Sistem dan Organ Pernapasan pada Hewan- Pernapasan adalah pertukaran gas yang dibutuhkan untuk metabolisme dalam tubuh. Hewan memiliki alat-alat pernapasan yang berbeda-beda. Mamalia, Reptilia, dan Amphibia memiliki saluran pernapasan berupa paruparu. Cacing (Annelida) dan Amphibia memiliki kulit yang berfungsi juga sebagai tempat pertukaran gas. Ikan mengambil oksigen yang berada di lingkungannya (air) dengan menggunakan sistem insang. Sebagian besar Arthropoda, terutama serangga, telah memiliki sistem saluran pernapasan. Meskipun demikian, terdapat kelebihan dan kekurangan pada setiap mekanisme pernapasan yang dimiliki oleh setiap makhluk. Misalnya, katak yang memiliki dua jenis mekanisme respirasi, tetap tidak dapat berada lama di darat karena adanya ancaman dehidrasi. Paru-paru tidak mampu mengikat udara yang terlarut dalam air, tetapi sistem pernapasan ini menguntungkan untuk hidup di daratan karena letaknya di dalam saluran pernapasan sehingga paru-paru terhindar dari penguapan air yang berlebihan. Berikut akan dibahas mengenai sistem pernapasan pada beberapa hewan.

1. Sistem Organ Pernapasan Cacing (Annelida). Cacing menggunakan permukaan tubuhnya untuk bernapas. Hewan ini memanfaatkan permukaan kulitnya untuk bernapas. Oleh karena itu, kulit cacing tanah selalu basah untuk memudahkan terjadinya pertukaran udara. Di bawah permukaan kulitnya yang basah tersebut, ternyata terdapat kapiler-kapiler darah. Melalui kapiler ini, oksigen berdifusi masuk ke dalam kulit, lalu ditangkap dan diedarkan oleh sistem peredaran darah. Sebaliknya, karbon dioksida yang terkandung dalam darah dilepaskan dan berdifusi keluar tubuh.

Gambar 7.11 Cacing menggunakan seluruh permukaan tubuhnya untuk bernapas

2. Sistem Organ Pernapasan Serangga (Insecta). Serangga adalah kelompok Arthropoda yang paling banyak jenisnya. Meskipun serangga memiliki sistem peredaran darah terbuka, namun sistem pernapasan serangga langsung mencapai jaringannya lewat saluran yang disebut sistem trakea. Sistem trakea memiliki saluran-saluran tempat pertukaran udara yang bermuara di stigma atau spirakel, yaitu berupa lubang kecil yang berada di kedua tepi setiap ruas tubuh serangga. Spirakel memiliki bulu-bulu untuk menyaring kotoran. Spirakel juga memiliki katup. Dengan cara mengontraksikan otot-otot yang berhubungan dengan katup-katup tersebut, serangga dapat mengatur membuka dan menutupnya spirakel. Dalam tubuh serangga, terdapat trakea yang memanjang di sepanjang tubuhnya. Trakea itu bercabang-cabang menjadi saluran-saluran udara yang sangat kecil yang disebut trakeolus. Trakeolus bersentuhan langsung dengan jaringan dalam tubuh serangga. Ujung trakeolus memiliki cairan. Pada cairan inilah, oksigen dalam udara yang masuk ke dalam sistem trakea, berdifusi masuk ke dalam sel-sel jaringannya. Sebaliknya, karbon dioksida juga keluar melalui trakeolus (Perhatikan Gambar 7.12).

Gambar 7.12 Sistem pernapasan serangga disebut sistem trakea.

Belalang bernapas dengan menggerakkan perutnya sehingga spirakelnya membuka dan menutup. Empat pasang spirakel anterior akan terbuka dan spirakel posterior akan terbuka. Kemudian, spirakel anterior menutup, spirakel posterior membuka, dan otot perut akan berkontraksi. Akibatnya, udara akan masuk ke dalam kantung udara dan sistem trakea.

3. Sistem Organ Pernapasan Ikan (Pisces). Insang adalah organ pernapasan utama pada ikan. Beberapa hewan lain juga memiliki insang untuk bernapas, di antaranya udang, kepiting, cacing laut, serta bintang laut. Air berperan sebagai media pernapasan. Oksigen yang terkandung di dalam air yang jumlahnya sangat sedikit, disaring oleh lembaran-lembaran insang. Namun, konsentrasi oksigen di dalam air dapat berubah sejalan dengan naiknya suhu dan salinitas air. Bahan-bahan pencemar organik yang diuraikan oleh bakteri dan jamur juga dapat mengurangi jumlah oksigen dalam air. Lembaran-lembaran insang tersebut dipenuhi oleh pembuluh-pembuluh darah. Air mengalir melewati lembaran-lembaran insang tersebut sehingga oksigen yang terlarut di dalamnya dapat berdifusi masuk ke dalam pembuluh darah. Perhatikan Gambar 7.13.

Gambar 7.13 Proses pertukaran gas terjadi di permukaan insang.

Air masuk melalui mulut dan keluar melalui operkulum insang. Proses inspirasi terjadi ketika volume rongga mulut membesar sehingga tekanan di dalam rongga mulut meningkat dan air mengalir masuk ketika mulut terbuka. Air tertahan di dalam mulut karena selaput yang membatasi rongga mulut dan insang masih tertutup. Ketika selaput terbuka, air mengalir melewati lamela insang. Pada saat itulah, terjadi proses pertukaran gas di permukaan insang. Darah melepaskan CO₂ ke dalam air dan mengikat O₂ yang terdapat dalam air. Pada jenis-jenis ikan tertentu, seperti lele, mampu hidup di dalam air kotor. Insangnya memiliki perluasan berupa lipatan-lipatan (labirin) yang membentuk rongga. Rongga labirin dapat menyimpan oksigen sehingga ketika ikan tersebut berada di dalam air yang kotor atau bahkan dalam lumpur, ikan tersebut masih dapat bernapas.

4. Sistem Organ Pernapasan Katak (Amphibia). Sepasang paru-paru pada katak berbentuk seperti balon elastis tipis yang diliputi kapiler darah. Dinding bagian dalam paru-paru ini memiliki lipatan-lipatan yang berperan sebagai perluasan. Paru-paru ini dihubungkan dengan semacam bronkus pendek yang berhubungan dengan rongga mulut. Katak tidak memiliki tulang rusuk dan diafragma. Mekanisme inspirasi dan ekspirasi terjadi karena kontraksi atau relaksasinya otot-otot rahang bawah dan otot perut. (Gambar 7.14).

Gambar 7.14 Katak tidak memiliki tulang rusuk dan diagfragma. Mekanisme inspirasi dan ekspirasi terjadi karena kontraksi otot-otot rahang bawah dan otot perut.

Rongga mulut membesar ketika otot rahang bawah (submaksilaris) mengendur, dan otot sternohioideus di bagian bawah rahang berkontraksi. Hal ini menyebabkan peningkatan tekanan dalam rongga mulut sehingga terjadi aliran udara melalui rongga mulut dan koane. Ketika otot submaksilaris dan otot genio hioideus berkontraksi, rongga mulut mengecil. Koane menutup dan celah faring membuka sehingga udara terdorong masuk ke dalam paruparu. Kemudian, di dalam paru-paru terjadi pertukaran gas. Pada proses ekspirasi, otot submaksilaris kembali berelaksasi dan otot sternohioideus serta otot-otot perut berkontrasi sehingga menekan paru-paru dan mendorong udara kaya CO₂ keluar rongga mulut. Segera setelah celah faring menutup dan koane membuka, otot submaksilaris dan otot geniohioideus berkontraksi sehingga rongga mulut mengecil. Akibatnya, udara yang kaya CO₂ tertekan keluar. Pernapasan dengan menggunakan kulit dapat berlangsung ketika berada di darat maupun di air. Kulit katak tipis dengan lendir yang dihasilkan oleh kelenjar pada kulitnya. Selain itu, memiliki banyak kapiler yang merupakan perkembangan dari sistem pernapasan menggunakan insang luar. Pada saat berada dalam stadium larva, organ yang dimiliki bukanlah paru-paru, tetapi insang luar. Insang luar berupa lipatan-lipatan kulit yang mengandung banyak pembuluh darah. Pada salamander, salah satu jenis Amphibia, insang luar ini tetap ada hingga hewan tersebut dewasa.

5. Sistem Organ Pernapasan Burung (Aves). Pada prinsipnya, sistem respirasi burung mirip dengan sistem respirasi pada Mammalia. Perbedaannya, burung memiliki 6 pasang kantung udara (saccus pneumatikus). Kantung udara ini terbentuk sebagai semacam perluasan dari paru-paru. Namun, pertukaran gas tetap terjadi di dalam paru-paru, sedangkan kantung udara berfungsi menampung udara cadangan. Berdasarkan letaknya terhadap paru-paru, beberapa kantung udara disebut kantung udara posterior (di belakang paru-paru, meliputi dua pasang kantung udara di perut) dan anterior (di depan paru-paru, meliputi sepasang di rongga dada dan sepasang di pangkal leher). Kantung udara anterior di antaranya terletak di pangkal leher, rongga dada (di antara tulang selangka), dan di antara tulang korakoid. Kantung udara posterior di antaranya terletak di pangkal leher di bawah sayap (ketiak), dan dua pasang di rongga perut. Kantung-kantung udara ini berfungsi:

a. membantu pernapasan, terutama pada saat terbang;

b. membantu memperkeras suara saat berkicau;

c. mencegah hilangnya panas tubuh yang terlalu besar dan melindungi dari kedinginan;

d. memperbesar atau memperkecil berat jenis tubuh burung perenang pada waktu burung tersebut berenang.

Paru-paru burung berbeda dengan paru-paru manusia. Selain ukurannya yang cukup kecil jika dibandingkan dengan ukuran tubuhnya, struktur bagian dalamnya pun berbeda. Alveoli yang merupakan bagian ujung dalam saluran pernapasan manusia, digantikan oleh saluran-saluran kecil yang disebut parabronkus. Saluran-saluran kecil tersebut dibungkus oleh pembuluhpembuluh darah. Pertukaran udara terjadi di dalam saluran parabronkus.

Gambar 7.15 Organ respirasi pada burung terdapat perbedaan antara fase inspirasi dan ekspirasi pada bagian paru-paru.

Pada saat burung tidak terbang, proses inspirasi terjadi dengan memperbesar rongga dada. Pembesaran rongga dada diikuti dengan aliran udara dari luar tubuh melewati hidung, faring, trakea, dan bronkus. Sebagian besar udara diteruskan ke kantung-kantung udara posterior, sedangkan sebagian lagi langsung melewati paru-paru. Saat rongga dada mengecil, terjadi ekspirasi. Udara dari kantung udara posterior mengalir ke kantung udara interior, melewati parabronkus. Dalam parabronkus terjadi pertukaran gas. Udara kaya CO2 ditampung sementara dalam kantung-kantung udara anterior. Saat inspirasi berikutnya, udara mengalir lagi mengisi kantung udara posterior dan paru-paru. Ketika ekspirasi, udara mengalir melewati paruparu mengisi kantung udara anterior, sedangkan udara hasil pernapasan pertama dikeluarkan. Secara kontinu, paru-paru burung dilewati udara pada saat inspirasi dan ekspirasi. Pada saat burung terbang, mekanisme perbesaran rongga dada tidak dapat dilakukan karena tulang dada dan tulang rusuk merupakan tempat perlekatan untuk otot-otot terbang. Aliran udara ke dalam paru-paru terjadi ketika burung mengepakkan sayap. Pada saat sayap diangkat ke atas, kantung udara di ketiak mengembang sehingga terjadi proses inspirasi. Ketika sayap turun, kantung udara di antara tulang korakoid mengembang dan kantung udara ketiak terjepit sehingga udara mengalir ke dalam kantung udara di antara tulang korakoid melewati paru-paru. Saat itulah terjadi proses pertukaran gas.

Bagaimana proses ekspirasi terjadi? Rahang bawah akan mengendur dan diikuti oleh kontrasi otot perut dan sternohioideus yang akan menyebabkan tertekannya paru-paru. Hal ini akan mendorong udara keluar dan masuk rongga mulut.