Nota Biologi Tingkatan 4 Bab 8: Sistem Respirasi Dalam Manusia Dan Haiwan
RINGKASAN
Ringkasan (Nota Biologi Tingkatan 4 Bab 8: Sistem Respirasi Dalam Manusia Dan Haiwan)
Bab ini mengkaji kepelbagaian sistem respirasi dalam manusia dan haiwan terpilih (serangga, ikan, amfibia), memfokuskan kepada struktur, penyesuaian, dan mekanismenya. Organisma bersaiz besar memerlukan struktur respirasi yang cekap dengan ciri penyesuaian umum seperti nisbah jumlah luas permukaan kepada isi padu (JLP/I) yang besar, dinding yang nipis (setebal satu sel), permukaan yang sentiasa lembap, dan jaringan kapilari darah yang padat (kecuali serangga).
Struktur Respirasi Spesifik:
• Serangga: Menggunakan sistem trakea yang bercabang menjadi trakeol halus, di mana pertukaran gas berlaku secara terus dengan sel. Udara masuk melalui spirakel.
• Ikan: Bernafas menggunakan insang yang terdiri daripada filamen dan lamela untuk JLP/I yang besar.
• Amfibia (Katak): Menggunakan peparu dan kulit lembap sebagai permukaan respirasi.
• Manusia: Bergantung pada alveolus di dalam peparu, yang mempunyai bilangan yang banyak dan dilingkari oleh kapilari darah untuk pertukaran gas yang efisien.
Mekanisme Pernafasan: Setiap organisma mempunyai mekanisme pernafasan yang unik.
• Serangga: Pengecutan dan pengenduran otot abdomen mengubah tekanan dalam trakea untuk menggerakkan udara keluar dan masuk.
• Ikan: Pergerakan mulut dan operkulum secara terkoordinasi mewujudkan perbezaan tekanan untuk memaksa air mengalir melalui insang.
• Katak: Menggunakan pergerakan dasar rongga mulut untuk menolak udara ke dalam peparu.
• Manusia: Melibatkan pengecutan dan pengenduran otot interkosta dan diafragma yang mengubah isi padu dan tekanan rongga toraks, menyebabkan tarikan dan hembusan nafas.
Pertukaran dan Pengangkutan Gas dalam Manusia: Pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida berlaku di alveolus dan kapilari tisu melalui proses resapan, yang didorong oleh perbezaan tekanan separa gas.
• Oksigen: Diangkut dari peparu ke tisu terutamanya dalam bentuk oksihemoglobin selepas bergabung dengan hemoglobin dalam eritrosit.
• Karbon Dioksida: Diangkut dari tisu ke peparu melalui tiga cara: 70% sebagai ion bikarbonat (HCO₃⁻) dalam plasma darah, 23% sebagai karbaminohemoglobin, dan 7% terlarut dalam plasma sebagai asid karbonik (H₂CO₃). Enzim karbonik anhidrase dalam eritrosit memainkan peranan penting dalam penukaran ini.
Isu Kesihatan: Bab ini juga menyentuh Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD), yang merangkumi asma (dinding bronkiol bengkak dan menebal), bronkitis kronik (keradangan bronkiol dengan penghasilan mukus berlebihan), dan emfisema (dinding alveolus rosak dan kehilangan kekenyalan).
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Alveolus | Struktur kantung udara kecil di hujung bronkiol dalam peparu manusia di mana pertukaran gas berlaku. |
| Asma | Sejenis penyakit COPD di mana dinding bronkiol pesakit menjadi bengkak dan menebal, menyebabkan laluan udara menjadi sempit. |
| Bronkitis Kronik | Sejenis penyakit COPD yang dicirikan oleh keradangan bronkiol yang menghasilkan mukus berlebihan, menyempitkan laluan udara. |
| Diafragma | Lapisan otot di bawah peparu yang mengecut dan mengendur untuk membantu dalam mekanisme pernafasan manusia. |
| Emfisema | Sejenis penyakit COPD di mana dinding alveolus rosak dan kehilangan kekenyalannya, mengurangkan luas permukaan untuk pertukaran gas. |
| Eritrosit | Sel darah merah yang mengandungi hemoglobin untuk mengangkut oksigen dan sebahagian karbon dioksida. |
| Filamen Insang | Struktur halus seperti benang pada insang ikan yang mengandungi lamela untuk pertukaran gas. |
| Glotis | Bukaan pada rongga mulut katak yang menuju ke peparu; boleh ditutup dan dibuka semasa pernafasan. |
| Hemoglobin | Protein dalam eritrosit yang bergabung dengan oksigen untuk membentuk oksihemoglobin dan dengan karbon dioksida untuk membentuk karbaminohemoglobin. |
| Ion Bikarbonat (HCO₃⁻) | Bentuk utama (70%) pengangkutan karbon dioksida dalam plasma darah. |
| JLP/I | Nisbah Jumlah Luas Permukaan kepada Isi Padu. Nisbah yang besar adalah penting untuk pertukaran gas respirasi yang cekap. |
| Karbaminohemoglobin | Sebatian yang terbentuk apabila karbon dioksida bergabung dengan hemoglobin dalam eritrosit. |
| Karbonik Anhidrase | Enzim dalam eritrosit yang memangkinkan tindak balas antara karbon dioksida dan air untuk membentuk asid karbonik. |
| Lamela Insang | Plat nipis pada filamen insang yang merupakan permukaan utama pertukaran gas bagi ikan. |
| Oksihemoglobin | Sebatian yang terbentuk apabila oksigen bergabung dengan hemoglobin dalam eritrosit di peparu. |
| Operkulum | Penutup insang pada ikan yang pergerakannya membantu dalam mekanisme pernafasan. |
| Pernafasan | Proses tarikan dan hembusan nafas. |
| Spirakel | Liang kecil pada toraks dan abdomen serangga yang membolehkan udara masuk ke dalam sistem trakea. |
| Tekanan Separa | Tekanan yang dikenakan oleh satu jenis gas dalam campuran gas. Resapan gas berlaku dari kawasan tekanan separa tinggi ke rendah. |
| Trakea (serangga) | Sistem tiub udara dalam sistem pernafasan serangga yang bercabang ke seluruh badan. |
| Trakeol | Cabang salur yang sangat halus daripada trakea serangga; merupakan permukaan respirasi utama. |
CONTOH SOALAN KBAT
Soalan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi (KBAT)
1. Soalan: Jelaskan mengapa sistem pengangkutan darah tidak diperlukan untuk mengangkut gas respirasi dalam serangga.
Jawapan: Sistem respirasi serangga terdiri daripada sistem trakea yang bercabang menjadi trakeol yang sangat halus. Trakeol ini menembusi secara terus ke dalam semua sel badan. Oleh itu, gas oksigen dapat meresap terus dari trakeol ke dalam sel, manakala karbon dioksida meresap keluar dari sel ke dalam trakeol tanpa memerlukan sistem peredaran darah untuk mengangkutnya.
2. Soalan: Diafragma seorang individu tidak dapat berfungsi akibat kemalangan. Terangkan bagaimana keadaan ini memberi kesan kepada mekanisme pernafasan individu tersebut.
Jawapan: Diafragma memainkan peranan penting dalam mengubah isi padu rongga toraks. Semasa tarikan nafas, otot diafragma mengecut dan mendatar, menambah isi padu rongga toraks. Tanpa fungsi diafragma, individu tersebut akan mengalami kesukaran untuk menarik nafas dalam-dalam. Pergerakan sangkar rusuk oleh otot interkosta sahaja tidak mencukupi untuk menghasilkan perubahan isi padu dan tekanan yang besar, menyebabkan pernafasan menjadi cetek dan kurang efisien.
3. Soalan: Penyakit emfisema menyebabkan dinding alveolus rosak dan kehilangan kekenyalan. Terangkan bagaimana keadaan ini menjadikan pertukaran gas kurang efisien.
Jawapan: Kerosakan dinding alveolus mengurangkan jumlah luas permukaan yang tersedia untuk pertukaran gas. Ini melambatkan kadar resapan oksigen ke dalam darah dan karbon dioksida keluar dari darah. Kehilangan kekenyalan pula menyukarkan proses hembusan nafas, di mana udara tidak dapat didesak keluar sepenuhnya. Udara yang terperangkap ini mempunyai kepekatan oksigen yang rendah, seterusnya mengurangkan kecerunan tekanan separa yang diperlukan untuk resapan gas yang cekap.
4. Soalan: Mengapakah insang ikan tidak boleh berfungsi dengan cekap sekiranya ikan berada di darat?
Jawapan: Di dalam air, filamen dan lamela insang disokong oleh daya apungan air, membolehkannya terpisah dan menyediakan luas permukaan yang maksimum. Apabila berada di darat, tanpa sokongan air, filamen dan lamela akan melekat bersama disebabkan oleh tegangan permukaan. Ini secara drastik mengurangkan jumlah luas permukaan yang terdedah kepada udara. Selain itu, permukaan insang akan menjadi kering, menghalang gas respirasi daripada melarut, sekaligus menghentikan proses pertukaran gas.
5. Soalan: Terangkan mengapa pendedahan kepada gas karbon monoksida untuk masa yang singkat adalah lebih berbahaya berbanding pendedahan kepada karbon dioksida.
Jawapan: Hemoglobin dalam sel darah merah mempunyai afiniti (daya tarikan) yang jauh lebih tinggi terhadap karbon monoksida berbanding oksigen. Apabila karbon monoksida disedut, ia akan bergabung dengan hemoglobin secara stabil dan membentuk karboksihemoglobin. Ini mengurangkan jumlah hemoglobin yang tersedia untuk mengangkut oksigen ke sel-sel badan. Akibatnya, sel-sel badan akan kekurangan oksigen dengan cepat, membawa kepada keadaan berbahaya walaupun dengan pendedahan yang singkat.