spirometer

2.1       Pengertian Spirometer

Spirometer adalah alat untuk mengukur aliran udara yang masuk dan keluar paru-paru dan dicatat dalam grafik volum per waktu.

2.2      Sejarah Terciptanya Spirometer

129-200 A.D.	Galen melakukan eksperimen ‘volumetric’ terhadap saluran udara manusia. Dia menyuruh seorang anak menghirup dan mengeluarkan udara dan menemukan volum gas,setelah beberapa waktu,tetap. Galen menemukan ukuran yang mutlak dari ukuran paru-paru.
1681	Borelli mencoba untuk mengukur volume inspirasi dalam satu kali bernafas. Dia melakukannya dengan menghisap cairan dari tabung silinder.
1718	Jurin J. meniupkan udara dalam kantung dan mengukur volume udara menggunakan prinsip arcimedes. Dia mengukur 650 ml volum tidal dan volume ekspirasi maksimal sebanyak 3610 ml.
1788	Goodwyn E. menghisap air ke dalam bejana berisi udara yang sudah diukur beratnya dalam skala. Dia menyebutkan bahwa kapasitas vital paru-paru dapat mencapai 4460 ml. Dia memeriksa temperaturnya, tapi dia tidak menggunakan nose-clip.
1793	Abernethy mencoba untuk menentukan seberapa jauh kadaluarsa gas yang dihabiskan oksigen. Dia mengumpulkan gas-gas kadaluarsa di sekeliling merkuri. Abernethy mengukur kapasitas vital paru-paru adalah 3150 ml.
1796	Menzies R. mencelupkan seorang laki-laki ke dalam air berisi lebih dari satu barel ke dagunya dan mengukur kenaikan dan penurunan tingkatan sekitar dagu. Dengan metode ‘body plethysmography’, dia menentukan volume tidal paru-paru.
1799	Pepys W.H. jun. menemukan volum tidal  biasa menjadi 270 ml dengan menggunakan  dua gasometer air raksa dan sebuah gastometer biasa.
1800	Davy H. mengukur kapasitas vital paru-parunya sendiri sebesar 3110 ml. volume tidal paru-paru sebesar 210 ml menggunakan gasometer dan volume residu paru-paru sebesar 590-600 ml menggunakan metode pengenceran hidrogen atau hydrogen dilution method.
1813	Kentish E. menggunakan Pulmometer yang cukup sederhana untuk mempelajari volum saluran udara ketika sakit.
1831	Thrackrah C.T. menggambarkan pulmometer mirip dengan Kentish, tetapi udara memasuki botol kaca dari bawah. Disana tidak terdapat perbaikan untuk tekanan, sehingga pengukuran mesin tidak hanya terpaku pada volume respirasi tetapi juga kekuatan dari otot-otot ekspirasi.
1844	Maddock, A.B. mempublikasikan di Lancet, sebuah surat untuk editor tentang “Pulmometer” nya. “Penemuan luar biasa yang saya temukan sangat berguna untuk mengukur kekuatan dari paru-paru di dalam lingkungan dan kondisi yang berbeda.” Maddock tidak menyebutkan Thrackrah atau Kentish.
1845	Vierordt mempublikasikan bukunya ‘Physiologie des Athmens mit besonderer Rücksicht auf die Auscheidung der Kohlensäure’. Walaupun Vierordt tertarik tentang penentuan penghembusan nafas, dia telah melakukan penentuan parameter volume dengan seksama. Dalam percobaannya dia menggunakan ‘expirator’. Vierordt mendeskripsikan beberapa parameter tersebut masih digunakan dewasa ini dalam spirometer modern. Sebagai contoh  volume residu (‘Rückständige Luft’), kapasitas vital (‘vitales Atmungsvermögen’), …
1852 (1844)	John Hutchinson mempublikasikan laporannya tentang air di spirometer yang tetap digunakan sampai hari ini hanya dengan perubahan kecil (perubahan besar yang terjadi sekarang adalah penambahan alat pengukur grafik dan waktu dan reduksi masa bel). Hutchinson mencatat kapasitas vital paru-paru 4000 orang dengan spirometernya. Dia mengklasifikasikan manusia, sebagai contoh ‘Paupers’, ‘First Battalion Grenadier Guards’, ‘Pugilists and Wrestlers’, ‘Giants and Dwarfs’, ‘Girls’, ‘Gentleman’, ‘Deseased cases’. Dia menunjukan bahwa kapasitas vital paru-paru berbanding lurus dengan tinggi dan dia pun menunjukan bahwa kapasitas vital paru-paru tidak memiliki kaitan dengan berat badan. Hutchinson telah memulai pekerjaannya dengan spirometers pada tahun 1844.
1854	Wintrich mengembangkan spirometer yang sudah diperbaharui, pengunaan spirometer ini lebih sederhana dibandingkan dengan spirometer Hutchinson. Wintrich menguji 4000 orang dengan spirometernya. Terdapat 500 kasus tentang penyakit di paru-paru. Dia menyimpulkan ada 3 parameter yang menentukan kapasitas vital paru-paru yaitu tinggi badan, berat badan dan umur.

2.3       Prinsip Kerja Spirometer

Spirometer menggunakan prinsip salah satu hukum dalam fisika yaitu hukum Archimedes. Hal ini tercermin  pada saat spirometer  ditiup, ketika itu tabung yang berisi udara akan naik turun karena adanya gaya dorong ke atas akibat adanya tekanan dari udara yang masuk ke spirometer. Spirometer juga menggunakan hukum newton yang diterapkan dalam sebuah katrol . Katrol ini dihubungkan kepada sebuah bandul yang dapat bergerak naik turun. Bandul ini kemudian dihubungkan lagi dengan alat pencatat yang bergerak diatas silinder berputar.

2.4       Cara Kerja

Sebenarnya cara kerja spirometer cukup mudah yaitu sesorang disuruh bernafas (menarik nafas dan menghembuskan nafas) di mana hidung orang itu ditutup. Tabung yang berisi udara akan bergerak naik turun, sementara itu drum pencatat bergerak putar (sesuai jarum jam) sehingga pencatat akan mencatat sesuai dengan gerak tabung yang berisi udara.

Hasil pencatatan akan terlihat seperti gambar di bawah ini.

Pada waktu istirahat, spirogram menunjukkan volume udara paru-paru 500 ml. Keadaan ini disebut tidal volume. Pada permulaan dan akhir pernafasan terdapat keadaan reserve; akhir darisuatu inspirasi dengan suatu usaha agar mengisi paru-paru dengan udara, udara tambahan ini disebut inspiratory reserve volume, jumlahnya sebanyak 3.000 ml. Demikian pula akhir dari suatu respirasi, usaha dengan tenaga untuk mengeluarkan udara dari paru-paru, udara ini disebut dengan expiratory reserve volume yang jumlahnya kira-kira 1.100 ml. Udara yang tertinggal setelah ekspirasi secara normal disebut fungtional residual capacity (FRC). Seorang yang bernapas dalam keadaan baik inspirasi maupun ekspirasi, kedua keadaan yang ekstrim ini disebut vital capacity.

Dalam keadaan normal, vital capacity sebanyak 4.500 ml. Dalam keadaan apapun paru-paru tetap mengandung udara, udara ini disebut residual volume (kira-kira 1.000 ml) untuk orang dewasa.

Untuk membuktikan adanya residual volume, penderita disuruh bernafas dengan mencampuri udara dengan helium, kemudian dilakukan pengukuran fraksi helium pada waktu ekspirasi. Di klinik biasanya dipergunakan spirometer. Penderita disuruh bernafas dalam satu menit yang disebut respiratory minute volume. Maksimum volume udara yang dapat dihirup selama 15 menit disebut maximum voluntary ventilation. Maksimum ekspirasi setelah maksimum inspirasi sangat berguna untuk mengetes penderita emphysema dan penyakit obstruksi jalan pernafasan. Penderita normal dapat mengeluarkan udara kira-kira 70% dari vital capacity dalam 0.5 detik.; 85% dalam satu detik; 94% dalam 2 detik; 97% dalam 3 detik. Normal peak flow rate 350-500 liter/menit.

2.5       Manfaat Spirometer

Pengukuran Laju Metabolisme

Dalam penetapan laju metabolisme, konsumsi Oksigen umumnya diukur dengan menggunakan spirometer yang diisi dengan O2 dan suatu sistem yang mengabsorpsi CO2. Bandul Spirometer dihubungkan dengan alat pencatat yuang bergerak diatas suatu silinder yang berputar, sementara bandul bergerak naik turun.Dengan menarik garis sepanjang grafik yang dibuat,akan diperoleh suatu kemiringan tertentu yang sebanding dengan besarnya konsumsi O2.Jumlah O2 yang dipakai (dalam ml) persatuan waktu dikoreksi pada suhu dan tekanan standar,kemudian dikonversikan menjadi energi yaitu dengan dikalikan 4,82 kcal/L O yang dipakai.

Laju metabolisme dipengaruhi banyak faktor.Yang terpenting adalah kerja otot.Konsumsi O meningkat tidak hanya pada kerja otot,tetapi juga setelahnya sepanjang diperlukan untuk O debt.Pemberian makanan juga akan meningkatkan laju metabolisme,karena adanya “spesific dynamic action” (SDA).SDA suatu makanan adalah besarnya energi yang diperliukan untuk proses asiimilasi makanan tersebut dalam tubuh.Sejumlah protein yang dapatr menghasilkan 100 kcal,akan meningkatkan laju metabolisme sebesar 30 kcal.Hidrat arang dalam jumlah yang sama akan menyebabkan peningkatan sebesar 6 kcal,dan lemak akan meningkatkan laju metabolisme sebesar 4 kcal.Tentu saja ini berarti bahwa jumlah kalori yang dihasilkan oleh ketiga jenis bahan makanan tersebut akan dikurangi oleh besarnya SDA,dan energi yang diperlukan untuk proses asimilasi ini dapat diperoleh dari makanan itu sendiri atau diambil dari simpanan energi tubuh.Penyebab SDA belum jelas.SDA mungkin sebagian disebabkan karena kenaikan perangsangan simpatis setelah makan,dengan peningkaytan pengeluaran epinefrin dan norepinefrin dan akibatnya terjadi peningkatan laju metabolisme.SDA protein mungkin juga dihubungkan dengan proses deaminasi asam amino dalam hati.SDA dari lemak mungkin disebabkan karena adanya stimulasi langsung terhadap proses metabolisme oleh adanya asam lemak bebas.Sedang pada hidrat arang mungkin merupakan manifestasi kebutuhan energi ekstra untuk membentuk glikogen.Efek stimulasi daripada makanan terhadapa proses metabolisme dapat berlangsung selama 6 jam atau lebih.

Faktor lain yang merangsang metabolisme adalah suhu lingkungan.Bila suhu lingkungan lebih rendah dari suhu tubuh,mekanisme untuk mempertahankan suhu tubuh akan digiatkan,misalnya dengan menggigil,dan laju metabolisme akan meningkat.Bila suhu lingkungan cukup tinggi hingga mengakibatkan meningkatnya suhu tubuh,terjadi peningkatan proses metabolisme secara keseluruhan,dan laju metabolisme juga meningkat.