BAB II TINJAUAN PUSTAKA 1.1. Perjalanan Udara Pesawat komersial mempunyai kabin bertekanan (cabin pressure) yang biasanya telah disesuaikan dengan tekanan barometric pada ketinggian 1500 sampai 2500 meter (5000-8000) dari permukaan laut. Tetapi tekanan kabin pesawat ini bervariasi sesuai dengan tipe pesawat, kondisi cuaca dan adanya gangguan di dalam perjalanan udara. 17 Munculnya gangguan di dalam perjalanan udara, secara umum disebabkan oleh perubahan tekanan, suhu dan kelembaban atmosfir akibat ketinggian. Dimana tekanan udara yang normal sebesar 760 mmhg pada permukaan laut akan menurun menjadi 180 mmhg hingga 120 mmhg, dan penurunan tekanan udara ini akan menurunkan juga tekanan parsial oksigen sekitar 20% dari seluruh tekanan udara. Selain itu, penurunan tekanan udara juga mengakibatkan penurunan suhu udara 2 Celcius untuk setiap kenaikan 1000 kaki, hingga mencapai ketinggian dengan suhu konstan yaitu pada suhu -55 Celcius. Ketinggian juga mengakibatkan semakin keringnya udara sekitar. Kondisi inilah yang akhirnya akan memberikan dampak negatif dan gangguan bagi fungsi fisiologis tubuh 3,8 Diperkirakan lebih kurang 2 miliar orang setiap tahun melakukan perjalanan udara dengan pesawat udara komersial, tetapi sangat sedikit penelitian yang membahas tentang hubungan perjalanan udara dengan gangguan kesehatan. Penelitian yang dilakukan FAA (Federal Aviation Administration) pada tahun 2000 menemukan bahwa, 1132 kejadian medis pada penerbangan domestik di tahun 1996 dan pada tahun 1997 ditemukan 13 kejadian perharinya. Kejadian yang paling sering adalah episode vagal (pingsan, pusing dan hiperventilasi). Gangguan pada sistem syaraf, pernafasan dan kardiovaskuler merupakan kejadian serius dalam suatu penerbangan. Berikut gambaran tentang kejadian medis yang ditemukan pada perjalanan udara yang disajikan dalam bentuk tabel. 17
Tabel 1. Kejadian medis yang ditemukan pada perjalanan udara 17 Kejadian Medis Selama Dalam Penerbangan Tipe Kejadian Penelitian dan Tahun Cummins & Schurach, 1989 DeJohn dkk, 2000 Dowdall, 2000 (N-1107) (N-1132) (N-910) Persentase semua insiden Vasovagal 4 22 8 Cardiak 20 20 10 Neurologi 8 12 9 Gastrointestinal 15 8 28 Respiratorik 8 8 5 Traumatik 14 5 3 Ditemukan sekitar 5% penumpang pesawat udara dengan penyakit paru seperti penyakit paru obstruktif kronik (PPOK) dalam satu perjalanan dan jumlah ini terus bertambah dengan meningkatnya jumlah penumpang pesawat udara pertahunnya. Hal ini menjadi sebuah problema karena terjadinya hipoksemia yang berhubungan dengan ketinggian, dan untuk itu para penumpang tersebut membutuhkan oksigen jangka panjang. Sehingga sangat dianjurkan bagi para dokter untuk memberikan advis serta pencegahan mengenai resiko dalam suatu perjalanan udara. 4,18,33,34
2.2. Kabin Pesawat Udara Semua pesawat udara rata-rata mempunyai kabin bertekanan yang aman dan sehat bagi penumpang, serta crew pesawat. Ada dua pertimbangan utama mengapa rata-rata pesawat udara diberikan fasilitas pressurized. 19 a. Pengaruh menurunnya tekanan parsial oksigen dan ini sangat berpotensial untuk menimbulkan hipoksia. b. Dampak penurunan tekanan pada tubuh dan pengisian udara ke rongga tubuh. Standard yang digunakan sebagai petunjuk operasional kabin pesawat selama penerbangan adalah dari FAA dan JAA. System pressurization kabin pesawat dari FAA, mengatur ruang kabin berada pada ketinggian kurang dari 8000 kaki (6000-8000 kaki telah direkomendasikan pada semua jenis penerbangan), walaupun pesawat udara terbang pada ketinggian operasional yang maksimal. Ketinggian 6000-8000 kaki ini masih berada dalam zona ketinggian yang aman dan fisiologis, karena masih memiliki kadar oksigen 15,1% pada permukaan laut, sehingga cukup bagi orang sehat untuk bernapas secara fisiologis tanpa bantuan peralatan khusus. Jika kelembaban dalam kabin pesawat rendah berkisar 10-20%, sangat potensial menyebabkan suatu eksaserbasi penyakit saluran napas. 3,4,8,17,19,20 Pada kurva disosiasi oksigen pada ketinggian 8000 kaki dari permukaan laut, tekanan parsial oksigen arterial (PaO 2 ) pada orang sehat menurun menjadi 65-68 mmhg. Perjalanan udara dengan pesawat udara memungkinkan penumpang akan terpapar dengan kondisi hipoksia hipobarik, akibat turunnya tekanan inspirasi oksigen (PiO 2 ) dan tekanan barometrik (PB). Pada setiap kenaikan ketinggian 1000 kaki, terjadi penurunan PiO 2 sekitar 5 mmhg. Tabel 2 menunjukkan, tekanan kabin dipertahankan sekitar 575 mmhg pada ketinggian di bawah 8000 kaki dan nilai PiO 2 sekitar 110 mmhg. 10,21,22
Tabel 2. Tekanan gas pada kondisi hipobarik 21 Ketinggian Tekanan Ambient (Kaki) ATA Psi PB PiO 2 (atm) (Pound/square) MmHg 0 1 14,70 760 150 5000 0,83 12,19 630 122 6000 0,80 11,76 608 118 8000 0,74 10,91 575 110 10.000 0,69 10,21 523 100 12.000 0,64 9,34 483 92 Dengan mempertimbangkan nilai ambang ketinggian untuk hipoksia dan gejala dekompresi, kabin bertekanan dapat diatur dengan variasi tekanannya tergantung jenis pesawat dan tugasnya. Untuk itu diperlukan struktur yang kuat dari kabin pesawat dalam menahan perbedaan tekanan dari dalam dan luar kabin. Perbedaan tekanan ( P) dapat dirumuskan : P = Pc Pa Pc : Tekanan barometer absolut kabin Pa : Tekanan barometer absolut luar kabin Sehingga untuk mempertahankan tekanan kabin pada ketinggian 8000 kaki pada penerbangan 40.000 kaki diperlukan tekanan lebih sebesar 8 psi. Pada tabel berikut menunjukkan hubungan tekanan ketinggian dan besarnya perubahan tekanan kabin pesawat. 7,23
Tabel 3. Perbedaan tekanan dan ketinggian kabin pada penerbangan komersial di ketinggian 35.000 kaki 23 Jenis pesawat Perbedaan tekanan (psi) Ketinggian kabin (meter) B-727 8,6 5400 (1646) B-737 7,45 8000 (2438) B-757 8,6 5400 (1646) B-767 8,6 5400 (1646) B-747 8,9 4700 (1433) DC-8 8,77 5000 (1524) DC-9 7,76 7300 (2225) DC-10 8,6 5400 (1646) A-300 8,25 6100 (1859) A-320 8,3 6000 (1829) L-1011 8,4 5800 (1768) BAC-111 7,5 7900 (2408) Concord 10,7 1000 (303) Penurunan tekanan barometrik akibat pengaruh ketinggian, menyebabkan ekspansi udara (gas trapped) dalam tubuh, sesuai Hukum Boyle (tekanan berbanding terbalik dengan volume). Ekspansi udara/gas di dalam tubuh dapat terlokalisir di beberapa tempat, seperti : a. Rongga rongga sinus. b. Saluran di dalam telinga. c. Abnormal pocket, di dalam paru (bullae). d. Ruang antara lapisan luar paru dan lapisan dalam dinding dada. e. Organ dalam di kavum abdomen.7
2.3. Hipoksia Pada Perjalanan Udara Pada perjalanan dengan pesawat udara dimana semakin bertambahnya ketinggian dari permukaan laut menyebabkan terjadinya penurunan tekanan udara (hipobarik), konsentrasi oksigen dan suhu udara. Juga menyebabkan penurunan tekanan parsial oksigen sehingga awak pesawat dan penumpang dapat terpapar dengan keadaan kekurangan oksigen (hipoksia hipobarik). 7 Perjalanan dengan pesawat udara ini mengakibatkan terjadinya suatu sindrom akibat oksigenasi jaringan yang kurang adekuat. Hal ini disebabkan karena perbedaan tekanan antara kapiler dan jaringan menurun sehingga pengiriman O 2 ke jaringan dari kapiler kurang efektif. Hipoksia menyebabkan frekuensi napas meningkat (hiperventilasi), CO 2 yang dibuang bertambah sehingga PaCO 2 menurun. Tubuh manusia sangat sensitif dan rentan terhadap efek dari kekurangan oksigen dan hipoksia berat, sehingga dapat menyebabkan kerusakan fungsi tubuh dengan cepat, bahkan kematian.3,15,21 Terdapat empat jenis hipoksia sebagai berikut3 : 1. Hipoksik Hipoksia Hipoksia yang disebabkan oleh menurunnya tekanan O 2 dalam udara yang dihirup atau yang ada dalam paru-paru, atau oleh kondisi yang menghalangi atau mengganggu penyebaran O 2 menembus membran dari alveoli. Contoh Hipoksik Hipoksia adalah : - Berkurangnya tekanan atmosfir yang menyebabkan penurunan po 2 dalam alveoli yang terjadi karena tingginya altitude. - Gangguan pada pernapasan, seperti pada astma, dimana cartilage dari trakea atau bronkiolus menyempit yang mengakibatkan terhambatnya ventilasi dalam paru-paru. Pada pneumonia terkumpul cairan di dalam alveoli yang menghambat
penyebaran oksigen menembus membran kapiler dari alveoli, serta hambatan dalam jalur yang dilalui udara seperti akibat tumor. 2. Hipemik atau Anemik Hipoksia Disebabkan karena turunnya kapasitas darah untuk membawa jumlah oksigen yang mencukupi akibat berkurangnya hemoglobin. 3. Histotoksik Hipoksia Timbul bila penggunaan O 2 oleh jaringan tubuh terhambat. Alkohol, narkotika dan racun-racun tertentu seperti sianida, menghambat kemampuan sel untuk memanfaatkan O 2 yang tersedia baginya, sekalipun jumlahnya normal. 4. Stagnan Hipoksia Disebabkan karena berfungsinya sistem di dalam darah yang kurang baik (gangguan dalam sirkulasinya). Sementara kapasitas darah untuk membawa oksigen mencukupi, tetapi terdapat kekurangan dalam sirkulasi darah. 3 Variabel yang mempengaruhi gejala hipoksia akut : - Ketinggian absolut (absolute altitude) - Tingkat kenaikan (rate of ascent) - Lamanya di ketinggian (duration at altitude) - Temperatur di sekitarnya (ambient temperatur) - Aktivitas fisik (phisical activity) - Faktor-faktor individual, yakni : a. Toleransi yang inheren (inherent tolerance) b. Kesegaran jasmani (Physical fitness) c. Emosionalitas (emotionality) d. Aklimatisasi (acclimatization) Secara umum ada 3 penyebab utama terjadinya hypoxia pada penerbangan, yaitu 15 :
1. Terpapar dengan ketinggian pada penerbangan tanpa kabin (non-pressurized cabin) dan tanpa suplemen oksigen. 2. Tidak memadainya peralatan pernapasan pribadi untuk memasok kebutuhan oksigen dengan konsentrasi dan tekanan yang cukup. 3. Dekompresi kabin bertekanan akibat terpapar ketinggian yang ekstrim. CO 2 merupakan stimulasi utama pernapasan pada ketinggian 0 kaki dari permukaan laut, sedangkan pada ketinggian di atas permukaan laut, hipoksia merupakan stimulasi utama pernapasan kecuali jika tekanan inspirasi oksigen kurang dari 13,3 kpa (>3000 meter).21 Jika PiO 2 menurun, organisme berusaha memelihara kebutuhan minimal PO 2 mitokondria dengan meningkatkan ventilasi paru dan curah jantung; barrier kapiler dan volume darah kapiler bertambah; peningkatan waktu difusi sepanjang kapiler; menggeser kurva disosiasi oksihemoglobin ke kanan. 24,25 Persamaan yang dipakai untuk memprediksi tingkat hipoksia pada ketinggian 8000 kaki dalam suatu penerbangan adalah : PaO₂Alt = 0,519 x ( PaO₂ sea level ) + 11,855 (FEV1(L)) 760. 6 Rekomendasi pemberian oksigen tambahan selama penerbangan, jika ditemukan penurunan PaO 2 < 6,7 kpa ( < 50 mmhg ), sehingga diperlukan tes skrining untuk evaluasi preflight pada penumpang yang berisiko, antara lain14,26 - VEP 1 < 50% nilai prediksi - TLCO 2 < 50% nilai prediksi - Dispnea memberat jika berjalan 50 meter - KVP < 50% nilai prediksi - SaO 2 < 95%
2.4. Faal paru pada ketinggian Test faal paru merupakan alat ukur objektif yang dapat mendeteksi tingkat kerusakan paru pada penyakit cardiopulmonary; monitor evaluasi penyakit dan respons terapi; monitor dampak lingkungan dan occupational terhadap fungsi paru dan memperkirakan risiko operasi. Interpretasi fungsi paru yang ditemukan pada pemeriksaan test faal paru, dikelompokkan dalam kelainan obstruksi dan restriksi. 27 Kelainan obstruksi disebabkan oleh peningkatan tahanan pada saat ekspirasi, ditemukan pada penyakit asma dan PPOK dengan kriteria derajat obstruksi. 25 Tabel 4. Kriteria dari derajat obstruksi 25 Derajat VEP 1 /KVP VEP 1 (ml) Sangat berat Berat Sedang Ringan Sangat ringan < 0,30 0,3 0,4 0,4 0,6 0,6 0,7 > 0,7 < 600 600 1000 1000 2000 2000 3000 > 3000 Kelainan restriksi merupakan indikasi adanya penurunan volume dan distensibilitas (pengembangan) paru serta elastisitas yang meningkat. Hal ini disebabkan karena peningkatan jumlah jaringan interstisial di paru. Kompartemen volume yang dipengaruhi adalah penurunan vital capacity (VC), residual volume (VR) dan functional residual capacity (FRC). Penyakit paru yang memberikan gambaran kelainan restriksi adalah penyakit parenkim paru (Fibrosis paru), efusi pleura, fibrosis pleura visceral dan sub jaringan pleura, penyakit neuromuskuler, dll. Derajat kelainan restriksi penyakit paru tampak pada tabel berikut ini. 25,28
Tabel 5. Kriteria dari derajat restriksi 25 Derajat VC % prediksi TLC % prediksi Sangat ringan Ringan Sedang Berat > 80 60 80 30 60 < 30 > 90 70 90 50 70 < 50 Kapasitas Vital Paksa (KVP) adalah jumlah udara maksimal yang dapat dikeluarkan dengan kekuatan setelah inspirasi maksimal, biasanya digunakan untuk melihat kemampuan elastisitas jaringan paru. Volume Ekspirasi Paksa-1 (VEP 1 ) adalah jumlah udara yang dapat dikeluarkan pada detik pertama secara paksa setelah inspirasi maksimal dan digunakan untuk mengetahui ada tidaknya obstruksi. Penurunan VEP 1 merupakan bentuk kelainan obstruksi akibat dari puncak aliran ekspirasi yang berkurang, yang dikaitkan oleh penurunan kekuatan saluran napas, sehingga aliran ekspirasi menjadi rendah. 28 Gangguan fungsi paru akibat paparan ketinggian dapat memperberat hipoksemia, cadangan ventilasi untuk aktivitas berkurang dan predisposisi terjadinya kesakitan akibat ketinggian. Perubahan fungsi paru pada ketinggian disebabkan oleh 29 : - Edema paru interstisial - Vasokonstriksi arteri pulmonalis - Redistribusi volume darah paru - Perubahan elastisitas recoil paru - Distensi udara pada rongga dada dan perut - Penurunan kekuatan otot pernapasan Gautier dkk, menemukan perubahan volume paru statis pada ketinggian disebabkan oleh penurunan elastisitas recoil paru, khususnya volume paru. Penelitian Sari dkk, pada
ruang kabin bertekanan (8000 kaki) menemukan penurunan KVP (-8,7% prediksi), VEP 1 (- 5,7% prediksi) dan peningkatan PEF (+ 7,3% prediksi). 13,29 2.4.1. Ventilasi Perubahan ketinggian akan menyebabkan penurunan tekanan barometrik dan penurunan dari tekanan oksigen (PaO 2 ), dimana hal ini merupakan kompensasi dari meningkatnya ventilasi yang disebut juga dengan hypoxic ventilatory response (HVR). 30 Basu dkk, melaporkan bahwa ventilasi pada keadaan istirahat pada laki-laki sehat meningkat dari 7,03 ± 0,3 L/menit diatas permukaan laut menjadi 11,8 ± 0,5 L/menit pada ketinggian 3110 meter pada hari pertama. 30 Respon ventilasi merupakan keadaan fisiologis yang terjadi akibat ketinggian. Peningkatan ventilasi ini merupakan akibat perangsangan hipoksia dari badan carotid yang derajatnya berbeda pada tiap individu. Menurunnya tekanan barometer mengakibatkan ventilasi meningkat untuk meminimalkan penurunan PaO 2. Peningkatan ventilasi terjadi bila tekanan oksigen inspirasi menurun sampai kira-kira 13,3 kpa atau pada ketinggian 3000 meter dan tekanan oksigen alveolar kira-kira 8 kpa. 21,30,31
Tabel 6. Tekanan barometer sesuai ketinggian 31 Ketinggian Tekanan % O 2 % O 2 barometer PO 2 inspirasi ekuivalen dibutuhkan pd dpl Kaki meter KPa MmHg KPa MmHg 00101 760 19,9 149 20,9 20,9 2000 610 94,7 707 18,4 138 19,4 22,6 4000 1220 87,8 659 16,9 127 17,8 24,5 6000 1830 81,2 609 15,7 118 16,6 26,5 8000 2440 75,3 564 14,4 108 15,1 28,8 10000 3050 69,7 523 13,3 100 14,0 31,3 12000 3660 64,4 483 12,1 91 12,8 34,2 14000 4270 59,5 446 11,1 83 11,6 37,3 16000 4880 54,9 412 10,1 76 10,7 40,8 18000 5490 50,5 379 9,2 69 9,7 44,8 20000 6100 46,5 349 8,4 63 8,8 49,3 22000 6710 42,8 321 7,6 57 8,0 54,3 24000 7320 39,2 294 6,9 52 7,3 60,3 26000 7930 36,0 270 6,3 47 6,6 66,8 28000 8540 32,9 247 5,6 42 5,9 74,5 30000 9250 30,1 226 4,9 37 5,2 83,2 35000 10700 23,7 178 3,7 27 3,8-40000 12200 18,8 141 2,7 20 2,8-45000 13700 14,8 111 1,8 13 1,9-50000 15300 11,6 87 1,1 8 1,1-63000 19200 6,3 47 0 0 0-2.4.2. Difusi Penurunan tekanan partial oksigen menyebabkan penurunan tekanan oksigen alveolar. Keseimbangan oksigen ke darah tergantung pada lamanya sel darah merah melewati kapiler paru, biasanya dibutuhkan 0,25 detik pada permukaan laut. Keseimbangan oksigen yang adekuat tidak terjadi pada ketinggian walaupun lamanya waktu untuk melewati kapiler paru menjadi 0,75 detik. Peningkatan kapasitas difusi sebagian besar disebabkan peningkatan
volume darah kapiler sehingga terjadi pelebaran kapiler dan peningkatan luas permukaan difusi oksigen. 21 2.5. Kerangka Konsep 2.6. Hipotesis Perjalanan dengan pesawat udara akan mempengaruhi saturasi oksigen dan fungsi paru.