FISIOLOGI OTOT
Detty Iryani
Bagian Fisiologi
SIFAT-SIFAT KHUSUS OTOT
Mudah terangsang (irritability)
Mudah berkontraksi (contractility)
Dapat melebar (extensibility)
Dapat diregang (elasticity)
JENIS OTOT
Otot rangka
Otot polos
Otot jantung
PERBEDAAN OTOT
Item
pembeda
Otot rangka
Otot polos
Otot jantung
Struktur
Bergaris lintang Tidak ada syncitium Polos Ada syncitium Bergaris lintang Ada syncitiumPersarafan
Saraf tepi Saraf otonom Saraf otonomFungsi
volunter involunter involunterLetak
Pada rangka Pada alat dalam,p.d. Pada jantung
FISIOLOGI ANATOMI OTOT RANGKA
Serat Otot Rangka:
Merupakan sel otot
Membran:
- sarkolema
Plasma:
- sarkoplasma
- retikulum sarkoplasmik
tempat ion Ca
→
mengontrol kontraksi
Di ujung otot:
- serat otot mengumpul menjadi tendon otot - sarkolema menyatu dengan serat tendon
Serat Otot Rangka (cont’d)
1.Serat otot terdiri atas ratusan-ribuan
miofibril
2.Miofibril terdiri atas ± 1500 filamen
miosin
dan
3000 filamen
aktin
3.Miofibril beruas-ruas:
- warna terang: aktin
→
I band
(isotropic)
- warna gelap: miosin
→
A band
(anisotropic)
- gambaran
striae (lurik)
4. Aktin dan miosin:
- overlap
Filamen aktin:
- Pita aktin F: double-strand
- Molekul aktin G: ditempeli ADP → ‘active site’ → interaksi dengan cross-bridge
- Molekul tropomiosin: berada di atas ‘active site’ → inaktif
- Kompleks troponin → 3 molekul protein:
• Troponin I: afinitas kuat dengan aktin
• Troponin T: afinitas kuat dengan tropomiosin
• Troponin C: afinitas kuat dengan ion Ca
Karakteristik Molekular Filamen Kontraktil
Filamen mosin
- Kepala dari cross-bridges
miosin mengandung
ATP-ase
Filamen aktin
Filamen miosin
Mekanisme Umum Kontraksi Otot
1.
Potensial aksi dari syaraf motorik
sampai ke
neuro-muscular junction (end-plate)
→
potensial end-plate
2.
Sekresi neurotransmitter asetilkolin
dari ujung syaraf
3.
Acetylcholine-gated channel
di membran otot
terbuka
4.
Ion Na masuk ke dalam serat otot
→
potensial aksi
5.
Potensial aksi
menyebar di sepanjang membran
serat otot
6. Timbul
depolarisas
i sampai ke
retikulum sarkoplasmik
→
ion Ca di lepaskan
ke miofibril
7. Ion Ca menginisiasi proses
atraksi aktin dan miosin
→
sliding aktin dan miosin
→
kontraksi
8.
Pompa Ca mengembalikan ion
Ca ke retikulum
sarkoplasmik
→
kontraksi berhenti (relaksasi)
Interaksi miosin,
filamen aktin, dan ion
Ca menyebabkan
kontraksi
Mekanisme Molekular Kontraksi Otot
Filamen miosin Filamen aktin Active sites Power stroke Hinges Movement
¾ Inhibisi filamen aktin oleh kompleks troponin-tropomiosin ¾ Aktivasi filamen aktin oleh ion Ca
¾ Interaksi filamen aktin aktif dengan cross-bridges miosin →
Teori kontraksi ‘walk along’ atau teori ‘ratchet’
¾ ATP sebagai sumber energi kontraksi → Peristiwa kimia pada
Peristiwa kimia pada gerakan kepala miosin
1. Sebelum kontraksi dimulai: kepala ‘cross-bridge’ berikatan dengan ATP. ATP-ase segera memecah ATP → terbentuk ADP dan Pi yang melekat di kepala ‘cross-bridge’
2. Kompleks troponin-tropomiosin berikatan dengan ion Ca →
‘active site’ pada filamen aktin terbuka (uncovered), sehingga dapat berikatan dengan kepala miosin
3. Ikatan antara ‘cross-bridge’ dengan ‘active site’ filamen aktin
→ kepala ‘cross-bridge’ bergeser di ‘active site’ →
menimbulkan ‘power stroke’ dan menarik filamen aktin, menggunakan energi dari ATP
4. Begitu kepala ‘cross-bridge’ bergeser → maka ADP dan Pi terlepas dari kepala dan di tempat itu berikatan ATP baru, sehingga kepala ‘cross-bridge’ terlepas dari aktin
5. ATP berikatan → ‘power stroke’ dan seterusnya sampai
Energi Kontraksi Otot
Pemakaian energi pada kontraksi otot
Supply energi:
ATP
yang digunakan untuk
-
sliding
aktin-miosin (terutama)
- memompakan ion Ca dari sarkoplasma
kembai ke dalam retikulum sarkoplasmik
setelah kontraksi selesai
Energi Kontraksi Otot
Sumber energi
-
Konsentrasi ATP di dalam serat otot: 4 milimolar
→
hanya cukup untuk kontraksi selama 1-2 detik
- ADP dari pemecahan ATP segera di reposforilasi
menjadi ATP
- Sumber energi untuk reposforilasi:
> posfokreatin (konsentrasi hanya 5xATP
→
memperpanjang kontraksi sampai 5-8 detik)
> glikolisis: glikogen otot
→
asam piruvat dan asam laktat
> metabolisme oksidatif: >95% dari seluruh energi yang
Hutang oksigen:
- Dalam keadaan normal, tubuh mempunyai cadangan O2 ± 2 L untuk metabolisme aerobik yang terdiri atas:
- 0,5 L di dalam udara paru
- 0,25 L terlarut di dalam cairan tubuh - 1 L berikatan dengan Hb
- 0,3 L berikatan dengan mioglobin
- Pada exercise berat, semuanya terpakai dalam 1 menit untuk metabolisme aerobik
- Setelah exercise selesai:
> cadangan O2 harus diganti kembali melalui respirasi > diperlukan 9 L tambahan O2 untuk penggantian
sistem posfagen dan sistem laktat
Karakteristik Kontraksi Otot
Kontraksi
isometrik
:
Sewaktu kontraksi:
-
Panjang otot tetap
(tidak terjadi
pemendekan otot)
- Tonus otot meningkat
Stimulating electrode Electronic force transducer Ke electronic recordr
Karakteristik Kontraksi Otot
(cont’d)
Kontraksi
isotonik
:
Sewaktu kontraksi:
- Otot memendek
-
Tonus otot tetap
Stimulating electrode
Kimograf otot
Karakteristik Kontraksi Otot
(cont’d)
Serat otot cepat
- Ukuran serat besar
- Perlu banyak ion Ca →
retikulum sarkoplasmik ekstensif,
- Metabolisme utama non-oksidatif (anaerobik) →
> Jumlah enzim glikolitik banyak,
> Suplai darah sedikit, > Mitokondria sedikit > Mioglobin sedikit →
warna otot lebih pucat
Serat otot lambat
- Ukuran serat lebih kecil
- Metabolisme utama oksidatif
→ perlu banyak O2 →
> Suplai darah banyak > Mitokondria banyak > Mioglobin banyak →
warna otot lebih merah
↓ ↓ ↓
Kontraksi jangka lama
z
z
Karakteristik kontraksi berbagai serat otot:
Karakteristik kontraksi berbagai serat otot:
Mekanika Kontraksi Otot Rangka
Unit motorik (motor unit),
adalah:
Semua serat otot yang disyarafi oleh satu
serat syaraf motorik yang sama
→
- Otot cepat dan gerakan halus: sedikit jumlah
serat otot dalam satu motor unit
- Otot lambat dan gerakan kasar: banyak jumlah
serat otot dalam satu motor unit
Serat-serat otot dari suatu unit motorik
interdigitasi (overlapping)
dengan
serat-serat otot dari motor unit yang lain
Mekanika Kontraksi Otot Rangka
(cont’d)
Sumasi kontraksi :
1. Sumasi serat
- Size principle:
signal lemah akan menimbulkan
kontraksi otot dalam unit motorik kecil, tetapi
begitu kekuatan signal telah meningkat, maka
unit motorik besar akan ikut berkontraksi, sebab:
> unit motorik kecil di syarafi oleh serat syaraf
motorik kecil pula, dan
> neuron motorik (motoneuron) kecil di medula
spinalis lebih
excitable
Mekanika Kontraksi Otot Rangka
(cont’d)
Sumasi kontraksi:
2. Sumasi frekuensi
→
tetanisasi
- Peningkatan frekuensi →
level kritis → kontraksi menyatu → tetanisasi
kemudian tinggi kontraksi tidak lagi bertambah
- Penyebabnya: kadar ion Ca di dalam sarkoplasma di antara potensial aksi tetap tinggi, karena tidak sempat relaksasi
Kekuatan kontraksi otot
Kecepatan stimulasi
l l l l l l l l l l l 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
tetanisa si
Mekanika Kontraksi Otot Rangka
(cont’d)
Tonus otot rangka:
-
Disebabkan oleh sejumlah impuls yang terus
menerus dikirimkan dari medula spinalis
- Dikontrol oleh:
> impuls dari otak ke neuron motorik
anterior medula spinalis
> impuls dari
muscle spindle
ke medula
Mekanika Kontraksi Otot Rangka
(cont’d)
Kelelahan otot:
-
Otot yang berkontraksi kuat secara terus
menerus
→
kelelahan
- Penyebab:
> kehabisan cadangan glikogen
> transmisi signal melalui neuromuscular
junction berkurang
> gangguan aliran darah akan mempercepat
kelelahan karena gangguan suplai nutrien
terutama O2
Remodelling Otot
- Remodelling dilakukan terus menerus untuk
menyesuaikan dengan fungsi
- Dilakukan dalam waktu singkat (beberapa minggu)
↓ ↓ ↓
Hipertrofi otot:
- karena peningkatan filamen aktin dan miosin
- peningkatan sistem enzim
→
replacement >
penghancuran
Atrofi otot:
- otot yang tidak digunakan
→
replacement <
Penyesuaian panjang:
- Penambahan atau pengurangan sarkomer
Hiperplasia serat otot:
- Jarang terjadi
- Penambahan jumlah serat otot
- Menyertai hipertrofi
Efek denervasi:
- Signal kontraksi hilang
→
> atrofi> kontraktur (pemendekan)
Recovery pada poliomielitis:
→
kompensasi
- Terbentuk macromotor unit
←
penambahan akson
- 1 motorunit mensarafi banyak serat otot
Rigor Mortis
Kontraktur
yang terjadi beberapa jam
setelah meninggal
Penyebab:
hilangnya semua ATP
→
gagal
relaksasi otot
Rigor mortis hilang setelah 15 – 25 jam,
bila protein otot sudah mengalami
penghancuran akibat proses otolisis oleh
enzim lisosom
Proses otolisis lebih cepat pada temperatur
FISIOLOGI ANATOMI OTOT POLOS
Tipe Otot Polos:
Otot polos setiap organ berbeda:
- dimensi fisik
- organisasi sampai membentuk berkas / lembaran
- respons terhadap stimulus
- karakteristik persyarafan
- fungsi
↓ ↓ ↓
Ada 2 tipe:
- otot polos multi-unit
Otot polos multi-unit:
Serat ototnya terpisah, tidak menyatu Setiap serat otot bekerja secara terpisah Setiap serat otot disyarafi satu serat syaraf Contoh: m. ciliaris mata, m. erector pili
Otot polos single-unit:
Serat otot menyatu, membran selnya membentuk ‘gap
junction’ → penyebaran ion → potensial aksi
Berkontraksi bersamaan
Contoh: usus, saluran empedu, ureter, uterus, beberapa
pembuluh darah
Disebut juga otot polos singsisium atau otot polos viseral
Proses Kontraksi Otot Polos
Dasar kimia kontraksi otot polos:
> Filamen aktin dan miosin
> Tapi tidak ada kompleks troponin > Kontraksi diaktivasi oleh ion Ca > Energi kontraksi dari ATP → ADP
Dasar fisika kontraksi otot plos:
> susunan aktin miosin ≠ otot rangka > filamen aktin terikat ke ‘dense bodies’
> diameter filamen miosin ≥ 2x aktin > peran ‘dense bodies’ mirip dengan
peran ‘Z disc’ di otot rangka
Filamen
aktin Filamen miosin
Dense bodies
Proses kontraksi otot polos
Kekhasan otot polos visera :
ketidakmantapan potensial membrannya
dan adanya kontraksi yang
berkesinambungan, tidak teratu dan tidak
tergantung persarafan
Potensial membran tidak memiliki nilai
Otot jantung
Memiliki diskus interkalaris dan sistem T, yang
memudahkan penyebaran potensial aksi, seperti
sinsitium
Mempunyai miosin, aktin, tropomiosin dan
troponin dalam berbagai isoform, juga
mengandung distrofin
Potensial aksi dipertahankan oleh saluran kalsium
lambat
Memiliki masa refrakter absolut, sehingga otot
jantung tidak bisa mengalami tetani
Hubungan natar anjang serat otot dan tegangan
Referensi
Text Book of Medical Physiology (11
th) by Guyton
and Hall
Principles of Anatomy and Physiology
(Tortora,Principles of Anatomy and Physiology)
by
Gerard J. Tortora
and Bryan H. Derrickson
Ganong's Review of Medical Physiology, 23rd
Edition (LANGE Basic Science)
by Kim E. Barrett,
Susan M. Barman, Scott Boitano, and Heddwen
Brooks
