8.1 - Jenis Sistem Respirasi

Pertukaran gas melibatkan pengambilan oksigen dari persekitaran dan penghembusan karbon dioksida ke persekitaran. Proses pertukaran gas berlaku di struktur respirasi , iaitu permukaan respirasi yang membolehkan pertukaran gas berlaku. Organisma yang berbeza mempunyai struktur respirasi berlainan yang boleh memaksimumkan kadar pertukaran gas. Secara umumnya, organisma yang lebih kecil mempunyai nisbah jumlah luas permukaan kepada isi padu (JLP/I) yang lebih tinggi manakala organisma yang lebih besar mempunyai nisbah JLP/I yang lebih rendah. Ini bermaksud isi padu badan organisma yang lebih besar memerlukan oksigen bertambah lebih daripada jumlah luas permukaannya. Oleh itu, oksigen tidak dapat memenuhi permintaan oksigen dalam badan secara resapan melalui permukaan badan sahaja. Dalam kes ini, organisma tersebut memerlukan struktur respirasi khas untuk pertukaran gas yang cekap.

Terdapat empat ciri-ciri sama pada struktur respirasi untuk pertukaran gas yang efisien dalam organisma multisel.

• Nisbah JLP/I tinggi
• Sel melapisi permukaan respirasi adalah nipis ( setebal satu sel ).
• Permukaan struktur respirasi adalah sentiasa lembap.
• Dilengkapi dengan jaringan kapilari darah

Rajah 1 Permukaan respirasi organisma unisel seperti Amoeba sp. (kiri) dan Paramecium sp. (kanan) ialah seluruh membran plasma mereka kerana spesies-spesies ini mempunyai nisbah JLP/I yang mencukupi untuk pertukaran gas efisien.

Struktur Respirasi Serangga dan Penyesuaiannya

Sistem trakea ialah sistem pernafasan serangga.

• Terdiri daripada rangkaian tiub yang dipanggil trakea.
• Trakea bercabang membentuk salur yang lebih halus yang disebut trakeol.
• Udara dari persekitaran memasuki trakea melalui liang-liang kecil dipanggil spirakel yang terdapat pada toraks dan abdomen serangga.
• Sesetengah serangga seperti belalang mempunyai kantung udara dalam sistem trakeanya. Kantung ini membantu mempercepat penghantaran gas masuk dan keluar dari tisu semasa pergerakan badan.

Rajah 2 - Spirakel mempunyai injap yang akan buka dan tutup untuk membolehkan pergerakan gas masuk dan keluar dari badan. Trakea dilindungi dengan cincin kitin yang menghalangnya daripada runtuh.

Struktur Respirasi Ikan dan Penyesuaiannya

Insang merupakan struktur respirasi khas bawah air. Insang disokong oleh lengkung insang dan dilindungi oleh operkulum. Setiap insang mempunyai 2 baris filamen nipis yang disusun dalam bentuk V. Filamen-filamen ini terdiri daripada banyak unjuran nipis dan pipih yang dipanggil lamela.

• Jumlah luas permukaan besar filamen dan lamela membantu proses pertukaran gas dalam ikan.
• Membran filamen yang nipis membolehkan penyerapan gas respirasi dengan lebih mudah.
• Filamen dibekalkan dengan banyak kapilari darah untuk pertukaran dan pengangkutan gas yang efisien.

Rajah 3 - Filamen insang selalui dikelilingi air. Mekanisme tukar ganti lawan arus meningkatkan lagi kecekapan pertukaran gas. Air mengalir melalui insang dari satu arah, manakala darah mengalir dari arah yang berlainan. Ini memaksimumkan pemindahan oksigen di lamela.

Struktur Respirasi Katak dan Penyesuaiannya

Amfibia seperti katak boleh tinggal di darat dan juga dalam air. Oleh itu, struktur respirasi mereka direka agar dapat menyesuaikan diri dengan pertukaran gas di darat dan dalam air. Proses pertukaran gas dalam katak berlaku melalui kulit dan paru-parunya. Semua penyesuaian yang tercatat di bawah membolehkan pelarutan gas respirasi dan pengangkutan ke dalam dan luar badan.

• Dalam keadaan kurang aktif, katak menggunakan kulit untuk pertukaran gas.
• Kulitnya nipis , sangat telap dan sentiasa lembap.
• Terdapat banyak jaringan kapilari darah di bawah kulit yang mengangkut gas respirasi.
• Dalam peparu katak, permukaanya yang berlipat-lipat menambahkan jumlah luas permukaan untuk pertukaran gas.
• Membran peparu juga nipis dan lembap.
• Peparu juga kaya dengan jaringan kapilari darah.

Rajah 4 - Peparu katak tidak sekuat peparu manusia. Peparu katak tidak mempunyai tulang rusuk atau diafragma untuk menyokong pengecutan peparu.

Struktur Respirasi Manusia dan Penyesuaiannya

Dalam hidupan mamalia seperti manusia, pertukaran gas respirasi berlaku di alveolus di peparu.

• Peparu mengandungi berjuta-juta alveolus yang dapat menambahkan jumlah luas permukaan untuk pertukaran gas.
• Permukaan dalaman alveolus selalu lembap.
• Setiap alveolus dilingkari oleh jaringan kapilari darah yang banyak.
• Dinding alveolus juga sangat nipis, hanya setebal satu sel.

Rajah 5 - Alveolus dilingkari oleh jaringan kapilari darah yang menyediakan nisbah JLP/I untuk pertukaran gas respirasi dengan cepat.

Perbandingan dan Perbezaan Struktur Respirasi Manusia dan Haiwan

• Persamaan
  • Nisbah JLP/I tinggi dalam semua struktur respirasi untuk pertukaran gas efisien.
  • Membran permukaan respirasi yang nipis membolehkan resapan gas dengan mudah.
  • Permukaan respirasi yang lembap membolehkan larutan gas respirasi.
  • Kapilari darah yang kaya mengelilingi struktur respirasi (kecuali dalam serangga).
• Perbezaan
  • Serangga
    • Struktur respirasi: Trakeol
    • Macam mana nisbah JLP/I tinggi dicapai: Trakeol yang banyak
  • Ikan
    • Struktur respirasi: Filamen dan lamela
    • Macam mana nisbah JLP/I tinggi dicapai: Filamen dan lamela yang banyak
  • Katak
    • Struktur respirasi: Kulit dan peparu
    • Macam mana nisbah JLP/I tinggi dicapai:
      • Permukaan dalaman peparu yang berlipat-lipat
      • Seluruh permukaan kulit
  • Manusia
    • Struktur respirasi: Alveolus
    • Macam mana nisbah JLP/I tinggi dicapai: Alveolus yang banyak