen. Molekul-molekul hemoglobin dapat bereaksi secara serempak dengan oksigen dan karbon dioksida. Hemoglobin memiliki afinitas karbon monoksida (CO) yang tinggi, yang menggunakan ruang bila tidak digunakan oleh oksigen; sifat ini menjelaskan toksisitas CO.

Arsitektur Sistem Peredaran Darah
Sistem peredaran darah secara nominal terbagi kedalam dua subsistem: sirkuit sistemik dan pulmonari, masing-masing didukung oleh satu setengah jantung (yang dapat dianggap sebagai dua kali lipat pompa). Sisi kiri jantung menyuplai bagian sistemik, yang bercabang dari arteri melalui pembuluh arteri dan kapiler menuju ke organ metabolisme (misalnya, otot); dari sini, cabang tersebut bergabung lagi dari venula ke vena yang menuju pada sisi kanan jantung. Sistem pulmonari berawal dari ventrikel kanan, yang mendorong aliran darah melalui arteri pulmonari, paru-paru, dan vena pulmonari menuju ke sisi kiri jantung.

Masing-masing setengah jantung memiliki atrium dan sebuah bilik (ventrikel) – ketepatan memompa. Atrium menerima darah dari vena, yang kemudian dibawa ke ventrikel melalui sebuah katup. Pada intinya, jantung merupakan otot berlubang yang membuat darah mengalir melalui kontraksi serta dengan bantuan katup-katup.


Ventrikel terisi melalui kendali katup yang terbuka dari atrium. Otot jantung berkontraksi (disebut sebagai sistole), dan ketika tekanan internal setara dengan tekanan aorta, katup aorta terbuka dan darah keluar dari jantung menuju ke sistem sistemik. Kontraksi jantung yang terus berlanjut meningkatkan tekanan lebih lanjut, karena sedikit saja volume darah yang dapat keluar dari aorta daripada jantung yang menekannya. Sebagian dari volume yang berlebih ditahan dalam aorta dan cabang-cabangnya yang besar, yang bertindak sebagai tekanan pembuluh yang elastis. Kemudian, katup aorta menutup seiring dengan permulaan relaksasi (distole) jantung, sementara sifat-sifat elastis dinding aorta mendorong darah yang disimpan kedalam pohon arteri, dimana pembuluh darah yang elastis memperlancar gelombang volume darah. Saat istirahat, sekitar setengah dari volume dalam ventrikel (volume gerak) dikeluarkan, sementara setengah yang lain (volume sisa) tetap berada didalam jantung. Selama berolah raga, jantung mengeluarkan sejumlah besar volume yang dikandungnya dan meningkatkan frekuensi kontraksinya. Ketika banyak darah yang diperlukan, tetapi tidak dapat disediakan, seperti selama melakukan pekerjaan fisik yang sangat berat dengan kelompok otot yang kecil atau selama kontraksi isometris terjaga, denyut jantung bisa menjadi sangat tinggi.

Pada denyut jantung 75 denyut/menit, diastole terjadi kurang dari 0,5 detik dan sistole lebih dari 0,3 detik; pada denyut jantung 150 detik/menit, masing-masing lama waktunya mendekati 0,2 detik. Oleh karenanya, meningkatnya denyut jantung sebagian besar terjadi dengan memperpendek durasi diastole.

Sel-sel jantung khusus (sinoatrial node) berfungsi sebagai “pendamai,” yang menentukan frekuensi kontraksi dengan menyebarkan rangsangan ke sel-sel otot jantung yang lain. Jantung memiliki sistem kendali intrinsiknya sendiri, yang menjalankan 50 sampai 70 tempo/menit saat pengaruh eksternal tidak ada. Perubahan kerja jantung berakar dari sistem susunan syaraf pusat.

Peristiwa-peristiwa pada jantung bagian kanan sama dengan yang terjadi pada jantung bagian kiri, tetapi tekanan dalam arteri pulmonari hanya sekitar seperlima dari masa sistole jantung bagian kiri.


Kekuatan kerja miokardial dicatat dalam elektrokardiogram (EKG, ECG). Gelombang yang berbeda telah diberi penanda alfabet: Gelombang P dikaitkan dengan stimulasi elektrik atrium, sedangkan gelombang Q, R, S, dan T dikaitkan dengan peristiwa-peristiwa ventrikular. EKG digunakan terutama untuk diagnosa klinis; akan tetapi, dengan peralatan yang sesuai, EKG dapat digunakan untuk menghitung dan mencatat denyut jantung. Gambar 2-3 menunjukkan peristiwa elektrik, tekanan, dan suara selama siklus kontraksi-relaksasi jantung.

Jalan Darah
Karena volume darah yang ada tidak beragam, produksi jantung dapat dipengaruhi oleh dua faktor: frekuensi kontraksi (denyut jantung) dan tekanan yang dihasilkan oleh tiap kontraksi dalam darah. Keduanya menentukan volume menit (jantung). Produksi jantung orang dewasa saat istirahat sekitar 5 L/menit. Selama olah raga berat, level ini mungkin ditingkatkan oleh lima faktor, sampai sekitar 23 L/menit, sementara seorang atlet terlatih bisa mencapai 35 L/menit.

Jantung yang sehat dapat memompa lebih banyak darah ke seluruh tubuh daripada kebutuhan normal. Oleh sebab itu, batasan peredaran darah cenderung lebih terletak pada kemampuan pengangkutan pembuluh sistem peredaran darah daripada jantung itu sendiri. Sebagaimana telah disebutkan, bagian arteri sistem pembuluh darah (sebelum organ metabolisme) memiliki dinding yang relatif kuat dan bertindak sebagai pembuluh tekanan. Dengan demikian arteri dpat membawa gelombang tekanan sampai jauh kedalam tubuh, walaupun sepanjang jalan tersebut banyak tekanan yang hilang. Pada arteri organ pengguna, tekanan darah dikurangi sampai nilainya kira-kira sepertiga pada aorta jantung.

Saat darah meresap melalui kapiler ke organ-organ pengguna (misalnya, otot), perbedaan tekanan dari sisi arteri ke sisi vena memelihara pengangkutan darah melalui alas kapiler. Disini terjadi pertukaran oksigen, nutrisi, dan hasil samping metabolisme antara jaringan yang bekerja dengan darah. Bila kurangnya oksigen atau akumulasi metabolit memerlukan aliran darah yang tinggi, otot-otot halus yang melingkari pembuluh darah tetap mengendur, sehingga memungkinkan jalan tetap terbuka. Lubang lintas bagian yang besar mengurangi kecepatan aliran darah dan tekanan darah, sehingga memungkinkan nutrisi dan oksigen memasuki ruang ekstraselular jaringan dan memungkinkan darah menerima hasil samping metabolisme dari jaringan.

Penyempitan alas kapiler dengan mengencangkan otot halus yang melingkar mengurangi aliran darah lokal sehingga organ-organ lain yang lebih membutuhkan darah dapat disuplai dengan lebih baik. Pemampatan alas kapiler seperti ini dapat terjadi juga bila otot itu sendiri berkontraksi dengan kuat, lebih dari 20 persen kemampuan maksimalnya. Bila kontraksi ini terjadi dipertahankan, otot menghalangi atau menutup sendiri suplai darahnya dan tidak dapat meneruskan kontraksi. Jadi, kontraksi kuat yang terus-menerus stabil ini dibatasi sendiri. (Ingat pembahasan tentang daya tahan otot pada Bab 1). Contoh khas bagaimana otot memotong aliran darahnya sendiri adalah pada kerja tambahan, saat otot harus menjaga lengan terangkat. Setelah beberapa saat, kita harus menurunkan lengan secara bebas untuk membuat otot kendur dan memperbarui aliran darah.

Perancang peralatan dan tugas kerja harus memperhatikan untuk tidak meminta dilakukannya kontraksi otot yang terus-menerus – misalnya, menjaga tubuh tetap dalam posisinya atau menggenggam suatu pegangan dengan erat. Sebaliknya, suatu pekerjaan harus memungkinkan sering terjadinya perubahan tegangan otot, yang dapat dicapai dengan melakukan gerakan.

Bagian vena dari sistem sistemik memiliki bagian lintas yang besar dan menyediakan daya tahan terhadap aliran yang rendah; disini terjadi sekitar sepersepuluh saja total tekanan yang hilang. Katup-katup dibuat kedalam sistem vena, sehingga memungkinkan darah mengalir hanya kearah ventrikel kanan.

Hukum Pascal menyatakan bahwa tekanan tetap dalam sebatang cairan tergantung pada tinggi batang tersebut. Akan tetapi, tekanan hidrostatik pada kaki seseorang yang berdiri, misalnya, mengubah nilai ini: Pada seseorang yang berdiri, tekanan arteri pada kaki mungkin hanya sekitar 100mm Hg lebih tinggi daripada kepalanya. Meskipun demikian, darah, air, dan cairan tubuh yang lain pada kaki dan tangan yang lebih rendah digenangkan disitu, mengakibatkan peningkatan volume kaki dan tangan yang terkenal (pergelangan yang membengkak), terutama ketika seseorang berdiri atau duduk tak bergerak.

Peraturan Peredaran Darah

Bila konsentrasi metabolit pada otot meningkat, otot halus yang melingkari pembuluh darah akan mengendur, sehingga memungkinkan lebih banyak darah mengaliir. Pada saat yang sama, sinyal dari sistem syaraf pusat (CSN) dapat memicu penyempitan pembuluh lain yang kurang penting dan tengah menyuplai darah ke semua organ. Hal ini akan mengakibatkan redistribusi suplai darah, yang baik bagi otot-otot tulang pada sistem pencernaan (prinsip “otot pada pencernaan”). Akan tetapi, bahkan pada olah raga berta, aliran darah sistemik begitu terkendali sehingga tekanan darah arteri cukup untuk suplai darah yang memadai ke otak, jantung, dan organ penting yang lain. Untuk memenuhinya, perintah vasokonstriktif neural dapat mengesampingkan kendali lokal yang lambat. Misalnya, pusat pengaturan suhu pada hipotalamus dapat mempengaruhi vasodilasi pada kulit bila hal ini diperlukan untuk memepertahankan suhu tubuh yang sesuai, bahkan bila hal ini berarti pengurangan aliran darah ke otot yang tengah bekerja (prinsip “kulit pada otot”).

Denyut jantung terkait dengan kecepatan oksigen. Denyut jantung biasanya membantu penggunaan oksigen sehingga produksi energi pada otot yang tengah bekerja secara dinamis pada mode linear dari yang kerja cukupan sampai agak berat. Akan tetapi, denyut jantung pada tingkat asupan oksigen tertentu lebih tinggi ketika kerja dilakukan dengan tangan daripada dengan kaki. Hal ini mencerminkan penggunaan otot dan massa otot yang berbeda dengan tuas lengan yang berbeda untuk bekerja. Otot yang lebih kecil melakukan kerja eksternal yang sama karena otot yang lebih besar lebih tegang dan memerlukan lebih banyak oksigen. Demikian pula, kontraksi otot yang tetap (isometrik) meningkatkan denyut jantung, terutama karena tubuh berusaha membawa darah ke otot yang menegang.

Bekerja di lingkungan yang panas menyebabkan denyut jantung yang lebih tinggi daripada bekerja pada suhu sedang, sebagaimana dibahas pada Bab 5. Emosi seperti gugup, khawatir, dan takut dapat mempengaruhi denyut jantung saat istirahat dan selama kerja ringan.