MEMBRAN RESPIRATORIUS

Transkripsi

1 PENDAHULUAN Fungsi utama paru adalah untuk memberikan oksigenasi darah yang memadai dan mengeluarkan karbondioksida (CO 2 ). Proses pertukaran gas melalui tiga tahapan yaitu ventilasi paru yang akan menentukan kadar oksigen (O 2 ) dan CO 2 alveolar, penyimpanan serta transportasi gas dalam darah, dan proses keseimbangan antara gas alveolar dan arteri. 1 Efektifitas pertukaran gas secara klinis dapat dinilai dengan menghitung kadar O 2 dan CO 2 di dalam darah arteri. Penghitungan dapat dilakukan secara sederhana dengan menusukkan sebuah jarum ke dalam arteri radialis, arteri brakhialis, atau arteri perifer lainnya dan mengukur kadar tekanan parsial oksigen arteri (PaO 2 ) dan tekanan parsial karbondioksida arteri (PaCO 2 ). Nilai tekanan parsial oksigen alveolar (PAO 2 ) dapat diperhitungkan dengan mengetahui tekanan barometrik (PB), tekanan oksigen di dalam udara inspirasi (PiO 2 ), tekanan uap air (PH 2 O), CO 2 alveolar yang setara dengan CO 2 arterial, dan respiratory quotient (R). Perbedaan antara PAO 2 dan PaO 2 yang terukur adalah alveolar-arterial oxygen difference 2 (AaDO 2 ). Alveolar-arterial oxygen difference dibentuk berdasarkan hubungan antara PAO 2 dan PaO 2. Tekanan parsial oksigen alveolar sama dengan PaO 2 jika ventilasi sesuai dengan perfusi. Gradien menggambarkan efisiensi penyerapan O 2 dari gas alveolar ke kapiler paru. 3 Alveolar-arterial oxygen difference adalah salah satu cara untuk menilai integritas unit alveolar-kapiler dan membantu menentukan penyebab rendahnya PaO 2 seseorang. 4 Hubungan antara PaO 2 dan AaDO 2 bermanfaat dalam menentukan penyebab suatu abnormalitas PaO 2 dan untuk memperkirakan respons terapi terutama pemberian suplemen O 2 sehingga AaDO 2 harus diukur sebagai bagian dari setiap analisis gas darah. Niai AaDO 2 yang didapatkan selanjutnya dapat digunakan untuk menentukan penyebab suatu abnormalitas O 2 arterial. 2 1

2 MEMBRAN RESPIRATORIUS Membran respiratorius atau membran paru atau membran alveolokapiler adalah jaringan yang memisahkan kapiler darah dari alveoli udara. 5 Pertukaran gas antara alveoli dan peredaran darah paru terjadi melalui membran di seluruh bagian terminal paru, tidak hanya dalam alveoli itu sendiri. Membran ini secara bersama-sama dikenal sebagai membran respiratorius. 6 Anatomi Dan Fisiologi Membran Respiratorius. Membran respiratorius secara ultrastruktur, terdiri dari 6 lapisan. Lapisan pertama adalah surfaktan paru dan cairan yang melapisi alveolar, lapisan kedua sel epitel alveolar, lapisan ketiga membrana basalis sel epiltel alveolar, lapisan keempat berupa ruang interstitial tipis antara epitel dan sel endotel, lapisan kelima adalah membrana basalis sel endotel kapiler, dan lapisan keenam adalah sel endotel kapiler. 6 Ketebalan membran respiratorius secara keseluruhan di beberapa tempat adalah 0,2 mikrometer dan rata-rata sekitar 0,6 mikrometer kecuali pada tempat dimana terdapat inti sel yaitu sekitar 2,5 mikrometer. Keseluruhan area permukaan membran respiratorius secara histologik kira-kira 70 m 2 pada dewasa normal. 5-7 Fungsi utama membran respiratorius adalah untuk pertukaran antara gas darah dan gas alveolar, mengatur aliran zat terlarut dan cairan antara permukaan alveolar, interstitium dan darah, serta untuk meningkatkan bersihan cairan aktif dari alveolar ke ruang interstitial. 8 Pertukaran gas hanya melibatkan CO 2 dan O 2, tidak melibatkan nitrogen serta gas inert lainnya. Pertukaran CO 2 dan O 2 melalui membran alveolar kapiler dengan cara difusi pasif dari daerah yang bertekanan gas tinggi ke tekanan gas rendah. 9 Molekul gas di paru harus berdifusi melewati membran kapiler-alveolar seperti pada gambar 1 yang terdiri dari cairan yang membatasi membran intraalveolar, sel epitel alveolus, membran basal alveolus, ruang interstitium, membran basal endotel kapiler, endotel kapiler, plasma darah di kapiler, membran eritrosit, dan cairan intraselular dalam eritrosit sampai bertemu dengan molekul hemoglobin. 7 2

3 Gambar 1. Potongan melintang ultrastruktur membran respiratorius Dikutip dari (6) Fungsi biologis membran respiratorius saling terkait oleh konfigurasi anatomis khas dari barier darah dan gas yang terdiri dari tiga lapisan yaitu epitel alveolar, endotel kapiler dan lamina densa. Penampakan ultrastruktur barier darahgas seperti terlihat pada gambar 1 menunjukkan satu sisi membran lebih tipis dari yang lain. Perbedaan ini terutama terkait dengan komposisi interstitium. Bagian membran tipis ini terutama terlibat dalam proses difusi gas dinamis. Bagian tebal merupakan membran basalis antara lapisan endotel dan kapiler, berfungsi sebagai pengontrol aliran cairan dan regulasi permeabilitas membran respiratorius serta memberikan ketahanan yang lebih tinggi terhadap tekanan hidrostatik mekanik dan pembengkakan cairan. 8 3

4 Keadaan Yang Menyebabkan Kelainan Membran Respiratorius Membran respiratorius terlibat dalam proses difusi gas dinamis. Kelainan membran respiratorius akan mempengaruhi difusi gas. Difusi gas di seluruh membran respiratorius dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut: 5,6,10 1. Tebal membran respiratorius. Rata-rata difusi (Vgas) melalui membran berbanding terbalik dengan ketebalan membran (d) seperti yang terlihat pada persamaan berikut: Vgas = 1 Persamaan (i) d Setiap faktor yang meningkatkan ketebalan membran lebih dari dua sampai tiga kali normal dapat menghalangi pertukaran gas secara bermakna. Laju perpindahan gas akan menurun dengan meningkatnya ketebalan membran respiratorius karena gas membutuhkan waktu lebih lama untuk menyebar. Edema paru, peradangan paru atau gagal jantung kongestif kiri akan menyebabkan terjadinya akumulasi kelebihan cairan interstial antara alveoli dan kapiler paru sehingga gas tidak hanya berdifusi melalui membran namun juga melalui cairan interstial. Kondisi tersebut akan meningkatkan ketebalan membran respiratorius. Ketebalan beberapa bagian membran respiratorius bertambah pada fibrosis paru karena pergantian jaringan paru yang halus dengan jaringan fibrotik dan pada pneumonia akibat akumulasi cairan inflamasi di dalam atau sekitar alveoli. 2. Luas permukaan membran respiratorius. Normalnya luas permukaan membran respiratorius sekitar 70 m 2. Rata-rata difusi berbanding lurus dengan luas permukaan (A) seperti terlihat pada persamaan berikut: Vgas = A Persamaan (ii) Luas permukaan membran respiratorius dapat sangat berkurang pada beberapa keadaan. Pengangkatan seluruh paru mengurangi luas permukaan total sampai setengah dari normal. Penghancuran sebagian dinding alveolus menyebabkan beberapa alveoli bersatu pada kondisi emfisema sehingga ruangan yang 4

5 terbentuk jauh lebih besar daripada alveoli sebenarnya. Hilangnya dinding alveolus mengakibatkan jumlah total permukaan membran respiratorius seringkali berkurang sampai lima kali lipat. Pertukaran gas melalui membran sangat terganggu bahkan dalam keadaan istirahat sekalipun apabila jumlah total luas permukaan dikurangi sampai mendekati sepertiga atau sepermpat normal. 3. Koefisien difusi. Koefisien difusi untuk transfer masing-masing gas melalui membran respiratorius tergantung pada kelarutan gas dalam membran. Koefisien difusi berbanding terbalik dengan akar pangkat dua berat molekul gas sedangkan rata-rata difusi berbanding lurus dengan koefisien difusi gas (D) seperti yang terlihat pada persamaan berikut: Vgas = D Persamaan (iii) Kecepatan difusi dalam membran respiratorius hampir sama dengan dalam air. Kecepatan difusi CO 2 melalui membran kira-kira 20 kali kecepatan O 2 pada berbagai tekanan. Kecepatan difusi O 2 kira-kira dua kali kecepatan nitrogen. 4. Perbedaan tekanan parsial gas. Perbedaan tekanan melalui membran respiratorius adalah suatu perbedaan antara tekanan parsial gas di alveoli dengan tekanan parsial gas di kapiler darah paru. Tekanan parsial menyatakan jumlah total molekul gas yang membentur suatu satuan luas permukaan membran alveolus pada satu satuan waktu sedangkan tekanan gas dalam darah menyatakan jumlah molekul yang membentur luas membran yang sama dari sisi berlawananan. Rata-rata difusi melalui membran respiratorius berbanding lurus dengan perbedaan tekanan antara tekanan parsial gas di alveoli (pa) dan di kapiler paru (pc) seperti yang terlihat pada persamaan berikut ini: Vgas = (pc-pa) Dari persamaan (i), (ii), (iii) and (iv) didapatkan bahwa: Persamaan (iv) Vgas = pc-pa DA d Rumus ini dikenal sebagai hukum Fick. Rata-rata difusi gas di paru misalnya volume gas yang melewati membran respiratorius per menit ditentukan oleh beberapa faktor seperti yang ditentukan oleh hukum Fick. 5 5

6 ALVEOLAR-ARTERIAL OXYGEN DIFFERENCE (AaDO 2 ) Perbedaan tekanan parsial oksigen antara dua tingkat disebut sebagai gradien Perbedaan antara PAO 2 dan PaO 2 disebut dengan AaDO 2. Selisih antara PAO 2 dan PaO 2 umumnya disebut sebagai gradien A-a. Gradien merupakan istilah yang kurang tepat karena perbedaan tidak terjadi akibat gradien difusi. Perbedaan terjadi akibat ketidaksesuaian V-Q dan/atau pirai darah dari kanan ke kiri melalui alveoli yang mengalami ventilasi sehingga selisih O 2 A-a merupakan istilah yang lebih tepat. 12 Tekanan Parsial Oksigen Arteri Tekanan parsial oksigen arteri mencerminkan pertukaran gas di paru dan menentukan keadaan oksigenasi darah arteri. 13 Tekanan parsial oksigen arteri ditentukan hanya oleh PiO 2, PaCO 2, dan arsitektur paru. Gangguan fisiologis arsitektur paru paling banyak adalah kelainan ventilasi perfusi, jarang oleh karena blok difusi dan pirai anatomis kanan ke kiri. 12 Tekanan parsial oksigen arteri biasanya menurun sesuai dengan usia karena penurunan elastisitas paru pada orang tua sehingga menghasilkan ketidaksesuaian V/Q yang lebih besar. Nilai PaO 2 yang diharapkan saat bernapas dengan udara di permukaan laut dapat dihitung dengan persamaan: 13 PaO 2 = (usia x 0,25) Nilai PaO 2 kurang dari yang diharapkan menunjukkan hipoksemia yang dapat disebabkan oleh hipoventilasi atau ketidaksesuaian V/Q. 13 Hipoksemia arterial terjadi apabila PaO 2 arterial berada di bawah rentang normal. Kadar PaO 2 kurang dari 80 mmhg pada orang dewasa yang bernapas dengan udara kamar umumnya dianggap abnormal. 2 Nilai PaO 2 turun sebesar 3 mmhg untuk setiap ketinggian 300 meter di atas permukaan laut. Kenaikan (atau penurunan) suhu setiap derajat celcius, nilai PaO 2 akan meningkat (atau menurun) sebesar 5%. Tekanan parsial oksigen arteri juga akan meningkat (atau menurun) sebesar 10% untuk tiap 0,1 penurunan (atau peningkatan) ph. 14 Tekanan parsial oksigen arteri merupakan penentu utama saturasi oksigen 6

7 arteri (SaO 2 ). Hubungan antara PaO 2 dan SaO 2 ditunjukkan dengan kurva disosiasi oksigen yang khas berbentuk sigmoid. Saturasi oksigen arteri adalah persentase lokasi ikatan hemoglobin dengan oksigen dalam darah arteri. Kurva disosiasi O 2 dipengaruhi oleh PaCO 2, suhu tubuh, ph dan berbagai faktor lain. Anemia tidak mempengaruhi SaO 2 karena SaO 2 tidak terpengaruh oleh kandungan hemoglobin. 12 Kurva disosiasi oksihemoglobin seperti yang terlihat pada gambar 2, memperlihatkan ciri-ciri yang menarik. Kurva meninggi pada PO 2 sekitar 50 mmhg dan mendatar pada PO 2 sebesar 70 mmhg, pada tekanan parsial di bawah 60 mmhg O 2 siap berikatan dengan Hb sehingga PO 2 mengalami peningkatan (bagian linear dari kurva). Hemoglobin tersaturasi 90% pada PO 2 sebesar 60 mmhg, peningkatan PO 2 di atas nilai ini akan memberikan sedikit pengaruh terhadap saturasi Hb dan peningkatan PO 2 dari mmhg akan meningkatkan saturasi Hb sebesar 7%. 15 Gambar 2. Kurva disosiasi oksihemoglobin dan pergeseran aksis pada keadaan fisiologis. Dikutip dari (16) 7

8 Tekanan Parsial Oksigen Alveolar (PAO 2 ) Oksigen terus diabsorpsi ke dalam darah paru dan O 2 baru terus memasuki alveolar dari atmosfer. Konsentrasi dan PO 2 alveolar diatur oleh keseimbangan absorpsi ke dalam darah dan proses ventilasi. Tekanan parsial O 2 normal dalam alveolar adalah 104 mmhg dan perbedaan tekanan gas tersebut dapat dilihat pada tabel Tabel 1. Komposisi gas di alveoli dan udara atmosfir Udara atmosfir (mmhg) Udara yang dilembabkan (mmhg) Udara alveolus (mmhg) N 2 O 2 CO 2 H 2 O 597 (78,62%) 159,0 (20,84%) 0,3 (0,04%) 3,7 (0,50%) 563,4 (74,69%) 149,3 (19,67%) 0,3 (0,04) 47,0 (6,20%) 569 (74,9%) 104 (13,6%) 40 (5,3%) 47 (6,2%) Total 760 (100%) 760 (100%) 760 (100%) Dikutip dari (17) Nilai PAO 2 dapat diperhitungkan dengan menggunakan persamaan udara alveolar. Bentuk paling umum persamaan gas alveolar untuk menghitung konsentrasi O 2 alveolar adalah sebagai berikut: 18,19 PAO 2 = PiO 2 PaCO 2 (Persamaan 1) R Tekanan parsial gas dalam gas campuran sama seperti saat gas tersebut menempati ruang sendiri sehingga tekanan parsial akan berbanding lurus dengan konsentrasi fraksional dari gas. Gas dalam saluran pernapasan di bawah glotis akan dihangatkan sampai mencapai suhu tubuh dan dilembabkan sepenuhnya. Konsentrasi fraksional dinyatakan dalam bentuk gas kering maka perlu dipertimbangkan tekanan uap air. Tekanan parsial oksigen akhir inspirasi dalam trakea adalah: 20 PiO 2 = FiO 2 (PB PH 2 O) (Persamaan 2) 8

9 Kombinasi persamaan 1 dan persamaan 2 didapatkan: 18,19 PAO 2 = FiO 2 (PB PH 2 O) - PaCO 2 (Persamaan 3) R Persamaan 1 mendefinisikan hubungan antara PAO 2, PiO 2, dan R. 18,19 Respiratory quotient adalah rasio dari karbondioksida yang diekskresi (VCO 2 ) terhadap O 2 yang masuk (VO 2 ) dalam paru. Respiratory quotient mendefinisikan tingkat relatif dari pertukaran O 2 dan CO 2 di seluruh permukaan alveolar kapiler. Nilai R dalam keadaan metabolisme asam lemak eksklusif adalah 0,7 sedangkan dalam keadaan metabolisme karbohidrat eksklusif adalah 1,0. Variasi dari R dapat dilihat pada tabel 4. Normalnya, sekitar 200 ml/menit CO 2 berpindah ke alveoli dan 250 ml/menit O 2 berpindah kedalam kapiler paru sehingga rasio pertukaran pernapasan sekitar ,18,20,21 Tabel 4. Konsumsi oksigen dan produksi karbondioksida dalam menentukan Respiratory quotient (R) Karbohidrat C 6 H 12 O 6 +6O 2 6CO 2 +6H 2 O+36ATP R=1.0 Lemak C 16 H 32 O 6 +23O 2 16CO 2 +16H 2 O+130ATP R=0.71 Dikutip dari (21) Tekanan parsial oksigen arterial yang diharapkan dapat ditentukan dengan menghitung PAO 2. Tekanan parsial oksigen alveolar lebih besar daripada PaO 2 bahkan pada orang normal sekalipun oleh suatu jumlah yang disebut AaDO Oksigen masuk ke dalam kapiler paru dengan cara difusi sehingga PAO 2 harus menjadi penentu utama dari PaO 2 dan kapiler paru. Tekanan parsial oksigen alveolar menentukan batas atas dari PaO 2 sehingga nilai PaO 2 tidak dapat lebih 9 tinggi daripada PAO 2. Tekanan parsial oksigen alveolar dapat diperkirakan dengan cepat menggunakan rumus praktis sebagai berikut: 14 9

10 Bernapas dengan udara ruang, PAO 2 = 145 PaCO 2 Bernapas dengan oksigen tambahan, PAO 2 = 6 x %O 2 atau PAO 2 = (7 x %O 2 ) PaCO 2 Kepentingan Menilai AaDO 2 Alveolar-arterial oxygen difference adalah suatu cara sederhana untuk mengukur perubahan antara alveolus dan pembuluh darah arteri. 22 Pengukuran AaDO 2 memiliki kegunaan tinggi untuk memprediksi mortalitas jangka pendek. 23 Alveolar-arterial oxygen difference juga sering digunakan dalam mengevaluasi penyakit paru. 22 Hasil pemeriksaan AaDO 2 serial bermanfaat untuk menunjukkan progresifitas penyakit paru, digunakan sebagai petunjuk untuk memberikan bantuan pernapasan dan memulai penyapihan ventilator. 20 Gagal napas disebut sebagai tipe I apabila terdapat hipoksemia tanpa retensi CO 2 dan tipe II apabila terdapat hiperkapnea. Penghitungan AaDO 2 pada gagal napas tipe II akan membantu menentukan apakah pasien mempunyai penyakit paru atau karena berkurangnya usaha pernapasan. 24 Gambar 3 menjelaskan algoritma pendekatan kondisi hipoksemia. Alveolar-arterial oxygen difference merupakan dasar untuk memahami hipoksemia arterial. 11 Abnormalitas PaO 2 dapat terjadi dengan atau tanpa disertai oleh AaDO 2 abnormal. Hubungan antara PaO 2 dan AaDO 2 bermanfaat untuk menentukan penyebab abnormalitas PaO 2 dan memperkirakan respons terhadap terapi terutama pemberian suplementasi oksigen. Nilai AaDO 2 harus diukur sebagai bagian dari setiap analisis gas darah. Informasi ini selanjutnya dapat digunakan untuk menentukan penyebab dari suatu abnormalitas O 2 arterial. 2 Penyebab penurunan PaO 2 dan pengaruhnya terhadap AaDO 2 ditunjukkan pada tabel 2. 10

11 Ya Apakah PACO 2 meningkat? Tidak Hipoventilasi Apakah PAO 2 -PaO 2 meningkat? Apakah PAO 2 -PaO 2 meningkat Ya Tidak Tidak Ya Apakah PaO 2 yang rendah dapat dikoreksi dengan O 2 Penurunan PiO 2 Hanya hipoventilasi 1. Penurunan respiratory drive 2. Penyakit neuromuskular Hipoventilasi ditambah mekanisme lain Shunt Tidak 1. Kolaps alveolar (atelektasis) 2. Intraalveolar filling (pneumonia, edema paru) 3. Pintas intrakardiak 4. Pintas intraparu Ya ketidaksesuaian V/Q 1. Di ketinggian 2. FiO 2 menurun 1. Penyakit saluran napas (asma, PPOK) 2. Penyakit interstitial paru 3. Penyakit alveolar 4. Penyakit pembuluh darah paru Gambar 3. Alur diagram pendekatan gagal napas hipoksemia Keterangan: PACO 2 = tekanan parsial karbondioksida alveolar; PaO 2 = tekanan parsial oksigen arteri; PAO 2 = tekanan parsial oksigen alveolar; PiO 2 = tekanan oksigen di dalam udara inspirasi; FiO 2 = fraksi oksigen yang dihirup; V/Q = ventilasi perfusi; PPOK = penyakit paru obsturktif kronik. Dikutip dari (18) Tabel 2. Sebab-sebab Hipoksemia PENYEBAB PaO 2 ARTERIAL AaDO 2 PaO 2, RESPONS TERHADAP % Pintas anatomis Turun naik Tidak ada perubahan PaO 2 Penurunan FIO 2 Turun normal PaO 2 meningkat Pintas fisiologis Turun naik PaO 2 meningkat Rasio ventilasi-perfusi rendah Turun naik PaO 2 meningkat Hipoventilasi Turun normal PaO 2 meningkat Dikutip dari (2) 11

12 Nilai Normal AaDO 2 Perbedaan PAO 2 dan PaO 2 pada orang muda yang menghirup udara ruangan normalnya 5 sampai 15 mmhg. Nilai ini meningkat sekitar 3 mmhg setiap dekade sepanjang hidup sehingga AaDO 2 di bawah 25 mmhg dianggap sebagai batas atas dari nilai normal. 2,16 Nilai AaDO 2 bervariasi menurut usia dan konsentrasi oksigen inspirasi. Pertambahan usia akan meningkatan AaDO 2 dikarenakan PaO 2 menurun secara progesif tanpa perubahan PAO 2 seperti terlihat pada gambar 4. Pada usia tahun AaDO 2 meningkat sekitar 20 mm Hg. 9,16,19 Gambar 4. Penurunan PaO 2 dan peningkatan AaDO 2 sesuai dengan pertambahan usia Dikutip dari (9) Tabel 3 menunjukkan batas atas nilai normal AaDO 2 berdasarkan usia. Nilai AaDO 2 meningkat 15 sampai 60 mm Hg saat FiO 2 meningkat dari 21% pada oksigen ruangan hingga 100%. Pengaruh oksigen inspirasi pada AaDO 2 ditunjukkan pada gambar 5. Nilai AaDO 2 normal meningkat 5 sampai 7 mm Hg untuk setiap kenaikan 10% FiO

13 Tabel 3. Batas atas nilai normal AaDO 2 berdasarkan usia Usia (tahun) Batas atas normal Dikutip dari( 9) A/a PO 2 1,0 0,8 A-a PO2 (mm Hg) 30 0,6 A/a PO2 20 A-a PO 2 0,4 10 0, FiO 2 (%) Gambar 5. Pengaruh FiO 2 terhadap alveolar-arterial PO 2 gradien (A-a PO 2 ) dan rasio PO 2 arterial-alveolar (a/a PO 2 ) pada subyek normal Dikutip dari (19) Alveolar-arterial oxygen difference dapat ditemukan bahkan pada individu normal karena dua alasan. Pertama terdapat hubungan anatomis yang menyebabkan masuknya sejumlah kecil darah vena sistemik dari vena Thebesian ventrikel kiri dan vena bronkialis ke dalam darah vena pulmonal. Darah yang sudah terdesaturasi dari berbagai sumber ini akan menurunkan tegangan O 2 pada darah arteri. Alasan kedua karena gradien ventilasi-perfusi dari atas sampai dasar paru menghasilkan darah yang kurang memperoleh oksigenasi pada bagian basal 13

14 paru dikombinasikan dengan darah yang memperoleh oksigenasi lebih baik pada apek paru. Efek gravitasi pada sirkulasi pulmonal dengan tekanan rendah merupakan salah satu mekanisme penting yang menyebabkan ketidaksesuaian V/Q pada manusia normal. 20,25 Penghitungan AaDO 2 Penilaian efisiensi oksigenasi membutuhkan pengetahuan mengenai konsentrasi O 2 yang dihirup, PaO 2 dan PaCO 2 dalam darah arteri. Alveolararterial oxygen difference dapat dihitung jika fraksi oksigen udara yang dihirup (FiO 2 ), PB dan PH 2 O diketahui. 13 Alveolar-arterial oxygen difference dapat dihitung dengan mengukur PaO 2 dan PaCO 2 dalam gas darah arteri, menghitung PAO 2 menggunakan persamaan 3 kemudian mengurangi PaO 2 terukur dari PAO Nilai AaDO 2 dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut: 26 AaDO 2 = [FiO 2 (PB PH 2 O) - PaCO 2 ] PaO 2 R Alveolar-arterial oxygen difference orang sehat yang bernapas pada udara ruang setinggi permukaan laut, FiO 2 = 0.21, PB = 760 mm Hg, PH 2 O = 47 mmhg, PaO 2 = 95 mm Hg, PaCO 2 = 40 mm Hg dan R = 0.8 adalah sebagai berikut: 26 AaDO 2 = [0.21 (760 47) 40 ] 95 = 5 mm Hg 0.8 Nilai AaDO 2 yang diharapkan berdasarkan usia dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut: 13 AaDO 2 = 3 + (0,21 x usia ) Interpretasi Hasil AaDO 2 Nilai normal AaDO 2 kurang dari 15 mm Hg namun dapat meningkat sesuai dengan usia. Peningkatan AaDO 2 merupakan salah satu penanda pertukaran O 2 yang abnormal. 2 Peningkatan AaDO 2 saat sakit dapat disebabkan karena tiga faktor. Faktor pirai anatomis menyebabkan beberapa darah yang sudah mengalami 14

15 desaturasi akan bercampur darah dengan saturasi penuh dan menurunkan PO 2 pada darah arteri. Penyebab umum pirai adalah sebagai berikut: Lesi intrakardiak dengan adanya pirai kanan ke kiri di atrium atau ventrikel, misal pada defek septum atrium atau ventrikel. Pirai kiri ke kanan dapat menghasilkan efek jangka panjang pada jantung namun hal ini tidak mempengaruhi AaDO 2 atau PO 2 arteri karena efek dasarnya adalah mengolah kembali darah yang sudah mengalami oksigenasi melalui pembuluh darah paru dan bukan mengencerkan darah yang sudah mengalami oksigenasi menggunakan darah yang sudah mengalami desaturasi. 2. Abnormalitas struktural pembuluh darah paru yang menyebabkan terjadinya hubungan langsung antara sistem arteri dan vena pulmonal, misalnya malformasi arteriovenosa pulmonal. 3. Penyakit pulmonal yang menyebabkan ruang alveolar terisi cairan misal edema pulmonal atau kolaps alveolar total. Kedua proses ini dapat menyebabkan hilangnya proses ventilasi di alveoli yang mengalami kelainan walaupun sejumlah proses perfusi melalui kapiler di sekelilingnya mungkin masih berlanjut. Faktor kedua adalah ketidaksesuaian V/Q dapat menjadi lebih besar secara kuantitatif dibandingkan individu normal. Prakteknya, pirai yang sesungguhnya (V/Q = 0) dan ketidaksesuaian V/Q (dengan adanya area V/Q yang rendah namun tidak mencapai 0) dapat dibedakan dengan meminta pasien menghirup 100% O 2. Meningkatkan PO 2 inspirasi tidak menyebabkan O 2 pada darah yang masuk lebih banyak dan kandungan O 2 tidak mengalami peningkatan secara bermakna pada pirai. Tekanan parsial oksigen alveolar dan kapiler mengalami peningkatan cukup besar dengan penambahan O 2 pada kasus ketidaksesuaian V/Q. Darah dengan saturasi penuh akan diperoleh bahkan dari daerah dengan rasio V/Q rendah dan PO 2 arteri akan mengalami peningkatan cukup besar pada kasus ketidaksesuaian V/Q. 25 Faktor ketiga adalah keterbatasan difusi dari pengangkutan oksigen melewati barier alveolar-kapiler yang menyebabkan PO 2 dalam kapiler darah paru tidak mencapai keseimbangan dengan gas alveolar dapat menjadi faktor yang bermakna. 20,25 15

16 Nilai AaDO 2 juga meningkat selama latihan akibat sejumlah faktor termasuk keterbatasan difusi transfer gas, penurunan PO 2 vena campuran (PVO 2 ), peningkatan PAO 2, dan penggeseran aksis di kurva disosiasi oksihemoglobin. Nilai AaDO 2 lebih besar dari 15 mmhg pada subyek yang bernapas dengan O 2 ruangan menunjukkan adanya ketidaksesuaian V/Q pada penyakit saluran napas, parenkim paru, atau pembuluh darah paru. 13 Nilai AaDO 2 mendekati nol atau negatif menunjukkan adanya kesalahan laboratorium. 20 Nilai AaDO 2 negatif bisa disebabkan karena pasien baru saja menghirup suplementasi oksigen sebelum pengambilan sampel darah arteri, adanya gelembung udara didalam suntikan sampel arteri, kontrol kualitas, atau pelaporan kesalahan dari laboratorium. 27 PENATALAKSANAAN UMUM Alveolar-arterial oxygen difference merupakan dasar untuk memahami hipoksemia arterial. Penatalaksanaan hipoksemia yang sesuai akibat kegagalan paru mengambil oksigen tergantung oleh penyakit dasar. 11,28 Oksigen Tambahan Mekanisme yang menyebabkan hipoksemia (PaO 2 < 60 mmhg) pada pasien dengan penyakit kritis mungkin tidak akan nampak jelas. Pemberian oksigen tambahan dianggap sangat penting. Sedikit peningkatan PaO 2 dapat menghasilkan peningkatan saturasi dan pengiriman oksigen ke jaringan yang cukup bermakna karena kurva disosiasi oksigen bergeser ke kanan. Semakin banyak kejadian hiperkapnia dan asidosis respiratorik yang ditemui pada pasien dengan penyakit kritis tidak disebabkan oleh terapi oksigen namun oleh perkembangan masalah pernapasan yang mendasari dan ketidakmampuan pasien untuk mempertahankan usaha pernapasan. Berkurangnya oksigen akan meningkatkan hipoksemia dan risiko henti kardiorespirasi kecuali pada penyakit paru obstruktif kronik yang memerlukan oksigen terkontrol untuk menghindari retensi karbondioksida

17 Hipoksia yang disebabkan oleh gangguan difusi membran alveolus, terapi oksigen dapat meningkatkan PO 2 dalam paru dari nilai normal sekitar 100 mmhg sampai 600 mmhg. Hal ini meningkatkan gradien difusi oksigen antara alveoli dan darah dari nilai normal 60 mmhg menjadi 560 mmhg. 29 Manfaat yang besar dari terapi oksigen pada hipoksia difusi dilukiskan pada gambar 6. Gambar 6. Absorpsi oksigen ke dalam darah kapiler paru pada edema paru dengan dan tanpa terapi oksigen Dikutip dari (29) Oksigen harus diberikan dengan cara sederhana dan FiO 2 serendah mungkin untuk dapat mempertahankan oksigenasi yang adekuat. Pemilihan metode pemberian oksigen tergantung dari FiO 2 yang dibutuhkan, kenyamanan pasien, kadar kelembaban yang diperlukan dan kebutuhan terapi nebulisasi. 30 Konsentrasi oksigen bervariasi tergantung dari alat dan kecepatan aliran oksigen yang digunakan seperti yang ditunjukkan pada tabel 4. 17

18 Tabel 4. Konsentrasi oksigen berdasarkan alat yang digunakan Alat yang digunakan O 2 (l/menit) FiO 2 Kanula hidung 2 0,21-0,24 2 0,23-0,28 3 0,27-0,34 4 0,31-0, ,32-0,44 Venturi Simpel Rebreathing Non rebreathing ,24-0,28 0,35-0,40 0,5 0,30-0,45 0,40-0,60 0,35-0,75 0,65-1,00 0,40-1,00 Dikutip dari (30) Fisioterapi Tujuan fisioterapi adalah untuk memperbaiki hubungan ventilasi dan perfusi sehingga mengurangi risiko kolaps alveolar dan infeksi paru. 31 Kolaps alveolar dan hipoventilasi dapat meningkatkan ketidaksesuaian V/Q dan dapat dikoreksi dengan melakukan mobilisasi, meningkatkan pembersihan sekret. Meningkatkan pernapasan tidal dengan menempatkan pasien dalam posisi duduk guna memperbaiki penurunan diafragma dan menggunakan bantuan pernapasan seperti spirometer insentif juga dapat memperbaiki hubungan ventilasi dan perfusi pada kolaps alveolar. 28 Bantuan Napas Non-Invasif Teknik non-invasif merupakan perkembangan cukup besar untuk terapi pasien dengan kegagalan pompa pernapasan atau kolaps alveolar. Teknik ini dapat menurunkan kebutuhan ventilasi mekanik invasif dan memungkinkan dilakukannya ekstubasi lebih dini pada pasien yang diberikan bantuan pernapasan. 28 Continuous positive airway pressure (CPAP) dapat bermanfaat untuk pasien dengan volume paru yang rendah (kolaps alveolar, edema pulmonal, pneumonia) namun sebaiknya dihindari pada pasien dengan bronkospasme dan 18

19 berisiko mengalami gas trapping. Continuous positive airway pressure adalah positive end expiratory pressure (PEEP) tanpa adanya dorongan udara oleh mesin 28, 32 sehingga inspirasi dicapai seluruhnya oleh usaha otot pasien sendiri. Non-invasine positive pressure ventilation (NIPPV) diberikan melalui ventilator portabel dengan kompresor yang memasukkan udara ruangan untuk menghasilkan tekanan lebih dari 20 cm H 2 O selama inspirasi. Hal ini meningkatkan volume tidal dan volume menit serta mengurangi beban kerja pernapasan pasien. Teknik ini cocok untuk pasien dengan kegagalan pompa pernapasan dan penyakit paru obstruktif kronik. Masker hidung sering digunakan namun perlu digunakan pengikat dagu untuk mencegah terjadinya aliran berlebih melalui mulut. Pasien memerlukan penyesuaian secara tepat antara waktu dan tekanan ventilasi dengan pola pernapasan mereka. 28 Biphasic positive airway pressure (BiPAP) mengkombinasikan manfaat dari kedua teknik di atas. Teknik ini memberikan dua tingkat tekanan dengan fase sesuai pernapasan. Tekanan yang lebih tinggi akan memberikan bantuan tekanan pernapasan inspirasi dan tekanan yang lebih rendah dapat dipertahankan selama ekspirasi, dengan meningkatkan kapasitas residual fungsional. Terapi ini diindikasikan untuk pasien yang memerlukan bantuan dengan usaha pernapasan dan meningkatkan kesesuaian V/Q. 28 Ventilasi mekanik Ventilasi mekanik diindikasikan untuk pasien dengan penurunan ventilasi alveolar dan/atau oksigenasi yang mengancam jiwa. Metode non-invasif tidak akan dapat mencapai PaO 2 yang adekuat pada lebih dari 60% pasien yang dirawat di unit perawatan intensif sehingga diperlukan bantuan ventilasi mekanik. Gangguan pertukaran gas sering kali disebabkan oleh ketidaksesuaian V/Q dan 28, 32 hipoventilasi alveolar. 19

20 1. Apnea Kriteria untuk dilakukan ventilasi mekanik adalah sebagai berikut: Gangguan ventilasi alveolar sebagaimana dinilai oleh PaCO 2 jika disertai oleh satu atau lebih hal berikut: a. perubahan status mental, b. kelelahan meningkat, c. PaO 2 berkurang dan tidak dapat dikoreksi, d. ph letal yang tidak dapat dikoreksi, e. saluran napas atas yang rentan misalnya oleh sekret. 3. PaO 2 rendah (misalnya kurang dari 60 mm Hg) yang tidak dapat diperbaiki dengan FiO 2 kurang dari 0,50 dan menyebabkan gejala atau kecacatan serius fungsi tubuh. Ventilasi mekanis dapat menyebabkan fungsi jantung, ginjal, atau otak menjadi lebih baik tetapi tujuan dasar penggunaan ventilasi mekanik adalah untuk meperbaiki PaO 2 dan/atau PaCO 2 atau untuk mengurangi FiO 2. Waktu, tekanan, dan karakteristik aliran siklus pernapasan dapat dikendalikan untuk merekrut alveoli, meminimalkan ketidaksesuaian V/Q, dan memperbaiki oksigenasi arteri. FiO 2 seharusnya kurang dari 0.8 untuk menghindari kolaps unit paru dengan ventilasi perfusi rendah dan untuk mengurangi risiko toksisitas oksigen dan 28, 32 fibrosis paru. Teknik Khusus Untuk Memperbaiki Oksigenasi Arteri Beberapa teknik terbaru untuk memperbaiki oksigenasi arteri apabila teknik konvensional gagal mencapai oksigenasi arteri yang adekuat adalah sebagai 28, 33, 34 berikut: a. Nitrit oksida (NO) yang ditambahkan pada gas inspirasi dalam konsentrasi rendah (1-20 ppm) akan menyebabkan vasodilatasi rangkaian pembuluh darah pulmonal di sekitar alveoli yang mengalami ventilasi, sehingga akan meningkatkan kesesuaian V/Q. Nitrit oksida akan segera dihancurkan oleh hemoglobin sehingga tidak menyebabkan vasodilatasi sistemik. Oksigenasi arteri dapat sangat meningkat akan tetapi respons yang diperoleh tidak dapat 20

21 diprediksi dan dapat terjadi hipoksemia berulang saat terapi dihentikan. Manfaat terapi ini belum terbukti secara klinis, dan potensi risiko toksisitas paru belum dapat dipastikan b. Posisi telungkup. Hipoksemia dapat terjadi pada pasien yang memperoleh bantuan pernapasan dalam posisi terlentang yang mengalami severe dependent consolidation dengan fraksi pirai yang besar. Membalik pasien dari posisi terlentang menjadi telungkup akan memperbaiki pertukaran gas pada sekitar separuh pasien melalui redistribusi ventilasi. Posisi ini juga dapat memperbaiki pembuangan sekret dari daerah paru. Respons biasanya diperoleh dalam 15 menit. c. Oksigenasi membran ekstrakorporeal (ECMO) merupakan pilihan terakhir pada pasien dengan hipoksemia arteri. Oksigenasi membran ekstrakorporeal adalah salah satu dari beberapa istilah yang digunakan untuk sirkuit ekstraporeal yang mengoksigenasi dan membuang karbondioksida dari darah secara langsung seperti yang terlihat pada gambar 7. Gambar 7. Oksigenator pada ECMO venovenous Dikutip dari (34) 21

22 Darah vena dilewatkan melalui membran oksigenator sampai sebanyak 4 l/menit dan dikembalikan setelah memperoleh saturasi oksigen 100% dan menjalani pembuangan dari 50% CO 2. Teknik ini dapat memberikan 50% total kebutuhan O 2 dan memungkinkan untuk mengurangi FiO 2, tekanan jalan napas dan volume tidal, mengistirahatkan paru, dan mengurangi risiko cedera paru akibat ventilator. Manfaatnya sudah terbukti pada neonatus tetapi pada pasien dewasa masih belum jelas. 22

23 SIMPULAN 1. Pertukaran gas antara alveoli dan peredaran darah paru terjadi melalui membran pernapasan. 2. Alveolar-arterial oxygen difference merupakan dasar untuk memahami suatu hipoksemia arterial sehingga nilai AaDO 2 harus diukur sebagai bagian dari setiap analisis gas darah. 3. Pengukuran AaDO 2 berguna untuk memprediksi mortalitas jangka pendek, mengevaluasi penyakit paru, serta menunjukkan progresifitas penyakit paru sehingga dapat digunakan sebagai petunjuk untuk memberikan bantuan pernapasan dan memulai penyapihan ventilator. 4. Nilai AaDO 2 dapat meningkat sesuai dengan usia, saat kondisi sakit, maupun selama latihan. 5. Nilai AaDO 2 mendekati nol atau negatif dapat disebabkan pasien baru saja menghirup suplementasi oksigen sebelum pengambilan sampel darah arteri, adanya gelembung udara didalam suntikan sampel arteri, kontrol kualitas, atau pelaporan kesalahan dari laboratorium. 6. Penatalaksanaan hipoksemia yang sesuai akibat kegagalan pengambilan oksigen oleh paru tergantung oleh penyakit dasar. 23