Tinjauan Pustaka

Struktur Tulang, Otot dan Mekanisme Kontraksi-Relaksasi Otot

Alvin Wijaya RustamNIM : 102011239Kelompok D9AlvinWijayaa@yahoo.com

Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida WacanaJalan Arjuna Utara no. 6 Jakarta

PendahuluanTulang adalah penopang tubuh kita, jika dalam tubuh kita tidak terdapat tulang, kita tidak akan dapat berdiri. Tulang dalam tubuh kita mulai terbentuk sejak janin ( ketika masih dalam kandungan). Selain tulang, bagian dari tubuh kita yang terbentuk sejak lahir adalah otot dan syaraf. Otot adalah sebuah jaringan dalam tubuh kita yang tugas utamanya adalah untuk kontraksi, otot dalam tubuh kita diklasifikasikan menjadi tiga jenis yaitu, otot lurik, otot jantung dan otot polos. Jika didalam tubuh kita hanya terdapat tulangnya saja atau rangka tubuhnya saja, tubuh kita hanya dapat berdiri tegak tetapi tidak bisa bergerak, jika dalam tubuh kita terdapat tulang (rangka) dan otot yang fungsinya untuk berkontraksi pun tetap tidak dapat digerakan, maka didalam tubuh kita terdapat juga saraf yaitu serat-serat yang menghubungkan organ-organ tubuh dengan sistem saraf pusat. Jadi untuk dapat menggerakan tubuh kita, kita butuh saraf yang berfungsi sebagai pembawa sinyal sensorik (perasa) dan motorik (penggerak), karena itu saya akan membahas lebih lanjut tentang tulang, otot, dan sedikit tentang saraf.1

TulangTulang-tulang yang terdapat dalam tubuh terdiri dari tulang-tulang yang bervariasi berdasarkan besar kecil dan bentuknya, tetapi mereka memiliki struktur dan fungsi yang kurang lebih sama. Tulang diklasifikasikan berdasarkan bentuknya terbagi menjadi 4 yaitu, long bones, short bone, flat bones, irregular bones, dan sesamoid bones. Tulang terdiri dari tulang padat yaitu lapisan luar yang keras dan padat yang menutupi seluruh tulang, tulang spongiosa yaitu tulang yang berbentuk sarang lebah berada didalam tulang padat, dengan batang tulang tersusun dalam pola yang memungkinkan untuk menahan berat dan tekanan pada bagian tulang tertentu.2Pada kedua ujung tulang panjang terdapat daerah yang berbatasan dengan sendi yang disebut dengan epifisis, dan bagian yang terdapat diantara epifisis disebut dengan diafisis yang berbentuk silinder dan tersusun dari tulang kompak. Membran fibrus padat yang menyelimuti tulang disebut dengan periosteum.3Secara mikro, sel tulang disebut dengan osteosit yang berada di ruangan dalam tulang yang sempit yaitu lakuna yang membentuk lingkaran disekitar kanal haversian. Osteosit berfungsi sebagai pentransport nutrisi dan sisa-sisa metabolisme. Pada tulang kompak, osteosit dan matriks interselular secara konsentris berkerumun disekeliling sebuah pusat kanal membentuk sebuah unit yang disebut sebagai osteon yang terkadang disebut sebagai sistem haversian, unit-unit ini berkumpul dan membentuk substansi dari tulang kompak. Tulang spongiosum juga tersusun atas osteosit dan matriks interselular tetapi tulang spongiosum tidak mengelilingi pusat kanal yang terdapat pada bagian tengah tulang, tulang spongiosum terletak lebih menjorok ke bagian luar daripada tulang.4 Selain osteosit ada juga sel tulang yang disebut dengan osteoblas (sel tulang yang masih muda), dan osteoklas yaitu sel yang berfungsi untuk menghancurkan tulang.Pergelangan tangan dan tangan itu sendiri tersusun oleh beberapa komponen tulang antara lain: 1. Tulang panjang yaitu os humerus, os ulna, dan os radius, 2. Tulang pendek yaitu os carpal, os metacarpal, dan tulang jari yang disebut phalanx. Tulang pada carpal tersusun atas beberapa tulang lagi yaitu os hamatum, os lunatum, os capitatum, os scaphoideum, os pisiform, os triquetrum, os trapezium, os trapezoideum.

OtotSistem muskular terdiri dari sejumlah otot yang bekerja secara sadar (voluntary) dan bekerja secara tidak sadar (involuntary), otot-otot voluntary biasanya melekat pada tulang rawan, ligamen, kulit atau melekat pada otot lain melalui struktur fibrosa yang disebut tendon. Secara makroskopis otot dibedakan menjadi tiga, yaitu otot polos, otot rangka, dan otot jantung. Otot polos dan otot jantung bekerja secara involuntary (tidak dapat kita kendalikan), sedangkan otot rangka bekerja secara voluntary (dapat dikendalikan).Secara mikroskopis otot rangka(skelet) tersusun atas yang berbentuk silindris panjang dan ujung tumpul, pada otot terdapat membran sel yang disebut sarkolema, sarkolema terdiri dari membrane sel yang sebenarnya disebut membran plasma, dan sebuah lapisan luar yang terdiri dari satu lapisan tipis polisakarida yang mengandung beberapa serabut kolagen, pada ujung serabut otot, lapisan luar sarkolema ini bersatu dengan serabut tendo, dan serabut-serabut tendo akan berkumpul dalam berkas yang membentuk tendo otot dan kemudian menyisip ke dalam tulang. Setiap serabut otot mengandung beberapa ratus sampai beberapa ribu miofibril, tiap miofibril yang terletak berdampingan mempunyai kira-kira 1500 filamen miosin dan 3000 filamen aktin yang merupakan molekul polimer besar yang bertanggung jawab untuk terjadinya kontraksi otot. Filamen yang tebal adalah miosin dan filamen yang tipis adalah aktin, kedua filamen ini saling bertautan sehingga menyebabkan miofibril selang-seling mempunyai pita yang terang dan yang gelap. Pita-pita yang terang yang hanya mengandung filamen aktin aktin disebut pita I, karena mereka terutama bersifat isotropik terhadap cahaya yang dipolarisasikan, sedangkan pita-pita yang gelap yang mengandung filamen disebut juga pita A karena bersifat anisotropik terhadap cahaya, disamping filamen miosin terdapat juga penonjolan-penonjolan kecil yang disebut jembatan penyebrang, mereka menonjol dari permukaan sepanjang filamen miosin kecuali pada bagian tengah. Interaksi antara jembatan penyeberang dan filamen aktin menyebabkan terjadinya kontraksi.Dalam sarkoplasma juga terdapat banyak retikulum sarkoplasma, retikulum sarkoplasma ini mempunyai organisasi yang khusus yang sangat penting dalam pengaturan kontraksi otot,tipe otot yang dapat berkontraksi dengan cepat, mempunyai banyak retikulum sarkoplasma.4Filamen miosin terdiri dari banyak molekul miosin yang masing-masing mempunyai berat molekul kira-kira 480.000. Molekul miosin terdiri dari enam rantai polipeptida, dua rantai berat masing-masing kira-kira 200.000 dan empat rantai ringan dengan berat molekul masing-masing kira-kira 20.000. dua rantai berat saling melilit untuk membentuk heliks ganda, tetapi salah satu ujung dari rantai berat tadi melekuk menjadi sebuah masa protein globuler yang disebut kepala miosin, ujung yang lain daro heliks yang melilit disebut ekor. Empat rantai ringan tersebut juga merupakan bagian dari kepala miosin dua rantai pada setiap kepala, rantai-rantai rngan ini membantu mengatur fungsi dari kepala selama proses kontraksi.Filamen aktin juga sedikit kompleks, karena terdiri dari tiga komponen yang berbeda yaitu aktin, tropomiosin dan troponin. Tulang punggung aktin adalah suatu molekul protein F-aktin untiran ganda, kedua untiran membelit dalam suatu heliks dengan cara yang sama seperti molekul miosin, tetapi dengan perputaran yang sempurna setiap 70nanometer. Setiap untiran dari heliks tersebut F-aktin ganda terdiri dari molekul G-aktin yang di polimerisasikan yang masing-masing mempunyai berat molekul 42.000, pada setiap perputaran dari setiap untiran heliks terdapat kurang lebih 13 molekul, dan pada setiap molekul G-aktin melekat satu molekul ADP.Filamen aktin juga mengandung dua untiran protein tambahan yang meruakan polimer molekul tropomiosin, setiap molekul mempunya berat molekul 70.000 dan memanjang sepanjang 40 nanometer, diduga bahwa setiap untiran tropomiosin melekat longgar pada untiran F-aktin dan bahwa pada stadium istirahat tropomiosin menutupi bagian aktif dari tali aktin sehingga tidak dapat terjadi interaksi antara aktin dan miosin yang menimbulkan kontraksi.Pada filamen aktin juga terdapat tiga molekul protein globuler yang disebut troponin yang melekat pada setiap molekul tropomiosin kira-kira panjangnya dua pertiga molekul tropomiosin. Dalam troponin terdapat tiga protein globuler yaitu yang memiliki afinitas yang kuat terhadap aktin (troponin I), yang memiliki afinitas terhadap miosin (troponin T), dan yang memiliki afinitas terhadap ion-ion kalsium (troponin C). Afinitas troponin yang besar terhadap ion-ion kalsium diduga mencetuskan proses kontraksi.4

SarafSebelum otot berkontraksi / bergerak, kita harus tau siapa penggerak daripada otot tersebut. Pergerakan yang terjadi pada otot disebabkan oleh saraf, yang membawa rangsang motorik untuk melakukan gerakan, dan rangsang sensorik untuk merespon terhadap sesuatu. Jaringan dasar sistem saraf adalah neuron, bentuk yang paling besar adalah badan sel. Ukuran neuron bervariasi sesuai posisi sel dan fungsinya, neuron yang memiliki banyak cabang disebut neuron multipolar, tipe lain memiliki satu tonjolan bercabang dua, yang satu menuju ke sistem saraf pusat yang disebut akson, dan yang lain menghantarkan impuls dari organ ke sel, sel ini disebut neuron unipolar. Neuron bipolar memiliki dua tonjolan, yang satu merupakan dendrit yang menghantarkan impuls ke sel, dan yang lain adalah akson yang membawa impuls dari sel. Akson dan beberapa dendrit dikelilingi oleh lapisan lemak tipis, yang tersusun atas mielin yang terdapat pada lapisan luar jaringan penyambung yang disebut neurilema. Saraf yang memiliki mielin sering juga disebut dengan saraf bermielin.5

Potensial AksiUntuk dapat terjadinya pergerakan, tubuh kita butuh penggerak yaitu impuls dari saraf, dalam saraf ada dua tipe potensial yaitu potensial reseptor, dan potensial aksi. Potensial reseptor adalah potensial listrik yang dihasilkan diujung distal neuron aferen setelah stimulasi listrik atau kimia, sel khusus pada organ sensorik menghasilkan potensial reseptor yang mengaktivasi neuron sebagai respons terhadap sentuhan, penglihatan, bau, atau rasa. Potensial reseptor adalah potensial berjenjang (tidak berlaku hukum All or None) , ketika potensial reseptor mencapai badan sel, jika cukup besar untuk menyebabkan badan sel mendepolarisasi sampai firing level(batas ambang), neuron akan mendorong potensial aksi.Potensial aksi sendiri adalah perubahan cepat pada potensial membran suatu neuron atau sel otot. Potensial aksi terjadi apabila depolarisasi cukup besar untuk menyebabkan membukanya gerbang natrium peka-voltase (voltage gated) pada sel, yang terdapat disepanjang membran. Setelah gerbang tersebut terbuka, ion natrium masuk ke dalam sel, menyebabkan muatan didalam sel dengan cepat menjadi lebih positif, yang akan mencapai sekitar +30 mV di sel saraf, ketika sel menjadi lebih positif gerbang natrium pun tertutup, dan pada saat ini pintu kalium yang juga dipengaruhi oleh perubahan potensial membrane terbuka sehingga memungkinkan ion kalium menyerbu keluar sel yang menyebabkan sel kembali bermuatan negative di bagian dalamnya. Pada sel otot, potensial aksi juga membuka pintu kalsium. Potensial aksi berbeda dengan potensial reseptor dikarenakan amplitude atau durasi daripada potensial aksi tidak bervariasi (berlaku prinsip All or None).6

Mekanisme Kontraksi OtotKontraksi otot pada dasarnya terduru atas pengikatan dan pelepassan secara siklusbagian kaput S-1miosin dengan filamen F-aktin, proses ini juga dapat pula disebut sebagai pembuatan dan pemutusan jembatan-silang. Pengikatan aktin pada miosin diikuti oleh perubahan bentuk yang penting khususnya dalam kaput S-1 dan dapat menentukan nukleotida yang terdapat (ADP atau ATP). Perubahan ini menghasilkan cetusan kekuatan yang mendorong gerakan filamen aktin melewati filamen miosin, energi bagi cetusan kekuatan akhirnya akan dipasok oleh ATP yang dihidrolisis menjadi ADP dan Pi. Cetusan kekuatan itu sendiri terjadi akibat dari perubahan bentuk kaput miosin ketika ADP meninggalkannya.Kejadian biokimiawi yang terjadi selama satu siklus kontraksasi dan relaksasi otot dapat digambarkan dalam lima tahap sebagai berikut:71. Dalam fase relaksasi pada kontraksi otot, kaput S-1 miosin menghidrolisis ATP menjadi ADP + Pi , tetapi keduanya masih terikat. Kompleks ADP-Pi-miosin telah mendapatkan energi dan berada dalam bentuk energi tinggi.2. Kalau kontraksi distimulasi, maka aktin akan dapat terjangkau dan kaput S-1 miosin akan menemukannya dan mengikatnya serta membentuk kompleks aktin-miosin-ADP-Pi.3. Pembentukan kompleks ini meningkatkan Pi yang akan memulai cetusan kekuatan. Peristiwa ini diikuti oleh pelepasan ADP dan disertai dengan perubahan bentuk yang besar pada kaput miosin dalam hubungannya dengan bagian ekornya yang akan menarik aktin sekitar 10nm ke arah bagian pusat sarkomer, kejadian ini dinamakan cetusan kekuatan(power stroke). Setelah power stroke terjadi, kini miosin berada dalam keadaan berenergi rendah (kompleks aktin-miosin).4. Molekul ATP yang lain terikat pada kaput S-1 dengan membentk kompleks aktin-miosin-ATP.5. Kompleks miosin-ATP mempunyai afinitas yang rendah terhadap aktin, dan dengan demikian aktin akan dilepaskan. Tahapan terakhir ini merupakan komponen kunci relaksasi dan bergantung pada pengikatan ATP dengan kompleks aktin-miosin.Mekanisme Kontraksi Otot RangkaMekanisme kontraksi pada otot rangka adalah mekanisme yang berdasarkan pengaturan aktin. Seperti yang sudah dijelaskan, satu-satunya faktor yang potensial untuk membatasi proses pengaturan dalam siklus kontraksi otot kemungkinan adalah ATP. Sistem otot rangka dihambat ketika istirahat sehingga ketika beristirahat otot rangka tidak dapat berkontraksi, tetapi ketika otot rangka mau berkontraksi penghambat ini dihilangkan. Faktor penghambat otot rangka adalah sistem troponin I (inhibitor) yang terikat pada tropomiosin, dan F-aktin dalam filamen tipis. Dalam otot lurik tidak terdapat kontrol kontraksi kecuali sistem tropomiosin-troponin terdapat bersama-sama dengan filamen aktin dan miosin.Seperti yang sudah saya jelaskan diatas TpI (Troponin I) berfungsi untuk mencegah pengikatan kaput miosin dengan tempat pelekatan F-aktin melalui perubahan bentuk F-aktin via molekul tropomiosin melalui pengguliran tropomiosin kedalam posisi yang merintangi langsung tempat melekatnya kaput miosin pada F-aktin. Cara tersebut mencegah pengaktifan enzim ATPase pada miosin yang terjadi dengan perantaraan pengikatan kaput miosin dengan F-aktin.Dalam sarkoplasma otot rangka yang tengah istirahat, konsentrasi ion Ca2+ adalah 10-7 10-8 mol/L. keadaan istirahat tercapai karena ion Ca2+ dipompakan ke dalam retikulum sarkoplasma lewat kerja sistem pengangkutan aktif yang dinamakan Ca2+ ATPase, yang memulai relaksasi. Didalam retikulum sarkoplasma ion Ca2+ terikat pada protein pengikat-Ca2+ yang spesifik yang dinamakan kalsekuestrin. Sarkomer dikelilingi oleh membran yang dapat tereksitasi (sistem tubulus T) yang tersusun dari saluran transversal yang berhubungan erat dengan retikulum sarkoplasma. Ketika membrane sarkomer tereksitasi oleh impuls saraf, sinyal yang timbul disalurkan kedalam sistem tubulus T, dan saluran pelepasan ion Ca2+ dalam retikulum sarkoplasma di sekitarnya akan terbuka dengan cepat serta melepaskan ion Ca2+ ke dalam sarkoplasma dari ret.sarkoplasma. konsentrasi Ca2+ dalam sarkoplasma meningkat dengan cepat hingga mencapai 10-5 mol/L. Ca2+ yang dikeluarkan diikat oleh troponin C dalam filamen tipis, kompleks TpC-4Ca2+ berinteraksi dengan TpI dan TpT untuk mengubah interaksinya dengan tropomiosin ini. Jadi, tropomiosin hanya keluar dari jalannya atau mengubah bentuk F-aktin, sehingga kaput miosin ADP-Pi dapat berinteraksi dengan F-aktin untuk mengawali siklus kontraksi.7

PenutupDapat diasumsikan bahwa kesulitan menggenggam pada jari tangan dapat disebabkan oleh kelelahan pada otot jari tangan yang kontraksi terus-menerus, kurangnya asupan ATP pada otot pergelangan tangan dan tertimbunnya asam laktat pada otot tersebut.

Daftar Pustaka1. Wikipedia 2. Gibson J. Fisiologi dan Anatomi Modern untuk Perawat. Edisi ke-2. Jakarta: EGC;2002:10-2.3. Butler, Shier, Lewis. Human Anatomy and Physiology: List of Clinical Application. 9th edition. New York: Hill Companies; 2001: 196-9.4. Guyton AC. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran. Edisi ke-11. Jakarta: EGC; 2007:154-72.5. Watson R. Anatomi dan Fisiologi untuk Perawat. Cetakan ke-11. Jakarta: EGC;2002:68-71.6. Corwin EJ. Buku Saku Patofisiologi. Edisi ke-3. Jakarta: EGC;2009:211-5.7. Murray RK. Biokimia Harper. Edisi ke-27. Jakarta: EGC; 2006:706-13.