BAB II Anatomi dan Fisiologi Paru - eprints.umm.ac.ideprints.umm.ac.id/58625/3/BAB II.pdf · 2.1 Anatomi dan Fisiologi Paru Sistem pernapasan mencakup paru dan sistem saluran yang

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Anatomi dan Fisiologi Paru

Sistem pernapasan mencakup paru dan sistem saluran yang bercabang

menghubungkan tempat bettukarnya gas dengan lingkungan luar. Udara di

dalam paru digerakkan melalui proses ventilasi, yang terdiri atas rongga

toraks, otot interkostal, diafragma, dan komponen elastis jaringan paru.

Sistem pernapasan secara umum dibagi menjadi saluran napas atas dan

bawah. Secara fungsional, dibedakan menjadi bagian konduksi dan bagian

respiratorik (Junquiera A, Mescher L, 2011).

(Junquiera A, Mescher L, 2011) Gambar 2.1

Anatomi Percabangan Bronkus

7

Sistem pernapasan terdiri atas hidung, pharynx (Tenggorokan), larynx

(kotak suara), tenggorokan (saluran pernafasan), bronkus, dan paru-paru.

Menurut struktural, sistem pernafasan dapat dibagi menjadi 2 bagian.Pertama

bagian atas sistem pernafasan didalamnya termasuk hidung, pharynx, dan

struktur terkait. Kedua sistem pernafasan bawah terdiri atas larynx,

tenggorokan, bronkus, dan paru-paru. Apabila dilihat dari fungsinya dapat

dibagi atas 2 bagian. Pertama disebut conducting zone terdiri dari rangkaian

interkoneksi ruangan yang berongga di luar dan dalam paru-paru. Hal ini

termasuk hidung, pharynx, larynx, tenggorokan, bronkus, bronchioles, dan

terminal bronchioles, fungsinya untuk menyaring, menghangatkan, dan

melembabkan udara sebelum masuk ke paru-paru. Kedua disebut Respiratory

zone yang terdiri dari jaringan di dalam paru-paru di mana didalamnya terjadi

pertukaran gas . Hal ini termasuk bronchioles, alveolar duct, alveolar sacs,

dan alveolus dimana semuanya memiliki peranan utama dalam pertukaran gas

antara udara dan darah. Tujuan melakukan pernapasan untuk menyediakan

pasokan oksigen untuk jaringan dan membuang karbon dioksida. (Tortora GJ,

Derrickson B, 2009).

2.1.1 Pengaturan Pernafasan

Terdapat beberapa mekanisme dalam pertukaran gas di dalam

paru. Pompa pernafasan memiliki peranan yang penting dalam proses

pernafasan, pompa ini memiliki dua komponen elastis yang pertama

dari paru itu sendiri dan dinding yang mengelilingi paru, dindingnya

terdiri dari kerangka dan jaringan kerangka toraks, diafragma, serta

dinding abdomen beserta isinya. Otot pernafasan merupakan bagian

8

utama dalam kekuatan untuk memompa, diafragma dengan dibantu otot

yang mengangkat sternum dan tulang iga berperan dalam proses

peningkatan volume paru dan proses ekspirasi adalah proses dimana

semua yang berperan ketika proses inspirasi menjadi relaksasi. Otot

pernafasan diatur oleh pusat pernafasan dengan reseptor di pons dan

medulla oblongata yang berisi neuron-neuron dimana hasil keluaran

motoric akhir akan diteruskan ke medulla spinalis dan saraf frenikus

yang mempersarafi diafragma. Saraf utama yang juga ikut berperan

yaitu saraf aksesorius dan interkostalis torasika yang mempersarafi otot

bantu pernafasan. Faktor utama dalam pengaturan pernafasan atau

rangsangan pernafasan adalah adanya respon dari kemoreseptor

terhadap peningkatan tekanan parsial karbon dioksida (PaCO2) atau

penurunan pH darah arteri. Perununan tekanan parsial O2 di arteri juga

dapat merangsan terjadinya ventilasi, kemoreseptor di badan carotis

dan arcus aorta peka terhadap penurunan PaO2 dan pH serta

peningkatan PaCO2,akan tetapi penurunannya harus turun dari nilai

normal antara 90 sampai 100 mmHg hingga mencapai 60 mmHg.

Mekanisme lain dalam pengaturan pernafasan yakni ketika udara

masuk paru dan paru akan mengembang, reseptor akan mengirimkan

sinyal pada pusat pernafasan agar menghentikan pengembangan agar

tidak berlanjut hasilnya sinyal dari reseptor regang akan berhenti pada

akhir ekspirasi ketika paru mengempis dan akan terjadi proses inspirasi

ulang. (Price SA, Wilson LM, 2006)

9

2.1.2 Ventilasi Paru

Ventilasi paru adalah proses masuk dan keluar udara dari

atmosfer dengan udara di alveolus paru. Paru-paru dapat kembang

kempis dengan 2 cara, pertama dengan gerakan naik turun diafragma

dengan tujuan memperbesar atau memperkecil rongga dada, untuk

mencapai pernafasan yang sempurna dapat menggunakan metode ini,

ketika inspirasi kontraksi diafgragma menarik bagian bawah paru

menuju ke bawah sehingga memperbesar ruang dada, selama ekspirasi

diafragma berelaksasi dan struktur abdomen akan menekan paru-paru

untuk proses pengeluaran udara kedua dengan cara mengangkat dan

menekan tulang iga untuk memperbesar atau memperkecil rongga dada.

(Guyton C, Hall JE, 2011).

Alveolus berbentuk kantong mirip anggur yang mempunyai

dinding tipis dan mempunyai daya mengembang di ujung cabang

saluran nafas. Dinding alveolus terdiri atas satu lapisan tipis sel alveolus

tipe I, pada setiap alveolus dikelilingi anyaman kapiler pulmonal.

Ruang intertisium diantara alveolus dan anyaman kapiler membentuk

suatu sawar yang tipis, karena ketipisan inilah yang memudahkan

pertukaran gas. Selain berisi sel alveolus tipe I sebagai pembentuk

dinding yang tipis pada epitel permukaan alveolus juga terdapat sel

alveolus tipe II, sel alveolus tipe II memproduksi surfaktan paru yakni

suatu fosfolipoprotein yang mempermudah paru untuk mengembang

dan menurunkan tegangan permukaan serta berperan dalam stabilitas

paru . Apabila surfaktan tidak terdapat di dalam cairan alveolus, akan

10

tejadi perubahan daya elastis tegangan permukaan paru secara total.

Selain itu terdapat sel makrofag alveolus yang berfungsi sebagai

mekanisme pertahanan di dalam lumen alveolus. Apabila surfaktan

tidak terdapat di dalam cairan alveolus, akan tejadiperubahan daya

elastis tegangan permukaan paru secara total. (Sherwood L, 2013)

2.1.3 Pertahanan Saluran Pernafasan

Beberapa partikel yang memiliki ukuran lebih kecil dari 1

mikrometer berdifusi melewati dinding alveolus dan melekat pada

cairan alveolus. Akan tetapi, pada partikel yang ukuran diameternya

lebih kecil dari 0,5 mikrometer tetap tersuspensi di dalam udara

alveolus dan nantinya akan keluar melalui ekspirasi. Partikel asap rokok

yang memiliki ukuran sekitar 0,3 mikrometer. Partikel ini hampir tidak

ada yang mengendap dalam saluran pernafasan sebelum masuk ke

alveolus, akan tetapi sepertiganya mengendap dalam alveolus melalui

proses difusi, lalu terbentuk suspensi yang nantinya akan dikeluarkan

melalui udara ekspirasi. Partikel-partikel yang terjerat dalam alveolus

dikeluarkan oleh makrofag alveolus, dan beberapa partikel lainnya akan

dibawa keluar melalui aliran limfatik paru. Jumlah partikel yang

berlebihan akan menyebabkan tumbuhnya jaringan fibrosa dalam

septum alveolus, yang menyebabkan cacat permanen (Guyton C, Hall

JE, 2011).

Permukaan paru yang luas terpisahkan oleh membran yang tipis

dari system sirkulasi hal ini tentu menyebabkan seseorang rentan

terhadap masuknya benda asing ke saluran nafas akan tetapi

11

kenyataannya tidak, saluran nafas tetap dalam kondisi steril karena ada

beberapa mekanisme pertahanan oleh saluran pernafasan. Lapisan

mucus dalam saluran nafas mengandung faktor imunoglobun (Ig)

terutama IgA, PMN, dan interferon. Makrofag alveolar merupakan

pertahanan terakhir dan terpenting dalam hal melawan invasi bakteri

yang masuk ke dalam paru, makrofag alveolus adalah sel fagositik yang

memiliki system enzimatik dan dapat bermigrasi, sel ini dapat bergerak

pada permukaan alveolus yang berfungsi menelan bakteri atau benda

asing, ketika benda asing tadi sudah tertelan makrofag maka metabolit

O2 akan kembali berfungsi. Hydrogen peroksida di dalam makrofag

akan menelan benda asing tanpa menyebabkan reaksi peradangan yang

berarti, sisa partikel yang telah ditelan akan masuk melalui pembuluh

limfe atau ke bronkiolus dan dibuang oleh escalator mukosiliaris.

Makrofag membersihkan permukaan paru ketika inspirasi dengan

kecepatan yang sangat menakjubkan. Pengaruh yang muncul karena

adanya paparan etil alcohol, merokok dan penggunaan obat

kortikosteroid akan mengganggu mekanisme pertahanan ini (Price SA,

Wilson LM, 2006).

2.1.4 Transport Oksigen dan Karbon Dioksida

Oksigen diangkut dari paru-paru menuju ke jaringan tubuh

melalui bebrapa jalan, pertama secara fisik melalui larut dalam plasma

yang nantinya berikatan dengan Hb menjadi HbO2, ikatan antara Hb dan

O2 bersifat reversible dengan jumlah yang diangkut sesungguhnya

mempunyai hubungan non linear terhadap tekanan parsial O2 arteri

12

(PaO2) yang ditentukan melalui jumlah O2 fisik yang larut dalam

plasma darah akan tetapi O2 yang secara fisik larut dalam plasma

mempunyai hubungan dengan tekanan parsial O2 dalam alveolus PAO2.

Sebagian besar O2 diangkut oleh Hb dalam sel darah merah, akan tetapi

pada keadaan tertentu missal keracunan karbon monoksida atau terjadi

hemolysis massif dengan infufisiensi Hb, O2 yang tersisan dugunakan

untuk mempertahankan hidup diangkut secara fisik dengan cara

memberikan pasien O2 dengan tekanan lebih tinggi daripada tekanan

atmosfer (Price SA, Wilson LM, 2006).

Sebanyak 98 persen darah dari paru masuk atrium kiri, mengalir

melalui pembuluh kapiler alveolus dan akan terjadi teroksigenasi

sampai PO2 kira-kira 104 mm Hg. Sekitar 2 persennya sisanya melewati

aorta melalui sirkulasi bronkial, terutama menyuplai jaringan pada paru

dan tidak terpapar dengan udara paru, aliran darah ini disebut "aliran

pintas", yang berarti darah mengambil jalan pintas melaui daerah

pertukaran gas. Ketika meninggalkan paru, PO2 darah pintas hampir

sama seperti darah vena pada sistemik normal, kira-kira 40 mm Hg.

Ketika darah ini bercampur darah vena paru dengan darah yang

teroksigenasi yang berasal dari kapiler alveolus; campuran darah ini

disebut campuran darah vena yang menyebabkan PO2 darah yang

masuk ke dalam jantung kiri dan darah yang dipompa ke dalam aorta,

menjadi turun sampai sekitar 95 mm Hg (Guyton C, Hall JE, 2011).

Sebagian kecil CO2 ditranspor dalam bentuk terlarut ke paru.

PCO2 darah vena 45 mm Hg dan darah arteri 40 mm Hg. Jumlah CO2

13

terlarut pada cairan darah dengan tekanan 45 mm Hg kira-kira 2,7 ml/dl

(2,7 volume persen). Jumlah yang terlarut dengan tekanan 40 mm Hg

kira-kira 2,4 ml, atau berbeda 0,3 ml. Oleh karenanya hanya 0,3 ml CO2

yang diangkut dalam bentuk terlarut oleh setiap 100 ml aliran darah.

Jumlah ini berkisar 7 persen dari semua CO2 yang diangkut secara

normal. Selain bereaksi dengan air, CO2 juga bereaksi langsung dengan

beberapa radikal amino molekul hemoglobin lalu membentuk senyawa

karbaminohemoglobin (CO2Hgb). Gabungan CO2 dengan hemoglobin

ini adalah reaksi reversibel, sehingga CO2 mudah dilepaskan ke dalam

alveoli yang memiliki PCO2 yang lebih rendah dari pada kapiler paru.

Jumlah CO2 yang dapat dibawa dari jaringan menuju paru dalam bentuk

gabungan karbamino dengan hemoglobin dan protein plasma sekitar 30

persen dari jumlah total keseluruhan yang diangkut, dengan nilai

normal kira-kira 1,5 ml karbon dioksida dalam setiap 100 ml darah.

Reaksi lebih lambat dari pada reaksi CO2 dengan air di dalam sel darah

merah. (Guyton C, Hall JE, 2011). Terjadinya hipoventilasi pada

banyak keadaan dapat mempengaruhi pompa pernafasan adanya

retensi CO2 juga dikaitkan dengan emfisema dan bronchitis kronik

karena udara terperangkap dalam paru (Price SA, Wilson LM, 2006).

2.2 Histologi Paru

2.2.1 Alveolus

Alveolus merupakan bentukan evaginasi mirip kantong dengan

diameter sekitar 200 µm, dari bronchiolus respiratorius, duktus

14

alveolaris, dan saccus alveolaris. Alveoli bertanggung jawab atas

terbentuknya struktur menyerupai spons dalam paru. Secara struktural,

alveolus mirip kantong kecil yang terbuka pada salah satu sisinya, yang

mirip dengan sarang lebah. Di dalam struktur mirip mangkuk

merupakan tempat berlangsungnya pertukaran gas O2 dan CO2 antara

udara dan darah. Struktur dinding alveolus ditujukan untuk

memudahkan dan memperlancar difusi antar lingkungan luar dengan

dalam (Junquiera A, Mescher L, 2011).

Septum interalveolus adalah bagian yang pada umunya setiap

dinding terletak di antara dua alveolus yang bersebelahan . Satu septum

interalveolar mempunyai sel dan matriks ekstrasel fibrosa, terutama

serat elastin dan kolagen yang divaskularisasi oleh sejumlah besar

jalinan kapiler tubuh. Septum interalveolus dibedakan menjadi 3 jenis

sel utama yakni sel endotel,sel alveolus tipe I dan sel alveolus tipe II.

Tebal keseluruhan dari ketiga lapisan bervariasi dari 0,1 sampai 1,5 µm.

Di dalam septum interalveolus, anastomosis kapiler paru ditunjang oleh

jalinan serat retikular dan elastin, yang merupakan struktur penyangga

utama alveolus. Makrofag dan leukosit lain juga dapat ditemukan di

dalam interstisium septum. Sel endotel kapiler yang sangat tipis dan

sering disalahartikan dengan sel epitel alveolus tipe I. Lapisan endotel

kapiler bersifat terus-menerus dan tidak bertingkat. Inti dan organel

lainnya berkumpul menjadi satu sehingga bagian sel selebihnya sangat

tipis menjadikan efisiensi pertukaran gas meningkat. Ciri utama

15

sitoplasma di bagian sel yang gepeng adalah banyaknya vesikel

pinositotik (Junquiera A, Mescher L, 2011).

(Difiore, Eroschenko PV, 2010)

Gambar 2.2 Histologi Paru (Pandangan Menyeluruh)

Perbesaran 100x dengan Pewarnaan Hematoksilin-Eosin

(Difiore, Eroschenko PV, 2010) Gambar 2.3

Histologi Alveolus Perbesaran 100x dengan Pewarnaan Hematoksilin-Eosin

16

Sel alveolus tipe I disebut juga sebagai pneumosit tipe I atau sel

alveolar skuamosa adalah se1 yang sangat tipis yang melapisi

permukaan alveolus. Sel tipe I menempati 97% dari permukaan

alveolus. Sel-sel ini begitu tipisnya yakni setebal 25 µm sehingga perlu

pembuktian dengan mikroskop electron untuk mengetahui bahwa

semua alveolus tertutupi oleh epitel pelapis. Organel-organel seperti

retikulum endoplasma, apparatus Golgi, dan mitokondria berkumpul di

sekitar inti sehingga daerah di sekitar sitoplasma hampir bebas dari

organel dan dapat mengurangi ketebalan sawar darah dengan udara.

Sitoplasma yang tipis mengandung vesikel pinositotik yang cukup

banyak, dimana dapat berperan pada pergantian surfaktan dan

pembuangan partikel asing yang berasal dari permukaan luar. Selain

desmosom, semua sel epitel tipe I juga memiliki taut kedap yang

berfungsi untuk mencegah perembesan cairan jaringan masuk ke ruang

udara alveolus. Fungsi utama sel ini adalah membeniuk sawar dengan

ketebalan yang tipis sehingga dapat dengan mudah dilalui gas

(Junquiera A, Mescher L, 2011).

Sel alveolus tipe II atau disebut pneumosit tipe II menyebar di

antar sel-sel alveolus tipe I dengan taut kedap dan desmosom yang

menghubungkannya dengan sel tersebut. Sel tipe II berbentuk sedikit

kubus yang berkelompok menjadi dua atau 3 di sepanjang permukaan

alveolus pada pertemuan dinding alveolus. Sel ini berada di membrane

basal dan bagian dari epitel, sel ini memiliki asal yang sama dengan sel

tipe I yang melapisi dinding alveolus.Pada sediaan histologi, sel-sel tipe

17

II menampilkan ciri sitoplasma bervesikel khas atau bentukan spons.

Vesikel ini disebabkan adanya badan lamela yang tetap disimpan dan

terdapat dalam jaringan yang disiapkan untuk studi mikroskop elektron.

Badan berlamel menghasilkan materi yang tersebar rata di atas

permukaan alveolus yang membentuk lapisan ekstrasel yakni berupa

surfaktan paru yang berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan

dari sel alveolus, apabila surfaktan tidak ada maka paru akan kolaps

ketika proses ekspirasi, surfaktan akan terus diganti secara terus

menerus (Junquiera A, Mescher L, 2011).

(Difiore, Eroschenko PV, 2010)

Gambar 2.4 Histologi Dinding Alveolus dan Sel Alveolus

Perbesaran 1000x dengan Pewarnaan Hematoksilin-Eosin

2.2.2 Duktus Alveolus

Semakin ke distal pada bronkiolus respiratorius, jumlah muara

alveolus menuju dinding bronkiolus makin banyak. Bronkiolus

respiratorius bercabang menjadi suatu saluran yang disebut duktus

alveolaris. Duktus alveolaris dan alveolus keduanya dilapisi sel

18

alveolus yang gepeng yang sangat halus. Di lamina propria yang

mengelilingi tepi alveolus terdapat anyaman sel otot polos, dimana pada

ujung distal duktus alveolus sudah tidak ada. Sejumlah matriks besar

berserat elastin dan kolagen memberikan penompang pada duktus dan

alveolusnya. Duktus alveolus bermuara ke dalam atrium yang

berhubungan dengan saccus alveolaris. Banyak serat-serat elastin dan

serat retikulin membentuk jalinan rumit di sekitar muara atrium, sakus

alveolaris, dan alveoli. Serat-serat elastin yang menjadikan alveolus

mengembang ketika inspirasi dan berkontraksi secara pasif ketika

ekspirasi. Serat-serat retikular berfungsi untuk penunjang yang

mencegah terjadinya pengembangan berlebih dan kerusakan kapiler-

kapiler halus dan septa alveolar yang sangat tipis (Junquiera A, Mescher

L, 2011).

(Difiore, Eroschenko PV, 2010) Gambar 2.5

Histologi Paru Perbesaran 400x dengan Pewarnaan Hematoksilin-Eosin

19

(Novera H, Endah BPP, 2018) Gambar 2.6

Histologi Paru Tikus Perbesaran 400x dengan Pewarnaan Hematoksilin-Eosin

a. Alveolus b. Pembuluh darah. c. Sel makrofag alveolar

2.3 Rokok

Rokok adalah produk dari tanaman tembakau yang bertujuan dibakar

dan dihisap dan/atau dihirup asapnya,termasuk rokok kretek,cerutu,rokok

putih atau dalam bentuk lainnya yang dihasilkan oleh tanaman nicotina

tabacum,nicotina rustica dan spesies lainnya yang apabila dibakar asapnya

mengandung tar,nikotin baik menggunakan bahan tambahan atau tidak.

Rokok biasanya berbentuk silindris dengan bahan berisi daun tembakau

yang telah dicacah lalu dibungkus kertas, rokok umumnya memiliki ukuran

panjang 70 hingga 120mm dengan diameter sekitar 10mm. Produk

tembakau yang dimaksud mengandung zat adiktif berbahaya bagi kesehatan

secara langsung maupun secara tidak langsung (Infodatin, 2015).

20

2.3.1 E-Cigarette

Semakin meningkatnya konsumsi dan angka kematian akibat

rokok, WHO membentuk WHO Framework Convention on Tobacco

Control (WHOFCTC) untuk memberikan solusi atas epidemi tersebut.

WHO-FCTC membentuk suatu program yang ditujukan untuk

mengurangi konsumsi rokok, yang dikenal dengan Terapi Pengganti

Nikotin/Nicotine Replacement Therapy (NRT). Seiring dengan

perkembangan teknologi modern, beberapa industri memprakarsai

berbagai metode NRT, salah satunya rokok elektrik atau e-cigarette

(electronic cigarette) (WHO, 2009).

Rokok elektronik adalah rokok yang menggunakan listrik dengan

sumber tenaga baterai, yang mengevaporasi nikotin dalam sediaan

cairan, yang kemudian hasil evaporasinya di inhalasi seperti rokok

konvensional, tanpa pembakaran langsung. Secara umum sebuah rokok

elektronik terdiri dari 3 bagian yaitu : baterai, ruang evaporasi/atomizer

bagian yang memanaskan dan menguapkan larutan nikotin), dan tangki

e-liquid (Gambar 2.7) (William M, Trtchounian A, Talbot P, 2010).

21

(Thomas et al., 2015).

Gambar 2.7 Mekanisme Dasar E-cigarette

Rokok elektrik dibagi lagi sesuai generasinya yaitu generasi

pertama - dapat diisi ulang dan dibuang, dan generasi ke-2 dan ke-3

yang menggunakan sistem tangki dan personal vaporizer (Gambar 2.8)

(Zhu SH, Sun JY, Bonnevie E, 2014). Walaupun memiliki banyak

variasi bentuk dan kapasitas, rokok elektrik menggunakan prinsip kerja

evaporasi yang sama. Prinsip kerja ini dikenal sebagai electronic

nicotine delivery system/ENDS (William M, Trtchounian A, Talbot P,

2010)

22

(Thomas et al., 2015).

Gambar 2.8 Variasi Generasi ke-2 dan ke-3 E-cigarette

E-cigarette merupakan perangkat untuk merokok yang berisi

bahan-bahan kimia seperti nikotin, senyawa carbonyl, dan bahan

organik volatile yang dikenal telah membahayakan kesehatan dan

perasa dalam liquidnya serta bahan additive yang dihirup pengguna

dengan sebutan aerosol atau biasa dikenal dengan sebutan asap. Cara

penggunaan e-cigarette dengan cara meneteskan liquid yang

memngandung rasa ke alat e-cigarette (U.S Departement of health and

human services, 2016).

Tabel 2.1 Tinjauan Umum tentang Konstituen dalam E-Cigarette

(Hahn J, Hengen YBM, Kohl-Himmelseher M, et al, 2014)

Agent Sampel positiv Nicotine 65 % Glycerol 94 % 1,2 propanediol 94 % Ethylene glycol 91 % 1,3 propanediol 13 % Thujone 4 % Ethyl vanilin 26 %

23

Dalam studi menunjukkan bahwa setelah pengaturan keluar

aerosol/asap dari e-cigarette menyebabkan tingkat stress sel paru lebih

ringan tingkatannya daripada konvensional akan tetapi lebih berbahaya

daripada udara bersih, dalam liquid e-cigarette mengandung turunan

propylene glycol setelah dipanaskan akan memproduksi formaldehyde

yang merupakan zat karsinogenik yang ditemukan juga di rokok

konvensional (Kansas Health institute, 2016). Semua produk dari

senyawa perasa tembakau menginduksi terjadinya kematian sel karena

zat didalmnya menstimulasi keluarnya senyawa oxidative stress, dan

dalam beberapa studi kasus menunjukkan bahwa setelah penggunaan e-

cigarette tembakau secara akut menimbulkan gangguan fungsi endotel

paru (Jessica L, Fetterman RMW, Bihua FRB, 2018).

24

Tabel 2.2 Bahan Kimia pada E-Cigarette dan Efek terhadap Tubuh Chemical Detected

Concentration Range

Biological System Affected

Nicotine not detected to 36.6 mg/mL

Addiction Gastrointestinal carcinogen Raises blood pressure and heart rate

Aldehydes Acetaldehyde 0.11 to 2.94 lg/15 puffs

Carcinogen Aggravation of alcohol-induced liver damage

Acrolein 0.044 to 6.74 lg/15 puffs

Ocular irritation Respiratory irritation

Formaldehyde 0.2 to 27.1 lg/15 puffs

Carcinogen Bronchitis, pneumonia, and increase asthma risk in children Ocular, nasal, and throat irritant

Volatile organic compounds

Propylene glycol

0 to 82.875 mg/15 puffs

Throat and airways irritation. Carcinogen Increase asthma risk in children

Glycerin 75 to 225 lg/15 puffs

Lipoid pneumonia Ocular, dermal, and pulmonary irritant

Toluene

25

Dalam berbagai penelitian serial yang dilakukan berhasil

didapatkan beberapa senyawa yang paling umum terdapat pada aerosol

asap rokok elektrik, antara lain; tobacco-specific nitrosamin (TSNA),

akrolein, formaldehid, nikotin, nikotirin, glisidol asetaldehid, asetol,

diasetil glikol (DAG) dan dietilen glikol (DEG). DAG adalah zat perisa

makanan yang menimbulkan rasa dan aroma khas seperti mentega;

formaldehid, TSNA, DEG, dan glisidol adalah zat karsinogen; glisidol

asetaldehid, asetol, dan akrolein adalah zat iritan kuat; sedangkan

nikotin dan nikotirin (hasil dari pembakaran nikotin) adalah zat

psikoaktif dengan sifat adiktif yang tinggi (Hua et al., 2016)

2.3.2 Rokok Konvensional

Rokok konvensional adalah produk olahan tembakau yang

dikonsumsi secara inhalasi asap hasil pembakarannya, baik dengan atau

tanpa menggunakan bahan tambahan. Merokok dewasa ini bukan lagi

merupakan suatu tren, melainkan gaya hidup yang terkait dengan

modernisasi dan dapat ditemukan pada berbagai lapisan masyarakat

terlepas dari status demografinya (Triana N, Ilyas S, Hutahaean S,

2013).

Rata-rata sebatang rokok mengandung 6 sampai 11 mg nikotin

dan menyalurkan 1 sampai 3 mg nikotin secara sistemik pada perokok.

Pada individu yang menghisap rokok dalam jumlah yang cukup kecil

(< 5 batang rokok/hari) untuk menghindari ketergantungan, karena

dalam rokok terdapat zat nikotin zat inilah yang menyebabkan

26

ketergantungan pada individu dan ketergantungannya dapat bertahan

sangat lama. Nikotin mudah diabsorpsi melalui kulit, membran

mukosa, dan paru-paru. Rute paru-paru menghasilkan efek SSP yang

nyata dalam waktu tuiuh detik akan tetapi dalam setiap hisapan

menghasilkan penguatan yang beda-beda atau penguatan tersendiri.

Dengan 10 isapan per batang rokok, perokok yang merokok satu

bungkus per hari dapat memperkuat kebiasaannya 200 kali sehari

(Goodman, Gilman, 2008).

Asam nikotinat adalah senyawa agonis asetilkolin larut lemak

yang dapat menimbulkan kecanduan pada perokok. Nikotin yang

dihisap dari asap rokok berikatan dengan reseptor asetilkolin nikotinik

yang berada di sepanjang pembuluh darah, muskuloskeletal, dan jaras

saraf pada akson terminal neuron. Perlekatan nikotin dengan

reseptornya memicu pelepasan dopamin, glutamat, danasetilkolin.

Reaksi yang disebabkan bervariasi sesuai dengan tempat melekatnya

nikotin pada reseptornya di tubuh. Adapun reaksi-reaksi tersebut antara

lain (Putra, 2015).

1. Pada sistem mesolimbik yang terdiri atas tegmentum ventral dan

nucleus akumbens, nikotin menyebabkan pelepasan glutamat

pada tegmentum ventral yang kemudian merangsang nukleus

akumbens untuk memproduksi dopamin, yang menimbulkan

reaksi psikoaktif antara lain rasa senang, peningkatan proses

kognitif, atensi, dan daya ingat.

27

2. Pada sistem otot skeletal, nikotin menyebabkan relaksasi otot.

Relaksasi otot ini merupakan efek tidak langsung dari kerja

nikotin terhadap sistem saraf.

3. Pada sistem mesolimbik nikotin juga menurunkan aktivitas

inhibisi oleh asam gamma-aminobutirat/gamma-aminobutirat

acid (GABA) pada tegmentum ventral, GABA merupakan

inhibitor dopamin yang berperan dalam mengurangi sekresi

dopamin otak.

4. Pada jaras saraf perifer, ikatan nikotin memicu peningkatan

tekanan darah, detak jantung, kontraktilitas otot jantung, dan

kontraksi sistem gastrointestinal.

28

Tabel 2.3 Senyawa dalam Asap Rokok Senyawa Efek

Fase Partikel

Tar Karsinogen Hidrokarbon

aromatik polinuklear Karsinogen

Nikotin

Stimulator, depressor ganglion,

kokarsinogen

Fenol Kokarsinogen dan

iritan

Kresol Kokarsinogen dan

iritan β-Naftilamin Karsinogen

N-Nitrosonomikotin Karsinogen Benzo(a)piren Karsinogen Logam renik Karsinogen

Indol Akselerator tumor Karbazol Akselerator tumor Katekol Kokarsinogen

Fase Gas

Karbonmonoksida Pengurangan transfer

dan pemakaian O2

Asam Hidrosianat Sitotoksik dan iritan Asetaldehid Sitotoksik dan iritan

Akrolein Sitotoksik dan iritan Amonia Sitotoksik dan iritan

Formaldehid Sitotoksik dan iritan Oksida dari nitrogen Sitotoksik dan iritan

Nitrosamin Karsinogen Hidrozin Karsinogen

Vinil Klorida Karsinogen (Purnamasari Y, 2006)

Lebih dari 4000 jenis bahan kimia terkandung dalam rokok,

dimana 400 dari bahan tersebut meracuni tubuh ,dan 40 dari bahan

tersebut bisa menyebabkan kanker, beberapa zat dalam rokok yang

perlu dipahami adalah sebagai berikut : (Aula E, 2010)

1. Nikotin

Nikotin merupakan zat yang menyebabkan ketergantungan

apabila penggunaan jangka lama dapat menyebabkan

29

kelumpuhan otak dan rasa serta akan terjadi peningkatan

adrenalin yang menyebabkan jantung akan berdebar lebih cepat

dan bekerja keras, artinya jantung memerlukan pasokan oksigen

yang lebih banyak aga dapat memompa secara normal. Nikotin

menyebabkan terjadinya pembekuan darah dan resiko terjadinya

serangan jantung. Kadar nikotin yang dihisap dengan kadar lebih

dari 30 mg akan menyebabkan kematian, dalam satu batang rokok

rata-rata mengandung nikotin 0,1-1,2 mg.

2. Karbon monoksida

Seperti halnya ditemukan pada asap kendaraan bermotor, karbon

monoksida menggantikan setidaknya 15% jumah oksigen yang

biasanya di bawa oleh sel darah merah hasilnya oksigen pada

perokok menjadi berkurang pada jantung tentu hal ini menjadi

faktor resiko terjadinya serangan jantung dan penyakit pada paru.

Karbon monoksida juga dapat merusak lapisan pembuluh darah

dan dapat meningkatkan kadar lemak dinding pembuluh darah

yang berakibat pada penyumbatan.

3. Tar

Tar digunakan untuk melapisi aspal atau jalan raya, pada rokok

tar menrupakan zat pemicu terjadinya kanker dan merusak sel

paru, sebagian lainnya berupa penumpukan zat-zat

kapur,nitrosamine,cadmium,nikel dan B-naphthylamine. Tar

bukanlah zat tunggal akan tetapi terdiri dari ratusan bahan kimia

gelap dan lengket dan tergolong sebagai racun penyebab kanker.

30

4. Arsenic

Arsenic merupakan zat yang biasanya digunakan untuk

membunuh serangga yang berasa dari unsur nitrogen oksida dan

ammonium karbonat.

5. Amonia

Ammonia adalah gas tidak berwarna yang terdiri dari nitrogen

dan hydrogen memiliki bau tajam dan mudah memasuki tubuh

dan apabila zat ini disuntikkan ke manusia bisa langsung pingsan.

6. Formid acid

Formid acid tidak berwarna dan bisa bergerak bebas cepat yang

dapat menyebabkan lepuh, bertambahnya zat ini dalam sirkulasi

darah menyebabkan pernafasan menjadi lebih cepat.

7. Acrolein

Acrolein adalah zat yang tidak berwarna dan mengandung sedikit

banyak alcohol dan cairan ini juga mengganggu kesehatan.

8. Hydrogen cyanide

Hydrogen cyanide merupakan zat yang paling ringan mudah

terbakar dan efisien untuk menghalangi saluran pernafasan, dan

sedikit saja cyanide masuk ke dalam utbuh bisa mengakibatkan

kematian.

9. Nitrous oksida

Adalah sejenis gas tidak berwarna, jika gas ini terhirup maka akan

menimbulkan efek rasa sakit.

31

10. Formaldehyde

Zat ini banyak digunakan untuk pengawet dalam laboratorium

(formalin).

11. Phenol

Phenol adalah campuran yang Kristal dari destilasi beberapa zat-

zat organic seperti halnya kayu dan arang. Phenol terikat pada

protein dan menghalangi aktivitas kerja enzim.

12. Acetol

Hasil dari pemanasan aldehyde (zat yang jenisnya bebas bergerak

dan tidak berwarna) dan mudah menguap apabila dengan alcohol.

13. Hydrogen sulfide

Hydrogen sulfide adalah gas beracun yang mudah terbakar dan

baunya menyengat, zat ini menghalangi oksidasi enzim.

14. Pyridine

Merupakan cairan yang tidak berwarna dengan bau yang tajam.

Zat ini digunakan untuk mengubah sifat alcohol sebagai pelarut

dan digunakan untuk pembunuh hama.

15. Methyl chloride

Methyl chloride merupakan campuran dari zat bervalensi satu

dengan unsur berupa hydrogen dan karbon serta memiliki sifat

beracun.

32

16. Methanol

Methanol ialah sejenis cairan ringan yang mudah menguap dan

terbakar, apabila mengkonsumsi methanol dapat menyebabkan

kebutaan hingga kematian.

2.3.3 Bahaya Merokok Terhadap Kesehatan

Zat kimia dari beberapa jenis produk tertentu memiliki

kecenderungan kuat untuk menjadikan adanya mutasi. Zat kimia yang

dapat menjadikan mutasi disebut karsinogen. Karsinogen yang saat ini

menjadi penyebab jumlah kematian terbanyak yaitu asap rokok. Asap

rokok menyebabkan seperempat dari semua kasus kematian akibat

kanker. Infeksi kronis yang disebabkan karena rokok dapat mengiritasi

bronkus dan bronkiolus. Infeksi kronis menyebabkan melemahnya

mekanisme pertahanan normal pada saluran nafas, termasuk

kelumpuhan sebagian silia pada epitel pernapasan karena efek nikotin

(Guyton C, Hall JE, 2011).

33

(Agnieszka S, Aleksandra R, Aleksander A, et al, 2018) Gambar 2.9

Efek Paparan Rokok terhadap Sistem Tubuh

Keracunan nikotin yang berat dan akut terjadi secara cepat

dengan gejalanya meliputi mual, hyper salivasi, nyeli abdomen,

muntah, diare, gangguan mental, rasa lemah ,sakit kepala, pusing,

berkeringat dingin,, gangguan pendengaran dan penglihatan.

Selanjutnya, terjadi pingsan dan lemah yang hebat serta dengan tekanan

darah turun, dyspneu , denyut nadi yang melemah dengan irama cepat

dan tidak teratur, terjadinya kolaps paru mungkin diikuti dengan

34

konvulsi pada akhir. Kematian dapat terjadi dalam beberapa menit

setelah mengalami gagal pernapasan (Goodman, Gilman, 2008).

Merokok dapat menyebabkan penyakit paru obstruktif (emfisema

dan bronkitis kronik), akan tetapi merokok juga berkaitan dengan

penyakit restriktif atau interstisialis. Pneumonia insterstisialis

deskuamatif (desquamative interstitial pneumonia DIP) dan

bronkiolitis respiratorik merupakan dua contoh penyakit paru

intestisialis yang berkaitan dengan merokok (Kumar VK, Abbas A,

Aster J, 2013).

(U.S Departement of health and human services, 2016)

Gambar 2.10 Bahaya Merokok bagi Tubuh

pada Perokok Aktif dan Perokok Pasif

35

(Agnieszka S, Aleksandra R, Aleksander A, et al, 2018)

Gambar 2.11 Respon Imun Lokal akibat Paparan Rokok

2.3.4 Hubungan Asap Rokok dengan Gambaran Histologis Paru

Asap rokok pada saluran napas akan secara langsung mendorong

pergerakan makrofag, limfosit, dan neutrofil. Partikel dan asap rokok

yang masuk akan mengaktifkan mediator inflamasi dan faktor

kemotatik, yaitu tumor necrosis factor-a (TNF-a), interleukin IL-6,

interleukin IL-8, monocyte chemotactic peptide (MCP)-1, leukotriene

LTB4 dan reactive oxygen species, and sekresi enzim proteolytic

(khususnya MMP-9 dan MMP-12). Faktor kemotatik terutama

interleukin IL-8 dan leukotriene LTB4 akan mempengaruhi pergerakan

neutrofil menuju ke saluran pernapasan, sehingga mempengaruhi

pengeluaran produksi dari kelenjar lendir submukosa dan

perkembangan sel goblet yang berlebihan (Angelis N, Porpodis K,

Zarogoulidis P, et al., 2014). Neutrofil akan mensekresi protease serin,

36

termasuk NE (neutrofil elastase), cathepsin G dan proteinase-3, serta

MMP-8 dan MMP-9, yang berkontribusi terhadap kerusakan paru-paru.

Neutrofil bermigrasi ke saluran pernapasan bawah akibat rangsangan

dari faktor kemotaktik neutrofil, yang meliputi IL-8. Kelangsungan

hidup neutrofil pada saluran pernapasan dipengaruhi oleh sitokin,

seperti GM-CSF (granulocyte/makrofag colony-stimulating factor) dan

G-CSF (granulocyte colonystimulating factor). Selain itu, peningkatan

jumlah sel T juga terlihat pada perokok. Sel T meningkatkan kadar CD4

+ dan CD8 + di dinding saluran napas. CD 8 yang disekresikan oleh sel

T yang penting untuk resolusi infeksi virus, namun bila berlebihan

dapat menimbulkan kerusakan akibat inflamasi paru-paru dan

penurunan fungsi paru-paru. Persentase jumlah mediator inflamasi

yang terdiri dari neutrofil, makrofag, sel CD4, CD8 + sel, sel-B dan

limfosit juga menentukan banyaknya peradangan yang terbentuk pada

saluran nafas (Vlahos R. Bozinovski S, 2014).

Asap dari sebatang rokok dapat menjadikan silia lumpuh dalam

beberapa jam, dengan pemaparan yang berulang akhirnya

menimbulkan kerusakan silia. Ketidakmampuan silia dalam menyapu

keluar mukus yang berisi partikel asing yang terus-menerus datang

menyebabkan zat karsinogen yang terhirup tetap berada di saluran nafas

dalam waktu lama. Selain itu, asap rokok melumpuhkan makrofag

alveolus. Partikel di asap rokok tidak saja melumpuhkan makrofag

tetapi juga zat tertentu dari asap rokok memiliki efek toksik yang secara

langsung pada makrofag, yakni mengurangi kemampuan makrofag

37

untuk menelan benda asing. Selain itu, zat-zat beracun dalam asap

rokok juga menimbulkan iritasi lapisan mukosa saluran napas, sehingga

menyebabkan produksi mucus yang berlebihan, dan secara tidak

langsung akan menyumbat secara parsial saluran nafas (Sherwood L,

2013). Rokok merupakan salah satu polutan berupa gas yang

mengandung berbagai bahan kimia antara lain nikotin, karbon

monoksida, tar dan eugenol (dalam rokok kretek). Asap rokok yang

merupakan sumber radikal bebas dapat mempengaruhi metabolisme

makrofag (Dietrich M, Gladys B, Edward PN, et al, 2009). Makrofag

alveolar yang terstimulasi oleh paparan asap rokok akan terjadi

inaktivasi dari α1-AT sebagai proteinase inhibitor dan mensekresi

sitokin proinflamasi (TNF α, IL-1, IL-2, IL-8, LTB4) dalam paru-paru

melalui dua jalur yaitu dengan cara produksi elastase sebagai

metalloenzim yang mempunyai peranan dalam menghidrolisis α1-AT

dan memproduksi reactive oxygen species (ROS) yang akan

menghambat α1-AT. Elastase dapat merusak beberapa struktur dari

protein paru, salah satunya adalah adanya destruksi septum alveolar

(Kumar VK, Abbas A, Aster J, 2013). Kerusakan paru yang terjadi

akibat asap rokok berupa terjadinya pelebaran lumen alveolus,

penebalan dinding alveolus, dan peradangan alveoulus yang ditandai

dengan meningkatnya jumlah leukosit pada alveolus (Dietrich M,

Gladys B, Edward PN, et al, 2009).

Paparan terhadap toksin yang dihirup ketika merokok

mengakibatkan kematian sel epitel,radang dan proteolysis dari sel

38

matrik ekstrasel. Pada beberapa orang yang rentang dalam artian

ketahanan hidup sel mesenkim dan fungsi perbaikan dalam tubuhnya

terganggu oleh efek langsung dari paparan substansi toksin yang

dihirup dan mediator inflamasi. Akibatnya akan terjadi hilangnya sel-

sel structural pada dinding alveolus dan komponen matriks yang ada

didalamnya (Kumar VK, Abbas A, Aster J, 2013).

Secara biokimiawi, asap rokok meningkatkan sintesa elastase dan

menurunkan produksi antiprotease yang merugikan pertahanan tubuh.

Elastase merusak struktur paru-paru, salah satunya adalah destruksi

septum alveolar. Asap rokok dapat menyebabkan terjadinya oedema

paru karena asap rokok meningkatkan tahanan jalan nafas dan

menaikkan permeabilitas endotel kapiler sehingga protein plasma

keluar bersama cairan dan tertimbun di jaringan. Oedema yang terjadi

mula-mula hanya terdapat pada jaringan interstitiel pada septum alveoli

yang selanjutnya menjadi oedema alveolar dimana cairan bergerak

yang bergerak dalam alveoli ini jika berlebihan akan mendesak septum

alveoli sehingga septum menipis kemudian atrofi (Bittar EE, 2007).

39

(Siwa PA, 2015) Gambar 2.12

Histologi Oedema Paru Tikus Perbesaran 400x dengan Pewarnaan Hematoksilin-Eosin

(Siwa PA, 2015)

Gambar 2.13 Histologi Destruksi Septum Alveolar pada Paru Tikus

Perbesaran 400x dengan Pewarnaan Hematoksilin-Eosin

40

(Siwa PA, 2015) Gambar 2.14

Histologi Infiltrasi Sel Radang pada Paru Tikus Perbesaran 400x dengan Pewarnaan Hematoksilin-Eosin

Radikal bebas adalah spesies kimia mengandungi sebuah elektron

tanpa pasangan pada orbit luar. Situasi kimia yang demikian tidak

stabil, dan radikal bebas akan bergabung dengan zat kimia anorganik

atau organic, apabila timbul dalam sel radikal bebas tersebut akan

menyerang asam nukleat dan berbagai protein sel dan juga lipid. Di

samping itu, radikal bebas menyebabkan molekul yang bereaksi

dengannya akan berubah menjadi sebuah radikal bebas lain, sehingga

akan terjadi suatu rangkaian kerusakan. Spesies oksigen reaktif (ROS)

adalah radikal bebas yang berasal dari oksigen yang berperan jelas pada

jejas sel. Jejas sel terjadi karena kerusakan oleh radikal bebas, keadaan

ini termasuk dalam reperfusi iskemia ,jejas kimia dan radiasi, toksin

dari oksigen serta gas lain, penuaan sel, kematian mikroba sel fagosit,

dan kerusakan jaringan akibat sel radang. Selain peranan ROS sebagai

penyebab jejas sel serta kematian mikroba, kadar ROS yang cukup

41

rendah juga dijumpai pada berbagai mekanisme sinyal sel serta pada

reaksi fisiologis. Dengan demikian, molekul ini akan diproduksi pada

keadaan normal, akan tetapi untuk menghindari efek yang cukup

merugikan, kadar intrasel pada sel sehat akan diatur ketat. (Kumar VK,

Abbas A, Aster J, 2013). Merokok menyebabkan meningkatnya jumlah

sirkulasi fagosit dan fagosit yang muncul dapat menstimulasi timbulnya

sistem Reactive Oxygen Species (ROS). Peningkatan jumlah fagosit

yang teraktivasi dapat menambah stress oksidatif lebih besar daripada

stress oksidatif akibat merokok itu sendiri. Kejadian yang penting

adalah jejas pada jaringan merupakan peningkatan adhesi perlekatan

fagosit pada dinding kapiler, yang sebelumnya didahului oleh

perlekatan fagosit ke dalam jaringan dan merupakan pusat proses imun

dan inflamasi terutama jejas pada jaringan yang berhubungan dengan

ROS (Purnamasari Y, 2006).