Arsip Kategori: Ilmiah

Mekanisme pernafasan manusia

4 Jenis Mekanisme Pernapasan Pada Manusia

4 Jenis Mekanisme Pernapasan Pada manusia. Sistem pernapasan merupakan sistem yang berfungsi untuk mengabsorbsi oksigen dan mengeluarkan karbondioksida dalam tubuh yang bertujuan untuk mempertahankan homeostasis. Fungsi ini disebut sebagai respirasi. Sistem pernapasan dimulai dari rongga hidung/mulut hingga ke alveolus, di mana pada alveolus terjadi pertukaran oksigen dan karbondioksida dengan pembuluh darah.

Sistem Pernapasan atau Respirasi adalah suatu proses mulai dari pengambilan oksigen (O2), pengeluaran karbondioksida (CO2) hingga penggunaan energi di dalam tubuh.

Sistem respirasi itu sendiri mencakup semua proses pertukaran gas yang terjadi antara atmosfir melalui rongga  hidung → faring  → laring  → trakea → bronkus  → paru-paru  → alveolus → sel-sel melalui dinding kapiler darah. Organ-organ sistem pernapasan meliputi hidung, faring, laring, trakea,paru-paru atau pulmo yang terdiri dari bronkus, brokiolus dan alveolus.

#1. Mekanisme pengaturan pernafasan sistem saraf pusat

Pengendalian pernafasan oleh sistem persarafan Pengaturan pernafasan oleh persarafan dilakukan oleh korteks serebri, medula oblongata, dan pons.

Korteks serebri

Korteks serebri berperan dalam pengaturan pernafasan yang bersifat volenter, sehingga memungkinkan kita dapat mengatur nafas dan menahan nafas, misalnya pada saat bicara atau makan.

Medulla oblongata

Medulla oblongata terletak pada batang otak, berperan dalam pernafasan otomatis atau spontan. Pada medulla oblongata terdapat dua kelompok neuron, yaitu : Dorsal Respiratoriy Group (DRG) yang terletak pada bagian dorsal medulla dan Ventral Respiratory Group (VRG) yang terletak pada ventro lateral medulla. Kedua kelompok neuron ini berperan dalam pengaturan irama pernafasan.

Pons

Pada pons terdapat dua pusat pernafasan, yaitu pusat apneutik dan pusat pneumotaksis.Pusat apneutik terletak di formasio retikularis pons bagian bawah. Fungsi pusat apneutik adalah mengkoordinasi transisi antara inspirasi dan ekspirasi dengan cara mengirimkan rangsangan impuls pada area inspirasi dan menghambat ekspirasi. Sedangkan pusat pneumotaksis terletak di pons bagian atas.Impul dari pusat pneumotaksis menghambat aktivitas neuron inspirasi, sehingga inspirasi dihentikan dan terjadi ekspirasi. Fungsi dari pusat pnemotaksis adalah membatasi durasi inspirasi, tetapi meningkatkan frekuensi respirasi sehingga irama respirasi menjadi lebih halus dan teratur, proses inspirasi dan ekspirasi berjalan secara teratur pula.

Baca juga : Penyakit Pneumonia

Terdapat beberapa mekanisme yang berperan membawa udara ke dalam paru sehingga pertukaran gas dapat berlangsung. Fungsi mekanisme pergerakan udara masuk dan keluar dari paru disebut ventilasi. Mekanisme ini dilaksanakan oleh sejumlah komponen yang saling berinteraksi. Pompa pernafasan merupakan pompa yang bergerak maju mundur dan mempunyai dua komponen penting yaitu  volume elastis paru itu sendiri dan dinding yang mengelilingi paru.

Mekanisme pernafasan manusia

Dinding tersebut terdiri dari rangka, jaringan rangka thoraks, diafragma, isi abdomen serta dinding abdomen. Otot-otot pernafasan yang merupakan bagian dinding thoraks adalah sumber kekuatan untuk menghembuskan pompa. Diafragma dibantu oleh otot-otot yang dapat mengangkat tulang iga dan sternum merupakan otot utama yang ikut berperan dalam peningkatan volume paru dan rangka thoraks selama inspirasi.

Otot-otot pernafasan diatur oleh pusat pernafasan yang terdiri dari neuron dan reseptor pada pons dan medulla oblongata. Pusat pernafasan merupakan bagian sistem saraf yang mengatur semua aspek pernafasan. Faktor utama pada pengaturan pernafasan adalah respon dari pusat kemoreseptor dalam pusat pernafasan terhadap tekanan parsial (tegangan) karbondioksida (PaCO2) dan pH darah arteri. Peningkatan PaCO2 atau penurunan pH merangsang pernafasan.

Penurunan tekanan parsial O2 dalam darah arteri PaO2 dapat juga merangsang ventilasi. Kemoreseptor perifer yang terdapat dalam badan karotis pada bifurkasio arteria karotis komunis dan dalam badan aorta pada arkus aorta peka terhadap penurunan PaO2 dan pH serta peningkatan PaCO2. Akan tetapi PaO2 harus turun  dari nilai normal kira-kira sebesar 90 sampai 100 mmHg hingga mencapai sekitar 60 mmHg sebelum ventilasi mendapat rangsangan yang cukup berarti.

Pada saat inspirasi mencapai batas tertentu terjadi stimulasi pada reseptor regangan dalam otot polos paru untuk menghambat  aktivitas neuron inspirasi. Dengan demikian reflek ini mencegah terjadinya over inflasi paru-paru saat aktivitas berat. Mekanisme ini disebut dengan Hering Breuer Refleks.

Refleks ini dibagi menjadi:

Refleks Inflasi

Untuk menghambat over ekspansi paru-paru saat pernafasan kuat. Reseptor reflek ini terletak pada jaringan otot polos di sekeliling bronkiolus dan distimulasi oleh ekspansi paru-paru.

Refleks Deflasi

Untuk menghambat pusat ekspirasi dan menstimulasi pusat inspirasi  saat paru-paru mengalami deflasi. Reseptor reflek ini terletak di  dinding alveolar. Berfungsi secara normal hanya ketika ekshalasi maksimal, saat pusat inspirasi dan ekspirasi aktif.

#2. Mekanisme pernafasan secara baroreseptor dan kemoreseptor

Kendali Kimia

Banyak faktor yang mempengaruhi laju dan kedalaman pernapasan yang sudah diset oleh pusat pernapasan, yaitu adanya perubahan kadar oksigen, karbon dioksida dan ion hidrogen dalam darah arteri. Perubahan tersebut menimbulkan perubahan kimia dan menimbulkan respon dari sensor yang disebut kemoreseptor. Ada 2 jenis kemoreseptor, yaitu kemoreseptor pusat yang berada di medulla dan kemoreseptor perifer yang berada di badan aorta dan karotid pada sistem arteri.

  • Kemoreseptor pusat, dirangsang oleh peningkatan kadar karbon dioksida dalam darah arteri, cairan serebrospinal peningkatan ion hidrogen dengan merespon peningkatan frekuensi dan kedalaman pernapasan.
  • Kemoreseptor perifer, reseptor kimia ini peka terhadap perubahan konsentrasi oksigen, karbon dioksida dan ion hidrogen. Misalnya adanya penurunan oksigen, peningkatan karbon dioksida dan peningkatan ion hidrogen maka pernapasan menjadi meningkat.

Pengaturan Oleh Mekanisme Non Kimiawi

Beberapa faktor non kimiawi yang mempengaruhi pengatuan pernapasan di antaranya :  pengaruh baroreseptor, peningkatan suhu tubuh, hormon epineprin, refleks hering-breuer.

  • Baroreseptor, berada pada sinus kortikus, arkus aorta atrium, ventrikel dan pembuluh darah besar. Baroreseptor berespon terhadap perubahan tekanan darah. Peningkatan tekanan darah arteri akan menghambat respirasi, menurunnya tekanan darah arteri dibawah tekanan arteri rata-rata akan menstimulasi pernapasan.
  • Peningkatan suhu tubuh, misalnya karena demam atau olahraga maka secara otomatis tubuh akan mengeluarkan kelebihan panas tubuh dengan cara meningkatkan ventilasi.
  • Hormon epinephrin, peningkatan hormon epinephrin akan meningkatkan rangsangan simpatis yang juga akan merangsang pusat respirasi untuk meningkatkan ventilasi.
  • Refleks hering-breuer, yaitu refleks hambatan inspirasi dan ekspirasi. Pada saat inspirasi mencapai batas tertentu terjadi stimulasi pada reseptor regangan dalam otot polos paru untuk menghambat aktifitas neuron inspirasi. Dengan demikian refleks ini mencegah terjadinya overinflasi paru-paru saat aktifitas berat.

#3. Mekanisme kompensasi pernafasan hiperventilasi dan hipoventilasi

Hiperventilasi

Tujuan ventilasi adalah menghasilkan tegangan karbon dioksida di arteri yang normal (PaCO2) dan mempertahankan tegangan oksigen di arteri yang normal (PaO2). Hiperventilasi merupakan suatu kondisi ventilasi yang berlebih, yang dibutuhkan untuk mengeliminasi karbon dioksida normal di vena, yang diproduksi melalui metabolisme seluler. Hiperventilasi dapat disebabkan oleh ansietas, infeksi, obat-obatan, ketidakseimbangan asam-basa, dan hipoksia yang dikaitkan dengan embolus paru atau syok.

Ansietas akut dapat mengarah kepada hiperventilasi dan menyebabkan kehilangan kesadaran akibat ekshalasi karbon dioksida yang berlebihan. Demam menyebabkan hiperventilasi. Untuk setiap peningkatan satu derajat Fahrenheit, terdapat peningkatan kecepatan metabolism sebesar 7%, sehingga menyebabkan peningkatan produksi karbon dioksida. Respons klinis yang dihasilkan ialah peningkatan frekuensi dan kedalaman pernapasan. Hiperventilasi juga disebabkan kimiawi. Keracunan salisilat (aspirin) menyebabkan kelebihan stimulasi pada pusat pernapasan karena tubuh berusaha mengompensasi kelebihan karbon dioksida. Amfetamin juga meningkatkan ventilasi dengan meningkatkan produksi karbon dioksida.

Hiperventilasi juga dapat terjadi ketika tubuh berusaha megompensasi asidosis metabolic dengan memproduksi alkalosis respiratorik. Ventilasi meningkat untuk menurunkan jumlah karbon dioksida yang tersedia untuk membentuk asam karbonat. Hemoglobin tidak membebaska oksigen ke jaringan dengan mudah sehingga terjadi hipoksia jaringan. Apabila gejala memburuk, klien menjadi lebih terganggu, yang pada tahap lanjut akan meningkatkan frekuensi pernapasan dan menyebabkan alkalosis respiratorik.

Hipoventilasi

Hipoventilasi terjadi ketika ventilasi alveolar tidak adekuat memenuhi kebutuhan oksigen tubuh atau mengeliminasi karbon dioksida secara adekuat. Apabila ventilasi alveolar menurun, maka PaCO2 akan meningkat. Atelektasis akan menghasilkan hipoventilasi. Atelektasis merupakan kolaps alveoli yang mencegah pertukaran oksigen dan karbon dioksida dalam pernapasan. Karena alveoli kolaps, maka paru yang diventilasi lebih sedikit dan menyebabkan hipoventilasi.

Pada klien yang menderita penyakit obstruksi paru, pemberian oksigen yang berlebihan dapat mengakibatkan hipoventilasi. Klien ini beradaptasi terhadap kadar karbon dioksida yang tinggi dan kemoreseptor yang peka pada karbondioksida pada hakikatnya tidak berfungsi. Klien ini terstimulus untuk bernapas jika PaO2 menurun. Apabila jumlah oksigen yang diberikan berlebihan, maka kebutuhan oksigen dipenuhi dan stimulus untuk bernapas negatif.

Konsentrasi oksigen yang tinggi (misalnya lebih besar dari 24% sampai 28%[1 sampai 3 liter]) mencegah penurunan PaO2dan menghilangkan stimulus untuk bernapas, sehingga terjadi hipoventilasi. Retensi CO2 yang berlebihan menyebabkan henti napas. Apabila tidak ditangani, maka kondisi klien akan menurun dengan cepat. Akibatnya, dapat terjadi kebingungan, tidak sabar dan kematian. Terapi untuk menangani hipoventilasi dimulai dengan mengobati penyebab yang mendasari gangguan tersebut, kemudian tingkatkan oksigenasi jaringan, perbaiki fungsi ventilasi, dan upayakan keseimbangan asam-basa.

#4. Mekanisme klinis pasien yang mengalami hipoventilasi dan hiperventilasi

Hiperventilasi

Merupakan upaya tubuh dalam meningkatkan jumlah O2 dalam paruparu agar pernafasan lebih cepat dan dalam. Hiperventilasi dapat disebabkan karena kecemasan, infeksi, keracunan obat-obatan, keseimbangan asam basa seperti osidosis metabolik Tanda-tanda hiperventilasi adalah takikardia, napas pendek, nyeri dada, pusing, sakit kepala ringan, disorientasi, paretesia, baal (pada ekstremitas, sirkumoral), tinitus, penglihatan yang kabur, tetani (spasme karpopedal)

Hipoventilasi

Terjadi ketika ventilasi alveolar tidak adekuat untuk memenuhi penggunaan O2 tubuh atau untuk mengeluarkan CO2 dengan cukup. Biasanya terjadi pada keadaaan atelektasis (Kolaps Paru). Tanda-tanda dan gejalanya pada keadaan hipoventilasi adalah pusing, nyeri kepala (dapat dirasakan di daerah oksipital hanya saat terjaga), letargi, disorientasi, penurunan kemampuan mengikuti instruksi, disritmia jantung, ketidakseimbangan elektrolit, konvulsi, koma, henti jantung.

#5. Masalah keperawatan terkait hipoventilasi dan hiperventilasi (berdasarkan NANDA 2015-2017)

Masalah-masalah tersebut tergantung dari keadaan dan kondisi masing-masing terkait pasien. Diantaranya adalah sebagai berikut

  • Pola Nafas tidak efektif berhubungan dengan hiperventilasi dan hipoventilasi sindrom.
  • Gangguan pertukaran gas berhubungan dengan abnormalitas ventilasi-perfusi sekunder terhadap hipoventilasi.
  • Perfusi jaringan kardiopulmonal tidak efektif b/d gangguan afinitas   Hb oksigen, penurunan konsentrasi Hb, Hipervolemia, Hipoventilasi, gangguan transport O2, gangguan aliran arteri dan vena.
  • Perfusi jaringan cerebral tidak efektif b/d gangguan afinitas Hb oksigen, penurunan konsentrasi Hb, Hipervolemia, Hipoventilasi,      gangguan transport O2, gangguan aliran arteri dan vena
  • Perfusi jaringan gastrointestinal tidak efektif b/d gangguan afinitas Hb oksigen, penurunan konsentrasi Hb, Hipervolemia, Hipoventilasi, gangguan transport O2, gangguan aliran arteri dan vena.
4 Proses Pernafasan Pada Manusia

4 Proses Pernapasan Pada Manusia

4 Proses Pernapasan Pada Manusia. Semua sel mengambil oksigen yang akan digunakan dalam bereaksi dengan senyawa-senyawa sederhana dalam mitokondria sel untuk menghasilkan senyawa-senyawa yang kaya energi, air, dan karbondioksida. senyawa yang kaya energi tersebut digunakan dalam aktivitas yang menggunakan energi. Pertukaran oksigen dan karbondioksida antara sel-sel tubuh serta lingkungan disebut pernapasan.

Bernafas merupakan salah satu dari ciri-ciri mahluk hidup yang sangat penting. Tanpa melakukan proses bernafas, mahluk hidup tidak akan hidup. Saat bernafas, oksigen didapatkan melalui proses bernafas yakni menghirup nafas. Selain membutuhkan oksigen, sel juga mengeluarkan gas karbondioksida hasil dari metabolisme. Gas karbondioksida sangat berbahaya bagi tubuh maka harus dikeluarkan dengan cara proses pernafasan.

Oksigen dibawa ke jaringan-jaringan, dan karbondioksida dibawa dari jaringan-jaringan ke dalam darah (melalui sistem sirkulasi darah). Fungsi sistem pernapasan adalah untuk memungkinkan ambilan oksigen dari udara kedalam darah, dan memungkinkan karbondioksida terlepas dari darah ke udara bebas. Perpindahan gas dari satu tempat ke tempat lain bergantung sepenuhnya pada perbedaan tekanan gas yang ada antara satu tempat dengan tempat yang lain. Suatu gas selalu berdifusi dari tempat bertekanan tinggi menuju tempat yang tekanannya lebih rendah.

4 Proses Pernafasan Pada Manusia

Atmosfer mengandung oksigen pada tekanan 150 mmHg dan hampir tidak ada karbondioksidanya. Sedangkan jaringan mengandung oksigen pada tekanan 40 mmHg dan karbondioksida dengan tekanan 46 mmHg. Tekanan ini berbeda karena pertukaran gas.Kecepatan dimana gas-gas ini bertukaran tergantung pada luasnya pemajanan darah terhadap udara di dalam paru-paru.

#1. Proses Ventilasi

Ventilasi paru adalah proses masuk dan keluarnya udara melalui sistem respirasi. Secara harafiah, respirasi atau pernafasan merupakan pergerakan oksigen dari atmosfer menuju sel-sel dan keluarnya karbon dioksida dari sel-sel ke udara bebas. Orang dewasa normal bernafas sekitar 16 kali per menit. Pertukaran udara ini di bantu dengan pergerakan otot yang berguna untuk melakukan proses inspirasi dan ekspirasi.

Ventilasi atau bernafas adalah proses pemasukan ke dan pengeluaran udara dari paru secara bergantian sehingga udara alveolus lama yang telah ikut serta dalam pertukaran O2 dan CO2 dengan darah kapiler paru dapt ditukar dengan udara atmosfer segar. Ventilasi adalah proses masuk dan keluarnya udara dari dalam paru.

#2. Proses Difusi

Setelah alveoli ditukar dengan udara segar, tahapan yang selanjutnya terjadi dalam proses respirasi adalah difusi oksigen dari alveoli ke pembuluh darah paru dan difusi karbondioksida kearah sebaliknya. Dinding alveolus sangat tipis dan di Universitas Sumatera Utara 14 dalamnya terdapat jaringan kapiler yang padat dan saling berhubungan, sehingga jelas bahwa gas alveolus berada sangat dekat dengan darah kapiler. Pertukaran gas antara udara alveolus dan pembuluh darah paru terjadi melalui membran di seluruh bagian terminal paru, yaitu membran alveolus berkapiler tipis. Yang mendorong untuk terjadinya pertukaran ini adalah selisih tekanan parsial antara daerah dan fase gas. Difusi adalah peristiwa pertukaran gas antara alveolus dan pembuluh darah

#3. Proses Perfusi

Proses perfusi adalah penyebaran darah yang sudah teroksigenasi ke seluruh paru dan jaringan tubuh. Bila oksigen telah berdifusi dari alveoli ke dalam darah paru, oksigen terutama ditranspor dalam bentuk gabungan dengan hemoglobin ke kapiler jaringan dimana oksigen dilepaskan untuk dipergunakan oleh sel. Adanya hemoglobin di dalam sel darah merah memungkinkan darah mengangkut 30 sampai 100 kali jumlah oksigen yang dapat ditranspor dalam bentuk oksigen terlarut di dalam cairan darah (plasma).

Dalam sel jaringan oksigen bereaksi dengan berbagai bahan makanan membentuk sejumlah besar karbondioksida. Karbondioksida ini masuk ke dalam kapiler jaringan dan ditranspor kembali ke paru. Karbondioksida, seperti oksigen, juga bergabung dengan bahan-bahan kimia dalam darah yang meningkatkan transportasi karbondioksida 15-20 kali lipat. Gangguan perfusi terjadi apabila ada emboli pada pembuluh darah. Perfusi adalah distribusi darah yang sudah teroksigenasi.

#4. Proses Transport Gas

Setelah difusi maka selanjutnya terjadi proses transportasi oksigen ke sel-sel yang membutuhkan melalui darah dan pengangkutan karbondioksida sebagai sisa metabolisme ke kapiler paru. Sekitar 97 – 98,5% Oksigen ditransportasikan dengan cara berikatan dengan Hb (HbO2/oksihaemoglobin,) sisanya larut dalam plasma. Sekitar 5 – 7% karbondioksida larut dalam plasma, 23 – 30% berikatan dengan Hb (HbCO2/karbaminahaemoglobin) dan 65 – 70% dalam bentuk HCO3 (ion bikarbonat).

Proses tranport gas

Saat istirahat, 5 ml oksigen ditransportasikan oleh 100 ml darah setiap menit. Jika curah jantung 5000 ml/menit maka jumlah oksigen yang akan diberikan ke jaringan sekitar 250 ml/menit. Saat olah raga berat dapat meningkat 15 – 20 kali lipat.

Baca juga :

Transportasi gas dipengaruhi oleh :

– Cardiac Output

– Jumlah eritrosit

– Aktivitas

– Hematokrit darah

Produksi ASAM LEMAK OMEGA-3

10 Langkah Produksi Asam Lemak Omega-3 Mikroorganisme

Asam-asam lemak alami yang termasuk kelompok asam lemak omega-3 adalah asam linolenat (C18:3), EPA atau Eicosapentanoic acid (C20:5) dan DHA atau Docosaheksanoic acid (C22:6), sedangkan yang termasuk kelompok asam lemak omega-6 adalah asam linoleat (C18:2) dan asam arachidonat (C20:4). Asam lemak ini dinamakan omega-3 dan biasanya disimbolkan dengan n-3 (Wang et al. 1990).

Asam lemak omega-3 merupakan zat gizi yang sangat berperan dalam aktivitas biologi di bidang kesehatan. Asam lemak tidak jenuh linoleat berperan pada per-kembangan otak anak yang sedang tumbuh, meningkatkan kekebalan tubuh dan mencegah berbagi jenis penyakit degeneratif (Crawford, 1987). Asam lemak omega-3 termasuk asam lemak esensial karena manusia seperti mamalia lain tidak bisa membuat atau memproduksinya sendiri (Simopoulos, 2013).

Asam lemak omega-3 selain dapat diproduksi dari ikan, mikroorganisme seperti kapang juga dapat memproduksi asam lemak omega-3. Rhizopus oligosporus merupakan kapang yang secara tradisional digunakan dalam pembuatan tempe kedelai, kapang ini mampu memproduksi asam lemak omega-3 rantai panjang, khususnya linolenat (Kristifikosa, 1991).

Produksi ASAM LEMAK OMEGA-3

Menurut penelitian Affandi dan Yuniati (2012) dengan menggunakan substrat ampas sawit dan penambaan sukrosa dalam proses fermentasi Rhizoporus oligoporus dapat meningkatkan kandungan asam lemak linolenat. Penambahan sukrosa ini berfungsi untuk meningkatkan sumber karbon pada substrat.

Langkah-langkah produksi asam lemak omega-3 dengan menggunakan Rhizopus oligoporus menurut Affandi dan Yuniati (2012) adalah:

1. Rhizopus oligosporus ditumbuhkan pada media PDA (Potato Dextrose Agar) kemudian diinkubasi 2 hari pada suhu 300C. Kemudian inokulum diinokulasikan pada 10 mL aquades.

3. Ampas sawit 15,25 gr ditambahkan sukrosa 9,75 gr dalam labu Erlenmeyer, ditambah NaCl fisiologis 150 ml.

4. Substrat disterilkan pada suhu 1210 C selama 15 menit. Kemudian didinginkan.

5. Suspensi spora 0,5 % dari substrat ditumbuhkan pada substrat pada suhu ruang.

6. Inkubasi dilakukan selama 7 hari pada suhu kamar dan dilakukan pengocokkan dengan meletakkan substrat fermentasi pada shaker.

7. Lakukan uji komposisi asam lemak dianalisa menggunakan Kromatografi Gas. Sebelumnya hasil fermentasi dimasukkan ke dalam cawan dan dimasukkan ke tanur (muffle) suhu 600-6500 C sehingga diperoleh abu.

8. Kemudian abu ditimbang dan diekstraksi dengan pelarut khloroform dan metanol dengan perbandingan 2:1 (v/v).

9. Campuram tersebut dikocok selama 5 menit dan disimpan selama satu malam. Lapisan atas metanol dibuang dan lapisan organik yang mengandung lemak diekstraksi kembali dengan kloroform dan dikeringkan dengan gas nitrogen dan ekstrak tersebut dianalisis asam lemaknya.

10. Ekstrak lemak dan substrat dikonversikan menjadi asam lemaknya dan dimetilisasi dengan BF3/metanol dan komposisi asam lemak ditentukan dengan GC-MS (BIP5995A integrator 3392, Hawlet Packard, Avondale, PA). Dimensi kolom yang digunakan adalah 20×0,2 mm i.d dan dielusi dengan gas helium.

Suhu kolom selama 3 menit pertama diatur pada 200O C. Standar asam lemak diperoleh dari Alltecch Associate, Inc., Deerfield, IL).

Menurut Affandi dan Yuniati (2012)  penambahan sukrosa pada substrat dapat meningkatkan kandungan asam lemak menjadi 31,67%.

Asam lemak palmitat (C:16)  meningkat menjadi 44,73%, asam lemak stearat (C:18) meningkat 15,48%, asam lemak oleat (18:1) meningkat 23,85%, asam lemak linoleat (18:2) meningkat 51,81% dan asam lemak linolenat (C18:3) meningkat 103,12%. Jadi penambahan sumber karbon akan meningkat produksi asam lemak tidak jenuh.

Cara Bioremidiasi Pencemaran Minyak yang Mengandung BTEX

Cara Bioremidiasi Pencemaran Minyak yang Mengandung BTEX

Cara Bioremidiasi Pencemaran Minyak yang Mengandung BTEX – Ekosistem mangrove merupakan daerah peralihan antara darat dan laut yang terdapat di sepanjang pantai yang terlindung dan muara sungai. Mangrove mempunyai fungsi ekologi dan ekonomi yang mana kedunya sangat penting dan tidak dapat dipisahkan.

Mangrove memiliki fungsi ekologi yang tidak kalah penting, antara lain untuk sekuestrasi karbon, menyaring dan menangkap bahan pencemar, menjaga stabilitas pantai dari erosi, intrusi air laut, dan tekanan badai, membentuk daratan baru, menjaga kealamian habitat, menjadi tempat bersarang, memijah dan membesarkan anak berbagai jenis ikan, udang, kerang, burung, dan fauna lain, serta memiliki fungsi sosial sebagai area konservasi, pendidikan, ekoturisme, dan identitas budaya, namun nilai penting ekologi masih sering diabaikan.

Industri pengeboran minyak bumi serta industri hilirnya sangat potensial menyebabkan air, tanah, dan udara tercemar. Berbagai usaha untuk mengatasi pencemaran telah dilakukan antara lain dengan melakukan perbaikan path sistem eksplorasi, eksploatasi, pengolahan dan penyaluran minyak bumi, serta pengelolaan limbah.

Aktivitas industri perminyakan (pengeboran, pengilangan, proses produksi dan transportasi) umumnya menghasilkan limbah minyak dan terjadi tumpahan baik di tanah maupun perairan. Limbah dan tumpahan tersebut akan semakin meningkat sejalan dengan meningkatnya aktivitas industri perminyakan di lapangan.

Pasuruan, Jawa Timur terdapat kawasan mangrove yang terus mengalami penyempitan luasnya menjadi seluas 554,8 ha. Penyempitan kawasan mangrove ini juga terjadi akibat pencemaran minyak dari industri yang berada di sekitar daerah Pasuruan, Jawa Timur .

Tingkat pencemaran minyak  dapat mengakibatkan tanaman menjadi mati dalam waktu 3 (tiga) hari atau 48–72 jam, sementara pencemaran secara kronik dapat menyebabkan tanaman mangrove stress dan mengurangi laju kecepatan tumbuh. Kehadiran polutan hidrokarbon baik pada saat menggenangi maupun setelah masuk ke dalam tanah, mengakibatkan kematian banyak pohon mangrove.

Hal ini disebabkan karena bahan bersifat sebagai penghambat metabolisme perakaran dan racun bagi tumbuhan. Perubahan luas lahan hutan mangrove dapat terjadi akibat tekanan lingkungan fisik, kimia dan biologis serta pengaruh dari pencemaran dalam kategori akut maupun kronik yang berasal dari sedimentasi, limbah cair maupun limbah minyak. Dapat digambarkan bahwa tumpahan minyak di laut akan terbawa arus ke arah pantai dan akhirnya mencemari hutan mangrove. Hal ini dapat mengakibatkan sistem perakaran menjadi terganggu karena minyak menempel di permukaan tanaman .

Berdasarkan penelitian, bahwa kawasan Pasuruan, Jamur mengandung zat BTEX (benzen, toluen, etilbenzen, xilen). BTEX (Benzene, Toluene, Ethyl Benzene, Xylene), merupakan komponen senyawa hidrokarbon aromatik yang terkandung dalam minyak bumi. BTEX bersifat rekalsitran dan mutagenik.

Berikut merupakan data pencemaran zat BTEX yang diteliti dari beberapa aliran sungai di sekitar kawasan mangrove yaitu sungai, sungai porangan,sungai gombal, sungai kacar , sungai krondo.

Pencemaran BTEX menyebabkan populasi mangrove semakin menipis. Berikut data populasi mangrove berdasarkan penelitian di beberapa sungai sekitar Pasuruan, Jawa Timur.

Berdasar data di atas maka, dapat dilihat tingkat pencemaran dari masing-masing daerah sungai yang berada di kawasan mangrove Pasuruan. Semua kawasan tercemar Benzene berat dengan kondisi sungai Andil yang paling memprihatinkan.

Pencemaran tersebut sangat berefek terhadap organisme yang hidup di dalamya, terutama tumbuhan mangrovenya. Persebaran mangrove menjadi tidak merata dan banyak spesies yang sudah tidak dijumpai di beberapa kawasan akibat pengaruh dari pencemaran tersebut.

Masalah pencemaran minyak bumi di kawasan mangrove dapat dilakukan dengan penanganan fisik, biologi dan kimiawi. Teknik biologi biasanya dilakukan dengan melibatkan mikroorganisme. Teknik bioremediasi merupakan salah satu bentuk teknik pengolahan limbah secara biologi yang memanfaatkan bakteri hidrokarbonoklastik. Bakteri tersebut mampu menggunakan PAH (policyclic aromatic hydrocarbon) sebagai satu-satunya sumber karbon dan energi selama proses bioremediasi tanah tercemar minyak bumi dan mendegradasinya secara lengkap hingga terbentuk senyawa akhir yang stabil dan tidak beracun serta karbondioksida dan air .

Kehadiran mikroorganisme pendegradasi cemaran hidrokarbon path habitatnya akan mampu melakukan remediasi atau pemulihan, tetapi dengan jumlah populasinya yang rendah dan suplemen nutrien tertentu menyebabkan kemampuan remediasinya rendah. Keefektifan bioremediasi sangat ditentu kan oleh konsentrasi mikrob pendegradasi cemaran, konsentrasi cemaran, faktor fisik seperti suhu dan pH optimum, dan faktor kimia seperti ketersediaan oksigen dan nutrient.

Kelompok bakteri yang digunakan sebagai agen  bioremediasi yang banyak digunakan terutama karena bakteri memiliki kecepatan reproduksi yang tinggi dan bakteri merupakan kelompok mirkoba yang mudah beradaptasi dengan lingkungan, sehingga memungkinkan dapat menggunakan residu minyak bumi sebagai sumber karbon dan energi.

Mikroba pendegradasi hidrokarbon secara alami terdapat dimana-mana dan relatif lebih tinggi jumlahnya pada tanah tercemar minyak bumi dibandingkan pada tanah tidak tercemar. Hal ini menunjukkan bahwa mikroorganisme pendegradasi minyak tersebar luas di alam. Hingga saat lebih dan 108 spesies bakteri marnpu mendegradasi hidrokarbon, di antaranya yaitu: Akali genes, Bacillus, Flavobacterium, Nocardia, Pseudomonas, dan Vibrio.

Di antara bakteri yang dikenal mampu mendegradasi hidrokarbon yaitu Bacillus. Bacillus merupakan bakteri pembentuk spora yang bersifat kosmopolit dan memerlukan syarat hidup yang sederhana, aerob dan fakultatif anaerob, selnya berbentuk batang, memproduksi katalase, dan bersifat gram positif. Beberapa isolat Bacillus yang mampu mendegradasi hidrokarbon alifatik, sildik, dan aromatik. Pendegradasi senyawa aromatik antara lain Bacillus thermoleovorans, B. gordonae, B. benzoevorans dan B. cereus.

Metode pendegradasian dapat dilakukan dengan beberapa tahap diantaranya tahap isolasi isolat bakteri yang berada pada daerah perakaran mangrove yang ditumbuhkan pada media selektif. Kemudian dipilih isolat bakteri terbaik dengan berbagai uji potensi pada media yang mempunyai kandungan hidrokarbon berbeda.

Setelah didapatkan isolat terbaik, barulah diaplikasikan secara massal pada kawasan mangrove yang tercemari tersebut. Selain karena ramah lingkungan, penggunaan bakteri sebagai agen bioremediasi, juga karena bakteri tersedia dalam di alam terutama kawasan mangrove yang tercemar tersebut dan mudah diperbanyak. Bakteri juga dapat bersimbiosis dengan tumbuhan yang ada di kawasan mangrove sehingga ramah lingkungan.

Aktivitas mikroba dalam mendegradasi tanah yang terkontaminasi minyak bumi dilakukan dengan memotong-motong komponen hidrokarbon yang ada menjadi senyawa yang lebih sederhana dan tidak berbahaya terhadap lingkungan, sehingga tanah yang tercemar minyak bumi tersebut akan memperlihatkan perubahan komposisi fraksi hidrokarbon penyusunnya. Berdasarkan penelitian terjadi penurunan kadar BTEX pada proses bioremediasi tanah dengan isolate Bacillus cereus yang tercemar minyak dengan masing-masing penurunannya, yaitu: Benzene 97.9%, toluene 79.3%, ethyl benzene 75.0% dan xylene 59.3%.

Penanganan pencemaran BTEX di kawasan mangrove Pasuruan, Jawa Timur dapat dilakukan dengan proses bioremediasi dengan menggunakan isolate unggul mikroorganisme dari tanah di sekitar perakaran mangrove. Proses ini diharapkan dapat memberikan pemulihan pada kawasan mangrovenya. Sehingga ekosistem yang ada di kawasan mangrove ini habitatnya dan biodiversitas mangrovenya semakin akan terus terjaga karena mengigat pentingnya nilai ekologi dan ekonomi hutan mangrove.

Simbiosis mutualisme

Simbiosis Mutualisme Tanaman Kacang-Kacangan dan Bakteri Rhizobium

Simbiosis Mutualisme Tanaman Kacang-Kacangan dan Bakteri Rhizobium – Atmosfer mengandung 79% gas nitrogen bebas. Nitrogen digunakan untuk membentuk asam amino dan protein. Hanya saja tidak setiap makhluk hidup dapat mengambil nitrogen bebas, hanya beberapa organisme yang dapat mengikat/ menfiksasi  gas N2 (Nitrogen bebas) yang di atmosfer diantaranya adalah bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan akar kacang-kacangan.

Oleh karenanya banyak organisme tergantung makhluk hidup lain untuk mendapatkan nitrogen. Organisme heterotrof mengambil nitrogen dalam bentuk makanan yang mengandung protein sementara tumbuhan hijau mengambil nitrogen dalam bentuk nitrat. Protein terbentuk melalui proses fotosintesis .

Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk membentuk senyawa penting di dalam sel, termasuk protein, DNA dan RNA. Tanaman harus mengekstraksi kebutuhan nitrogennya dari dalam tanah. Sumber nitrogen yang terdapat dalam tanah, makin lama makin tidak mencukupi kebutuhan tanaman. Udara yang menyelubungi bumi mengandung gas nitrogen sebanyak 80 %, sebagian besar dalam bentuk N2 yang tidak dapat dimanfaatkan. Tanaman dan kebanyakan mikroba tidak mempunyai cara untuk mengikat nitrogen menjadi senyawa dalam selnya.

Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan di bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya akan dimasukkan ke dalam protein. Pada tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman.

Simbiosis mutualisme

Simbiosis mutualisme

Pengolahan kimia atau fiksasi alami (melalui proses konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen penting dari produksi pangan. Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH4+), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus.

Tanaman dan mikroba umumnya mendapatkan nitrogen dari senyawa seperti ammonium (NH4+) dan nitrat (NO3-). Nitrogen dalam bentuk gas, dimanfaatkan oleh para pakar bioteknologi dengan memusatkan perhatiannya pada hubungan simbiosis antara tanaman dengan jenis mikroba tertentu yang dapat menambat nitrogen dari udara dan menyusun atom nitrogen ke dalam molekul ammonium, nitrat, atau senyawa lain yang akan digunakan oleh tumbuhan.

Leguminose termasuk ke dalam classis dicotyledoneus dimana embrio mengandung dua daun biji/cotyledone. Famili legume dibagi menjadi 3 kelompok sub famili, yaitu: mimisaceae, tanaman kayu dan herba dengan bunga “regular”, caesalpinaceae, tanaman dengan bunga “irregular” dan papilonaceae, tanaman kayu dan herba mempunyai ciri khas berbentuk bunga menyerupai kupu-kupu.

Putri malu (Mimosa pudica) termasuk tumbuhan leguminosae. Tumbuhan jenis leguminose (polong-polongan) memiliki sifat yang berbeda dengan jenis rumput-rumputan, jenis legume umumnya kaya akan protein, Ca dan P. Leguminose memiliki bintil-bintil akar yang berfungsi dalam pensuplai nitrogen, dimana di dalam bintil-bintil akar inilah bakteri bersimbiosis, bertempat tinggal dan berkembang biak serta melakukan kegiatan fiksasi nitrogen bebas dari udara. Itulah sebabnya penanaman campuran merupakan sumber protein dan mineral yang berkadar tinggi dan juga  memperbaiki kesuburan tanah.

Tanaman inang mendapatkan senyawa nitrogen dari bakteri untuk melangsungkan kehidupannya sedangkan bakteri mendapatkan zat hara yang kaya energi dari tanaman inang. Sehingga terjadi simbiosis antara tanaman dan bakteri yang saling menguntungkan untuk kedua pihak. Bakteri jenis Rhizobium adalah bakteri penambat nitrogen yang terdapat didalam akar kacang-kacangan. Jenis bakteri ini masuk melalui rambut-rambut akar dan menetap dalam akar tersebut sehingga membentuk bintil pada akar yang bersifat khas pada kacang-kacangan.

Tanaman kacang-kacangan  atau leguminose akarnya mempunyai bintil-bintil berisi bakteri yang mampu menambat nitrogen udara, sehingga nitrogen tanah yang telah diserap tanaman dapat diganti. Simbiosis antara tanaman dan bakteri saling menguntungkan untuk kedua pihak. Bakteri mendapatkan zat hara yang kaya energi dari tanaman inang sedangkan tanaman inang mendapatkan senyawa nitrogen dari bakteri untuk melangsungkan kehidupannya. Bakteri penambat nitrogen yang terdapat di dalam akar kacang-kacangan adalah jenis bakteri Rhizobium.  Bakteri ini  masuk melalui rambut-rambut akar dan menetap dalam akar tersebut dan membentuk bintil pada akar yang bersifat khas pada kacang-kacangan (Ratna, 2007). Spesies pelopor yang baik pada tanah-tanah yang miskin atau baik untuk pupuk hijau.

Proses Interaksi Simbiosis Mutualisme

Proses interaksi simbiosis antara bakteri pengikat nitrogen (Rhizobium) dengan tumbuhan leguminose yaitu diawali dari masuknya bakteri Rhizobium ke dalam akar utama atau cabang akar melalui akar rambut. Proses masuknya Rhizobium sampai ke korteks pada clovers dan lucerne  adalah dimulai dari bulu akar normal melepaskan senyawa organik terjadi akumulasi Rhizobium pada daerah perakaran. Selanjutnya terjadi perubahan senyawa triptofan menjadi asam indolasetat (Indole Acetic Acid) yang mengakibatkan perubahan bentuk pada bulu akar menjadi melingkar. Untuk membentuk organizer polisakarida bereaksi dengan penyusun sel bulu akar.

Penggabungan Rhizobium ke dalam dinding sel berperan dalam intussusceptions sehingga mengakibatkan terbentuknya lubang pada dinding sel bulu akar yang merupakan tempat terjadinya infeksi. Kemudian bakteri berbentuk batang menyusup ke dalam sel bulu akar yang dikendalikan oleh inti sel bulu akar, yang akhirnya bakteri Rhizobium masuk ke dalam korteks akar dan percabangannya.

Bakteri ini menggunakan enzim nitrogenase untuk menambat nitrogen dimana enzim ini akan menambat gas nitrogen di udara dan merubahnya menjadi gas amoniak dan kemudian mengubah asetylen menjadi ethylen. Hubungan antara tanaman dan mikroorganisme terjadi di daerah rizosfer, mikroorganisme dapat hidup dari substrat yang dikeluarkan oleh tanaman melalui akar  ataupun tanaman yang mati, disamping itu juga merangsang pengeluaran unsur hara dan dari akar dapat menghasilkan senyawa-senyawa yang mempercepat pertumbuhan.

Bintil akar merupakan suatu bentuk asosiasi antara akar tanaman legume dengan bakteri Rhizobium. Rhizobium memfiksasi N dari udara sebagai pemenuhan kebutuhan unsur N bagi pertumbuhan tanaman. Menurut ketahanan hidup Rhizobium di alam sangat tergantung pada kondisi tanah, terutama pH, kelembaban, bahan organik, dan lamanya jarak antara tanaman budidaya yang menjadi inangnya.

Apa itu Simbiosis Mutualisme dan contohnya ?

Mutualisme merupakan interaksi antara dua makhluk hidup yang hidup berdampingan serta saling menguntungkan satu sama lain, dan bersifat sangat spesifik dan tidak dapat digantikan perannya oleh spesies lain yang mirip. Simbiosis antara dua jenis organisme ini terjalin karena diantara makhluk hidup tersebut memerlukan makhluk hidup lain untuk mempertahankan kehidupannya atau dalam proses perkembangbiakan.

Simbiosis mutualisme merupakan asosiasi/ hubungan antara dua spesies atau sebuah populasi makhluk hidup yang keduanya saling ketergantungan dan saling menguntungkan.

Baca juga : Interaksi Ekologi

Contohnya bakteri Rhizobium sp. yang hidup pada bintil akar tanaman putri malu.