Praktikum Virtual Spirometer: Volume Paru-paru dan Ventilasi

Praktikum virtual spirometer ini mencakup pengukuran volume paru-paru dalam Biologi IB, A-level, dan IGCSE. Siswa bernapas ke spirometer virtual, membaca volume tidal, volume cadangan inspirasi dan ekspirasi, serta kapasitas vital dari rekaman, lalu menghitung ventilasi paru-paru saat istirahat dan saat berolahraga. Setelah itu mereka membandingkan paru-paru sehat dengan asma dan menutup praktikum dengan uji air kapur pada udara hirupan dan udara embusan. Tidak ada yang berbagi corong mulut, dan setiap angka di bawah dibaca dari simulasi.

Keterkaitan dengan kurikulum

• IB Biology B3.1 (pertukaran gas): pengukuran volume paru-paru, termasuk volume tidal, kapasitas vital, dan volume cadangan, serta frekuensi ventilasi.
• AQA A-level Biology 7402, bagian 3.3.2: ventilasi paru-paru = volume tidal × frekuensi ventilasi, dan menafsirkan data spirometer, termasuk pada penyakit paru-paru.
• Cambridge IGCSE Biology 0610, topik 11.1: pengaruh aktivitas fisik terhadap frekuensi dan kedalaman napas, serta air kapur sebagai uji karbon dioksida pada udara hirupan dan udara embusan.

Simulic tidak berafiliasi dengan IB, AQA, maupun Cambridge dan tidak didukung oleh ketiganya.

Sebelum praktikum (5 menit)

Tanyakan: "Seorang siswa sehat beralih dari istirahat ke olahraga sedang. Apa yang terjadi pada volume tidal dan frekuensi napasnya?" Pada tautan kelas, ini adalah pertanyaan 1; simulasi terbuka setelah siswa menjawab.

Langkah kerja dalam simulasi

1. Buka tab Spirometer. Atur Paru-paru ke Sehat, biarkan Perokok tidak dicentang, dan atur Aktivitas ke Istirahat.
2. Tunggu tiga tarikan napas tenang. Baris di bawah rekaman lalu menunjukkan volume tidal (TV), frekuensi napas, dan ventilasi paru-paru.
3. Tekan Tarik napas penuh, lalu embuskan habis (VC). Setelah tombol dapat dipakai lagi, tekan Ekspirasi paksa (FEV₁), lalu Catat hasil. Salin IRV, ERV, dan VC dari baris di bawah rekaman.
4. Atur Aktivitas ke Olahraga sedang dan ulangi langkah 2–3, lalu lakukan dengan Olahraga berat.
5. Atur Paru-paru ke Asma (bronkokonstriksi) dan Aktivitas ke Istirahat, lalu ulangi.

Orang	Frekuensi (per menit)	TV (L)	Ventilasi (L/menit)	IRV (L)	ERV (L)	VC (L)	FEV₁/FVC (%)
Sehat, istirahat
Sehat, sedang
Sehat, berat
Asma, istirahat

Hasil yang diharapkan

Setiap pembacaan spirometer mengandung galat acak beberapa persen, jadi nilainya berupa rentang dari beberapa percobaan di peramban.

Orang	Frekuensi	TV (L)	Ventilasi (L/menit)	IRV (L)	ERV (L)	VC (L)	FEV₁/FVC
Sehat, istirahat	14	0,49–0,52	6,8–7,2	3,0–3,2	1,2	4,67–4,87	81–82 %
Sehat, sedang	22	1,58–1,64	34,7–35,8	2,3–2,4	0,8	4,68–4,80	82–83 %
Sehat, berat	31	2,50	77,0	1,5–1,6	0,7	4,80–4,84	81 %
Asma, istirahat	20	0,44–0,46	8,8–9,2	2,8–2,9	0,9	4,13–4,21	60 %

• Olahraga menaikkan kedalaman dan frekuensi napas: ventilasi naik sekitar lima kali dari istirahat ke olahraga sedang. Kapasitas vital tetap; tambahan volume tidal diambil dari volume cadangan.
• Asma hampir tidak mengubah VC, tetapi FEV₁ turun menjadi 2,3–2,5 L, sehingga FEV₁/FVC turun ke 60 %: pola obstruktif. Saat olahraga berat, simulasi melaporkan bahwa tubuh membutuhkan 92 L/menit, tetapi paru-paru hanya mampu berventilasi 71 L/menit.
• Seorang perokok yang sehat memberi FEV₁/FVC = 76 %.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Dari istirahat ke olahraga sedang, apa yang terjadi pada volume tidal dan frekuensi napas?
2. Pengaturan apa yang harus tetap sama saat Anda membandingkan istirahat dan olahraga?
3. Berapa kapasitas vital orang sehat saat istirahat?
4. Berapa kali lebih besar ventilasi saat olahraga sedang dibandingkan saat istirahat?
5. Jelaskan mengapa volume tidal dan frekuensi napas sama-sama naik saat berolahraga.

Jawaban untuk guru: (1) Keduanya naik. (2) Paru-paru (Sehat) dan Perokok (tidak dicentang); hanya Aktivitas yang berubah. (3) Terima 4,6–5,0 L. (4) Terima 4,5–5,5; sebagian besar kelompok mendapat sekitar 5. (5) Otot yang berkontraksi berespirasi lebih cepat, sehingga membutuhkan lebih banyak oksigen dan menghasilkan lebih banyak karbon dioksida. Napas yang lebih dalam dan lebih cepat menaikkan ventilasi, sehingga gradien konsentrasi di alveolus tetap curam.

Miskonsepsi umum

• "Kapasitas vital bertambah saat olahraga." VC tetap; volume tidal hanya mengambil bagian yang lebih besar darinya.
• "Mengembuskan napas selalu memakai otot." Ekspirasi tenang terjadi karena daya lenting elastis paru-paru. Hanya ekspirasi paksa yang memakai otot antartulang rusuk dalam dan otot perut.
• "Asma membuat paru-paru lebih kecil." VC hampir tidak berubah. Udara keluar perlahan melalui saluran napas yang menyempit, sehingga FEV₁ turun.
• "Udara embusan sebagian besar berupa karbon dioksida." Tabel di simulasi menunjukkan sekitar 4 % CO₂ dan 16 % O₂ dalam udara embusan.

Pengayaan

• Praktikum air kapur: buka Praktikum air kapur, pilih Kecepatan ×30, lalu tekan Mulai bernapas. Saat istirahat, tabung B (udara embusan) menjadi keruh setelah 21–23 s, sedangkan tabung A (udara hirupan) masih jernih setelah 900 s. Setelah olahraga sedang, tabung A menjadi keruh setelah 613–648 s; setelah olahraga berat, setelah 295–314 s.
• Model sungkup kaca: pada Mekanisme pernapasan, ubah Model ke Sungkup kaca dan daftarkan hal-hal yang tidak dapat ditunjukkan model itu.

Pertanyaan umum

Bisakah tautan kelas langsung terbuka di spirometer?

Bisa. Di halaman Bagikan, tetapkan Layar ke "Spirometer" pada nilai awal tautan. Anda juga bisa menetapkan Paru-paru, Perokok, dan Aktivitas. Jika tidak, langkah 1 meminta siswa membuka tab tersebut.

Mengapa tombol VC berwarna abu-abu?

Spirometer sedang merekam satu tarikan napas. Tunggu sampai rekaman kembali ke napas tenang; tombol yang ditekan selama perekaman diabaikan.

Bisakah siswa mengukur volume residu?

Tidak. Spirometer hanya merekam udara yang masuk dan keluar, jadi volume residu (RV) pada rekaman adalah perkiraan, seperti dijelaskan catatan di bawah simulasi.

Simulasi dan panduan terkait

Sistem peredaran darah dan pernapasan – denyut jantung saat beraktivitas Jalur respirasi sel – glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus Krebs, rantai transpor elektron dan fermentasi

Untuk uji karbon dioksida dan gas lainnya, lihat praktikum virtual uji gas. Untuk mengukur respirasi itu sendiri, lihat praktikum virtual respirometer.