BAB I PENDAHULUAN
I.1 TINJAU PUSTAKASistem saraf
Sistem saraf adalah serangkaian organ yang kompleks dan bersambungan serta terdiri terutama dari jaringan saraf. Sistem saraf memiliki kemampuan iritabilitas (sensitivitas terhadap stimulus) dan konduktivitas (kemampuan mentransmisi suatu respons terhadap stimulus).
Sistem saraf terbagi menjadi dua yaitu sistem saraf pusat dan sistem saraf perifer (tepi). Sistem saraf pusat terdiri dari otak dan spinalis kordata. Sistem saraf perifer mengandung segala sesuatu yang lain, termasuk semua informasi sensorik yang menuju ke otak dan semua informasi yang keluar dari otak.
Gambar I.1.1 Sistem Saraf
Sistem saraf perifer terdiri dari saraf kranial dan saraf spinal yang menghubungkan otak dan medulla spinalis dengan reseptor dan efektor. Secara fungsional, sistem saraf perifer terbagi menjadi divisi aferen (pembawa impuls yang masuk ke sistem saraf pusat) dan divisi eferen (pembawa impuls turun dari sistem saraf pusat ke organ-organ).
Divisi eferen dibagi lagi atas saraf somatik dan saraf otonom. Saraf otonom mempersarafi otot polos dan otot jantung, kelenjar, organ dalam lain. Saraf otonom dibedakan atas saraf parasimpatik (kolinergik) dan saraf simpatik (adrenergik).
Gambar I.1.2 Saraf Simpatik dan Parasimpatik
Otot rangka
Otot rangka disebut juga otot lurik merupakan otot sadar yaitu otot yang bergerak di bawah kesadaran (memerlukan perintah). Otot rangka (skeletal muscle) dilekatkan ke tulang oleh tendon.
Potensial aksi terjadi melalui mekanisme :
1. Serabut saraf cukup terstimulasi, maka gerbang Na+ akan terbuka.
2. Ion Natrium bermuatan positif bergerak ke dalam sel, mengubah potensial istirahat (polarisasi) menjadi potensial aksi (depolarisasi) .
3. Potensial aksi sangat singkat, hanya bertahan kurang dari seperseribu detik.
4. Gerbang natrium kemudian tertutup, menghentikan aliran ion Na+ . Gerbang Kalium
membuka, menyebabkan ion K+ mengalir keluar sel dengan deras.
5. Repolarisasi (potensial balik) adalah pemulihan daya potensial untuk kembali pada keadaan istirahat.
a. Pompa natrium-kalium membantu pengembalian gradien konsentrasi ion asal yang melewati membran sel.
b. Pompa yang dijalankan dengan energi ini akan menghancurkan kelebihan ion Na+
yang memasuki sel dan mengembalikan ion K+ yang telah berdifusi keluar sel.
6. Respon all-or-none
a. Stimulus ambang untuk depolarisasi biasanya terjadi saat ada perubahan sekitar 15mV sampai 20mV dari keadaan potensial istirahat.
b. Begitu ambang depolarisasi tercapai, potensial aksi akan terbentuk. 7. Periode refraktori
a. Periode refraktori absolut, adalah waktu selama gerbang ion Na+ tertutup, dan
gerbang K+ masih terbuka, dan serabut saraf sama sekali tidak responsif terhadap
kekuatan stimulus lain.
b. Periode refraktori relatif adalah masa setelah masa refraktori absolut.
Stimulus ambang adalah voltase listrik minimum yang menyebabkan kontraksi serabut otot tunggal. Respon all or none adalah keadaan jika stimulus ambang telah tercapai, maka serabut otot akan merespons secara maksimal atau tidak sama sekali selama kondisi lingkungan serabut tidak berubah.
pengendalian kontraksi otot dengan kekuatan bervariasi terhadap frekuensi dan intensitas impuls saraf ke unit motorik.
Kedutan otot terdiri dari : periode laten yaitu waktu antara stimulus atau peristiwa kejutan dan peristiwa mekanisme kontraksi. Selama periode ini, serabut otot mengalami depolarisasi, ion kalsium dilepas dan reaksi kimia mulai berlangsung.
Periode kontraksi adalah waktu yang diperlukan otot untuk memendek. Periode relaksasi adalah waktu yang diperlukan otot untuk kembali ke panjang semula. Periode relaksasi berlangsung lebih lama dibanding periode kontraksi.
Gambar I.1.3 Siklus kedutan otot
Keseluruhan otot merespon secara bergradasi terhadap frekuensi dan intensitas impuls saraf ke unit motorik. Respon otot terdiri dari :
a. Sumasi gelombang adalah gabungan kedutan akibat stimulasi berulang. Stimulus diberikan secara berturut-turut dengan cepat sehingga kontraksi kedua pada otot dimulai sebelum kontraksi pertama selesai.
b. Kontraksi tetanik adalah keadaan saat frekuensi stimulus meningkat melebihi batas relaksasi otot, maka kontraksi akan bergabung menjadi kontraksi yang panjang dan kuat.
I.2 RUMUSAN MASALAH
1. Bagaimana kepekaan saraf perifer katak ?
2. Bagaimana pengaruh pembebanan terhadap kekuatan kontraksi dan kerja otot rangka ? (after loaded dan preloaded)
3. Bagaimana kontraksi tetani pada otot katak ?
I.3 TUJUAN
1. Mempelajari dan mengetahui kepekaan saraf perifer (nervus ischiadicus).
2. Mempelajari dan mengetahui kontraksi otot tetani (musculus gastrocnemius).
BAB II
METODE KERJA
II.1 SARANAAlat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah:
Statif + alat penulis + sekrup penyangga, tempat beban, papan fiksasi + jarum fiksasi, alat atau jarum penusuk, kimograf dan kertas grafik, stimulator listrik, larutan ringer, pipet, benang, dan katak.
III.2 PROSEDUR
III.2.1 PREPARASI KATAK
Untuk membuat sediaan saraf perifer (nervus ischiadicus) dan otot rangka (musculus gastrocnemius) dari hewan katak diperlukan 4 tahapan dengan rincian langkah – langkah sebagai berikut :
I. Merusak Otak dan Medula Spinalis
Tujuannya agar hewan coba (katak) tidak lagi merasa sakit. Disamping itu juga untuk menghilangkan pengaruh susunan sarap pusat yang dapat mengganggu jalannya percobaan.
Langkah – langkah yang dilakukan untuk merusak otak dan medula spinalis adalah :
1. Peganglah katak dengan tangan kiri sedemikian rupa, jari telunjuk diletakkan di bagian belakang kepala dan ibu jari di bagian punggung.
2. Tekanlah jari telunjuk saudara agar kepala katak sedikit merunduk, sehingga terdapat lekukan antara cranium dan columna vertebralis.
3. Tusukkan jarum penusuk pada lekukan tersebut dimana sela interspinalis lebar. Kemudian arahkan jarum ke dalam rongga tengkorak dan gerakan kian kemari untuk merusak otak katak. Setelah itu pindahkan arah jarum ke jurusan medulla spinalis. Putarkan jarum ke arah yang berlainan untuk merusak medula spinalis. Tanda bahwa jarum masuk ke dalam rongga dan merusak medula spinalis adalah kekejangan dari kedua oto kaki katak.
II. Membuat Sediaan Musculus Gastrocnemius
Setelah tindakan merusak otak dan medulla spinalis selesai, selanjutnya membuat sediaan musculus gastrocnemius dengan langkah – langkah sebagai berikut :
1. Guntinglah kulit tungkai bawah kanan melingkar setinggi pergelangan kaki. 2. Angkatlah kulit yang telah lepas ke atas dengan pinset.
4. Ikatkan tendo Achilles dengan benang yang telah di sediakan berupa ikatan mati yang kuat pada insertionya. Kemudian potonglah tendon Achilles tersebut pada bagian distal dari ikatan benang tersebut.
5. Bebaskan musculus gastrocnemius dari jaringan sekitarnya sampai mendekati persendian lutut (jangan memotong musculus gastrocnemius)..
6. Pasanglah ikatan benang yang kuat pada tulang tibia, fibula serta otot – otot yang melekat pada tulang tersebut (kecuali musculus gastrocnemius) kira – kira 5 mm dibawah lutut.
7. Potonglah tulang – tulang tibia, fibula serta otot – otot yang melekat pada tulang tersebut di bawah ikatan benang.
8. Kembalikan kulit tadi ke bawah sehingga menutupi kembali otot – otot gastrocnemius untuk melindunginya agar tidak kering.
9. Basahi sediaan ini setiap kali dengan larutan Ringer.
III. Membuat Sediaan Nervus Ischiadicus
1. Letakkan katak pada posisi tertelungkup, guntinglah kulit memanjang pada bagian paha belakang kanan sehingga ototnya terlihat.
2. Carilah nervus ischiadicus dengan cara memisahkan otot-otot pada daerah paha belakang menggunakan alat tumpul. Hati-hati jangan merusak pembuluh darah yang berjalan bersama-sama nervus ischiadicus.
3. Buatlah simpul longgar pada nervus ischiadicus dan kembalikan nervus tersebut di antara otot-otot.
IV. Mempersiapkan Sediaan Nervus Inchiadicus dan Musculus Gastrocnemius untuk Percobaan Selanjutnya.
1. Letakkan katak tertelungkup pada papan katak.
2. Fiksir kaki kanan, dengan lutut pada tepi bawah papan sehingga nantinya musculus gastocnemius dapat tergantung bebas.
3. Fiksir ketiga kaki yang lain, sehingga paha kanan dalam posisi tegak lurus untuk memudahkan pemasangan electrode perangsang.
4. Hubungkan tali pada ujung tendon Achiles dengan penulis.
5. Aturlah posisi penulis, tanda rangsang dan tanda waktu sehingga percobaan dapat berlangsung dengan benar.
III.2.2 KEPEKAAN SARAF PERIFER
Untuk mempelajari dan mengetahui kepekaan saraf perifer, lakukan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Siapkan sediaan nervus ischiadicus dan musculus gastrocnemius (langkah III.1). 2. Berikan rangsangan tunggal ( dengan menggunakan elektroda stimulator listrik) pada
sekitar 0,5 cm supaya gambaran alat penulis pada kertas kimograf tidak tumpang tindih.
3. Perhatikan apa yang tergambar oleh penulis pada kertas kimograf.
dengan melihat hasil yang tergambar pada kertas kimograf, tentukan besar : i. Rangsangan subliminal
III.2.3 PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP KEKUATAN KONTRAKSI DAN KERJA OTOT RANGKA
Pembebanan pada otot dapat dibagi menjadi 2, yaitu :
- Pembebanan yang diberikan pada saat otot kontraksi (after loaded) - Pembebanan yang diberikan sebelum oto kontraksi ( preloaded)
Kontraksi After Loaded
Tahapan dalam mengamati kontraksi after loaded sebagai berikut :
1. Aturlah sekrup penyangga sehingga ujung sekrup menyangga penulis dan garis dasar (baseline) penulis tidak berubah. Dengan demikian panjang otot tidak akan berubah (tidak direnggang oleh tempat beban maupun beban yang ditambahkan).
2. Dalam keadaan tanpa pengisian beban dengan kimograf dalam keadaan diam, rangsanglah nervus ischiadicus dengan rangsangan tunggal maksimal.
3. Beri beban 10 gram, putar kimograf ± 0,5 cm, interval waktu rangsang ± 30 detik kemudian beri rangsangan tunggal maksimal lagi.
4. Ulangi tindakan di atas dengan setiap kali menambah beban sebesar 10 gram hingga otot tidak dapat mengangkat beban lagi.
5. Dari hasil gambaran penulis pada kertas kimograf : a. Hitunglah kerja otot (W) untuk setiap pembebanan.
b. Buatlah grafik yang menggambarkan hubungan antara besar beban ( pada absis ) dengan besar kerja otot (pada ordinat)
c. Berilah penjelasan dan kesimpulan tentang grafik tersebut.
Kontraksi Preloaded
Tahapan dalam mengamati kontraksi preloaded sebagai berikut :
1. Longgarkan sekrup penyangga yang menyangga penulis sehingga musculus gastroenemius secara langsung menahan tempat beban. Aturlah letak penulis sehingga posisinya horizontal.
3. Beri beban 10 gram, putar kimograf ±0,1 cm, kembalikan penulis pada posisi horizontal, kemudian beri rangsangan tunggal maksimal lagi.
4. Ulangi tindakan diatas dengan setiap kali menambah beban 10 gram, sehingga otot tidak dapat mengangkat beban lagi.
5. Dari hasil gambaran penulis pada kertas kimograf : a. Hitunglah kerja otot (W) untuk setiap pembebanan
Kerja otot = beban x pemendekan otot
b. Buatlah grafik yang menggambarkan hubungan antara besar beban (pada absis) dengan besar kerja otot (pada ordinat).
c. Berikan penjelasan dan kesimpulan tentang grafik tersebut.
d. Bandingkan dan beri penjelassan mengenai perbedaan antara grafik pada kontraksi “after loade” dengan kontraksi “preload”.
III.2.4 KONTRAKSI TETANI
Untuk mempelajari dan mengetahui kontraksi tetani, lakukan langkah – langkah sebagai berikut :
1. Berikan rangsangan maksimal secara beruntun (multiple maximal stimulus, succesive maximal stimulus) dimulai dengan frekuensi rendah selama 3-5 detik, selanjutnya secara bertahap frekuensi rangsangan ditingkatkan dengan interval waktu sekitar 60 detik (untuk memberi istirahat yang cukup bagi otot) sampai terjadi “complete tetanic contraction” (kontraksi tetani lurus).
BAB III HASIL PRAKTIKUM
Tabel I. Data Kepekaan Saraf Perifer
Besar rangsangan subliminal = 0,01 X 0 V ( 0 cm)
Besar rangsangan liminal = 1 X 5 V (1,9cm)
Besar rangsangan supraliminal = 1 X 15 V (3,3cm)
Besar rangsangan submaksimal = 1 X 15 V (3,7cm)
Besar rangsangan maksimal = 1 X 20 V (4,4 cm)
Besar rangsangan supramaksimal = 1 X 25 V (7,1 cm)
Kontraksi “After Loaded”
(Musculus Gastrocnemius)
Beban (gram) Kontraksi (cm) Kerja (Joule)
10
20
30
40
0,6
0,2
0,15
0,1
10-2 X 6 X 10-3 = 6 X 10-5
2 X10-2 X 2 X 10-3 = 4 X 10-5
3 X 10-2 X 15 X 10-4 = 4,5 X 10-5
4 X 10-2 X 10-3 = 4 X 10-5
10 20 30 40
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
After Loaded
After Loaded
Kontraksi “Pre Loaded”
Beban (gram) Kontraksi (cm) Kerja (Joule)
10
20
30
1,1
0,8
0,4
10-2 X 11 X 10-3 = 11 X 10-5
2 X10-2 X 8 X 10-3 = 16 X 10-5
3 X 10-2 X 4 X 10-4 = 12 X 10-5
10 20 30
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Preloaded
Preloaded
Kontraksi Sumasi-Kontraksi Tetani
Frekuensi rangsangan
Mekanisme jalannya sistem saraf katak dimulai dengan stimulus yang diterima nervus ischiadicus kemudian diteruskan ke organ efektor yaitu otot musculus gastrocnemius.
Dalam percobaan pertama pada rangsangan 0,01 x 0 volt diperoleh nilai kontraksi 0 cm, kontraksi ini adalah besar rangsangan subliminal yaitu kontraksi yang disebabkan oleh rangsangan dengan intensitas lebih kecil dari nilai ambang (treshold) yang hanya mengakibatkan terjadinya respon berupa potensial lokal. Dengan rangsangan 1 x 5 V diperoleh nilai kontraksi 1,9 cm, kontraksi ini menjadi besar rangsangan liminal karena rangsangan ini menimbulkan potensial aksi yang telah mencapai nilai ambang. Kemudian rangsangan 1 x 10 V yang diberikan, menghasilkan kontraksi 3,3 cm, kontraksi ini menjadi besar rangsangan supraliminal karena intensitas rangsangannya melebihi rangsangan liminal. Rangsangan 1 x 15 V menghasilkan kontraksi 3,7 cm, yaitu besar rangsangan submaksimal
karena dapat mengaktifkan semua sel saraf. Rangsangan 1 x 20 V menghasilkan kontraksi 4,4 cm, yaitu besar rangsangan maksimal karena menjadi rangsangan terkecil yang dapat mengaktifkan semua sel saraf. Rangsangan 1 x 25 menghasilkan kontraksi 7,1 cm, yaitu rangsangan supramaksimal, karena memiliki intensitas lebih tinggi dari rangsangan maksimal. untuk menimbulkan potensial aksi maksimal.
Besar kontraksi ini terus meningkat seiring dengan besar rangsangan yang diberikan. Besar rangsangan dilihat dari awal pemberian rangsangan ( subliminal ) kemudian awal terjadinya kontraksi dan seterusnya, hingga didapat kontraksi akhir berdasarkan batas pemberian rangsangan yang menjadi besar rangsangan supramaksimal.
IV.2 PENGARUH PEMBEBANAN TERHADAP KEKUATAN KONTRAKSI DAN KERJA OTOT RANGKA
Pemberian pembebanan berpengaruh terhadap kontraksi otot dan kerja otot katak. Pengukuran besar kontraksi otot diukur dengan menggunakan kimograf.
a) Afterloaded
Afterloaded merupakan keadaan pembebanan yang diberikan pada saat otot selesai berkontraksi.. Kontraksi afterload pada musculus gastrocnemius terus menurun seiring bertambahnya beban, disebabkan otot tidak mampu menahan beban.
Pada pemberian beban sebesar 10 gram, otot berkontraksi sebesar 0,6 cm dan melakukan kerja sebesar 6 x 10-5 Joule. Pada pemberian beban sebesar 20 gram, kerja otot
meningkat menjadi sebesar 4 x 10-5 Joule. Pada saat pemberian beban sebesar 30 gram kerja
gastrocnemius sudah tidak mampu berkontraksi lagi, hal ini disebabkan karena terjadi kelelahan pada otot katak tersebut. Kelelahan tersebut disebabkan karena kurangnya ATP dan penumpukan asam laktat. Pembebanan sebesar 20 gram pada otot katak menunjukkan kerja otot yang maksimal, namun setelah ditambah beban menjadi 30, 40 gram kerja otot semakin menurun. Hal ini menunjukkan setelah adanya peningkatan pembebanan sampai kerja otot maksimal, maka kerja otot akan semakin menurun.
b) Preloaded
Preload adalah kontraksi yang terjadi dengan diberi beban terlebih dahulu sebelum dirangsang untuk berkontraksi.
Untuk kontraksi preloaded, ketika katak diberi beban 10 gram musculus gastrocnemius berkontraksi sebesar 1,1 cm dan melakukan kerja sebesar 11 x 10-5 Joule. Pada pemberian
beban sebesar 20 gram kontraksi meningkat menjadi 0,8 cm dengan kerja otot sebesar 16 x 10-5 Joule. Pada pemberian beban sebesar 30 gram kontraksi meningkat menjadi 0,4 cm
dengan kerja otot sebesar 12 x 10-5 Joule. Pada kontraksi preloaded musculus gastrocnemius
tidak dapat mengangkat beban akhir yang sama besar dengan yang dapat diangkut pada kontraksi afterloaded. Hal ini dikarenakan terjadi kelelahan otot pada katak tersebut. Kelelahan otot tersebut disebabkan karena kekurangan ATP dan penumpukan asam laktat.
IV.3 Kontraksi Otot Sumasi dan Tetani
Pada frekuensi rangsangan 0,2 x / detik sampai dengan 0,8 x / detik tidak terjadi kontraksi sumasi maupun tetani. Hal ini terjadi karena frekuensi rangsangan yang diberikan masih belum mampu mengaktifkan rangsangan sumasi dan tetani.
Pada frekuensi 1 x / detik hingga 4 x / detik terjadi rangsangan sumasi, disebabkan terjadi kontraksi yang teratur.
KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah kami lakukan, kami menyimpulkan bahwa :
1. Kontraksi otot terjadi karena adanya rangsangan. Rangsangan tersebut ditangkap oleh resptor sensorik yang kemudian mengubahnya menjadi impuls saraf. Setelah melalui reseptor, impuls saraf tersebut akan diteruskan ke saraf pusat melalui serangkaian potensial aksi. Kemudian setelah diolah dalam saraf pusat menjadi informasi, maka akan diteruskan ke efektor melalui saraf motorik
2. Tiap serabut otot memiliki ukuran stimulus ambang tertentu yang dapat dilihat dari besarnya rangsangan liminal
3. Kontraksi sumasi berlangsung pada frekuensi rangsangan dimana otot rangka masih dapat berelaksasi (grafik akan terbentuk secara teratur)
4. Frekuensi rangsangan yang begitu tinggi tanpa adanya relaksasi menyebabkan otot mengalami kontraksi tetani (grafik akan terbentuk tidak teratur)
5. Pada pembebanan afterloaded, besar kontraksi terus menurun seiring bertambahnya beban, hal ini diakibatkan karena kemampuan otot untuk menahan beban semakin berkurang.
DAFTAR PUSTAKA
Sloane, Ethel, 2004, Anatomi dan Fisiologi untuk Pemula, Penerbit buku kedokteran EGC, Jakarta.
Staf pengajaran Departemen Farmakologi Fakultas Kedokteran Universitas Sriwijaya, 2009, Kumpulan Kuliah Farmakologi, ed 2, Penerbit buku kedokteran EGC, Jakarta.
LAMPIRAN
Gambar I.1.1 Sistem Saraf
