Peran Kalsium dan Vitamin D pada Pertumbuhan Tulang
Yolanda CharolienRatuPacifik(102015149), Yudha.Pratama(102016043), Maria MarselaPalendeng(102016066),Gabriela Chivinversia(102016142), Antoni
Sefanya(102016179), Christina Sonia Wibowo(102016197),Daniel MangasaRuhut(102016214), Tiara NamoraTarigan(102016249)
A2
FakultasKedokteranUniversitas Kristen KridaWacana Jalan Arjuna Utara no.6 Jakarta 11510
Telepon : 021-5694 2061; Fax : 021-5631731 Abstrak
Tulang dan otot merupakan komponen utama dalam pembentukan postur tubuh dan alat gerak pada manusia. Tulang merupakan alat gerak pasif. Disebut alat gerak pasif karena tulang hanya berperan dalam membentuk rangka tubuh, tempat pelekatan otot, menopang massa tubuh, serta melindungi organ-organ tubuh dari berbagai serangan mekanik yang berasal dari luar, namun tulang tidak mampu melakukan pergerakan. Tulang membutuhkan otot-otot agar dapat bergerak. Itulah sebabnya, otot disebut sebagai alat gerak aktif. Berbeda dengan tulang, otot dapat melakukan mekanisme kontraksi dan relaksasi, sehingga otot dapat melakukan pergerakan.
Kata kunci : Pembentukan tulang, klasifisikasi tulang, mekanisme otot Abstract
The bones and muscles is a major component in the formation of posture and locomotor in humans. Bone is a passive locomotor. Known passive locomotor because the bone is only instrumental in shaping the framework of the body where muscle adhesions, sustain body mass, as well as protect the organs of the various mechanical attacks originating from the outside, but do not move a finger bone. Bones need muscles in order to move. That is why, as the locomotor muscles are active. In contrast to the bones, muscles can perform contraction and relaxation mechanism, so that the muscle can perform the movement.
Pendahuluan
Rangka pada manusia dewasa tersusun dari sekitar 206 tulang. Rangka digolongkan menjadi rangka aksial, rangka apendikular, dan persendiaan antara tulang. Rangka aksial terdiri dari 80 tulang yang membentuk aksis panjang tubuh dan melindungi organ-organ pada kepala, leher, dan torso. Rangka apendikular terdiri dari 126 tulang yang membentuk lengan, tungkai, dan tulang pektoral serta tonjolan pelvis yang menjadi tempat melekatnya lengan dan tungkai pada rangka aksial. Persendian adalah artikulasi dari dua tulang atau lebih.2
Komposisi jaringan tulang terdiri dari sel-sel osteosit, osteoblas, dan osteoklas. Matriks tulang tersusun dari serat-serat kolagen organik yang tertanam pada substansi dasar dan garam-garam anorganik tulang seperti fosfor dan kalsium. Garam-garam tulang berada dalam bentuk kristal kalsium fosfat yang disebut hidroksiapatit. Pada tulang juga terdapat dua jaringan tulang yaitu tulang cancellus (berongga) dan tulang kompak. Tulang kompak tersusun rapat dan terutama ditemukan sebagai lapisan di atas jaringan tulang cancellus. Sedangkan tulang cancellus tersusun dari batang-batang tulang halus dan ireguler yang bercabang dan saling bertumpang tindih untuk membentuk hjaringan-jaringan spikula dengan rongga-rongga yang mengandung sumsum. Dengan adanya makalah ini diharpkan pembaca dapat mengerti tentang kegunaan vitamin D pada pertumbuhan tulang dan mengerti bagaimana proses prosesnya.
Makroskopik Tulang Extremitas Inferior
Extermitas inferior khusus berfungsi untuk lokomosi, penopang beban dan mempertahankan keseimbangan. Extermitas inferior terdiri dari 3 bagian:
Paha dengan femur yang menghubungkan panggul dengan lutut dan patella Tungkai bawah dengan tibia dan fibula yang menghubungkan lutut dengan ossa
tarsi
Kaki dengan ossa tarsi, ossa metatarsi dan phalanx yang merupakan ujung distal extermitas inferior
Os. Femur
Femur merupakan tulang terpanjang dan terberat dalam tubuh, meneruskan berat tubuh dari os coxae kepada tibia sewaktu kita berdiri. Caput femuris menganjur ke arah kraniomedial
dan agak ke ventral sewaktu bersendi dengan acetabulum.ujung proksimal femur terdiri dari sebuah caput femuris, collum femoris dan dua trochanter, caput femoris dan collum femoris membentuk sudut terhadap poros panjang corpus femoris. Sudut in bervariasi dengan umur dan jenis kelamin. Corpus femoris berbentuk lengkung, yakni cembung ke arah anterior. Ujung distal femur berakhir menjadi dua condylus yaotu epicondylus medialis dan epicondylus lateralis yang melengkung bagaikan ukir.1
Os. Tibia dan Os. Fibula
Tibia yang besar dan merupakan penyangga beban, proksimal bersendi dengan condylus femur dan distal dengan talus. Foramen nutriens tibia yang paling besar pada seluruh kerangka, terletak pada permukaan posterior bagian sepertiga proksimal tulang tersebut. Canalis nutriens melintas cukup jauh ke arah distal dalam tulang sebelum memasuki cavitas medullaris tibia.
Fibula yang ramping, terletak posterolateral dari tibia dan terutama berguna sebagai tempat letak untuk otot dan tidak atau hanya sedikit berguna untuk menopang berat tubuh. Corpus tibiae dan corpus fibulae dihubungkan oleh lembar membrana interossea cruris.1
Ossa Tarsi
Ossa tarsi terdiri dari tujuh buah tulang; talus, calcaneus, os cuboideum, os naviculare dan tiga os cuneiforme. Hanya satu tulang, yakni talus, bersendi dengan tulang-tulang tungkai bawah. Talus terdiri dari sebuah corpus talii, collum talii dan caput talii. Clcaneus adalah tulang kaki yang paling besar dan paling kuat. Ke proksimal tulang ini bersendi dengan talus dan ke arah anterior dengan os cuboideum. Bagian posterior calcaneus memiliki sebuah tonjolan tuber calcanei dengan processus medialis tuberis calcanei, processus lateralis tuberis calcanei dan processus anterior tuberis calcanei. Os naviculare terletak antara caput tali dan os cuneiforme. Os cuboideum adalah tulang paling lateral pada baris ossa tarsal distal.2
Ossa Metatarsi
Ossa metatarsi terdiri dari lima ossa metatarsi yang diberi angka mulai dari sebuah basis metatarsalis pada ujung proksimal, corpus metatarsalis dan caput metatarsalis pada ujung distal. Basis metatarsalis I-V bersendi dengan os cuneiforme dan os cuboideum dan caput metatarsale tersebut bersendi dengan phalanges proximales.2
Seluruhnya terdapat 14 phalanx; jari kaki pertama terdiri dari dua phalanx, keempat jari kaki lainnya masing-masing terdiri dari tiga phalanx. Pada masing-masing phalanx dapat dibedakan sebuah basis phalanges pada ujung proksimal, corpus phalanges dan caput phalanges pada ujung distal. Phalanx pada jari pertama adalah pendek, lebar dan kuat.1,2
Makroskopik Os. Femur
Gambar 1. Os. Femur Dextra Tampak Posterior 3
Femur pada ujung bagian atasnya memiliki caput, collum, trochanter major dan trochanter minor. Bagian caput merupakan lebih kurang dua pertiga bola dan berartikulasi dengan acetabulum dari os coxae membentuk articulatio coxae. Pada pusat caput terdapat lekukan kecil yang disebut fovea capitis, yaitu tempat perlekatan ligamentum dari caput. Sebagian suplai darah untuk caput femoris dihantarkan sepanjang ligamen ini dan memasuki tulang pada fovea. 3
Bagian collum, yang menghubungkan kepala pada batang femur, berjalan ke bawah, belakang, lateral dan membentuk sudut lebih kurang 125 derajat (pada wanita sedikit lebih kecil) dengan sumbu panjang batang femur. Besarnya sudut ini perlu diingat karena dapat dirubah oleh penyakit.
Trochanter major dan minor merupakan tonjolan besar pada batas leher dan batang. Yang menghubungkan dua trochanter ini adalah linea intertrochanterica di depan dan crista intertrochanterica yang mencolok di bagian belakang, dan padanya terdapat tuberculum quadratum.3
Bagian batang femur umumnya menampakkan kecembungan ke depan. Ia licin dan bulat pada permukaan anteriornya, namun pada bagian posteriornya terdapat rabung, linea aspera.
Tepian linea aspera melebar ke atas dan ke bawah.Tepian medial berlanjut ke bawah sebagai crista supracondylaris medialis menuju tuberculum adductorum pada condylus medialis.Tepian lateral menyatu ke bawah dengan crista supracondylaris lateralis.
Pada permukaan posterior batang femur, di bawah trochanter major terdapat tuberositas glutealis, yang ke bawah berhubungan dengan linea aspera. Bagian batang melebar ke arah ujung distal dan membentuk daerah segitiga datar pada permukaan posteriornya, disebut fascia poplitea.
Ujung bawah femur memiliki condylus medialis dan lateralis, yang di bagian posterior dipisahkan oleh incisura intercondylaris. Permukaan anterior condylus dihubungkan oleh permukaan sendi untuk patella. Kedua condylus ikut membentuk articulatio genu. Di atas condylus terdapat epicondylus lateralis dan medialis. Tuberculum adductorium berhubungan langsung dengan epicondylus medialis.4
Osifikasi dan Kalsifikasi Tulang Panjang
Tulang dapat dibentuk dengan 2 cara: mineralisasi langsung dari matriks yang disekresi osteoblas (osifikasi intramembranosa) atau oleh deposisi matriks tulang pada matriks tulang rawan yang sudah ada (osifikasi endokondral).1 Pada awal proses pembentukan tulang,
jaringan tulang masih tersusun sebagai tulang primer. Namun, tulang primer ini hanya bersifat sementara, yang kemudian akan digantikan oleh tulang sekunder. Tulang primer, tulang sekunder, dan daerah resorpsi tampak terletak saling berdampingan selama masa pertumbuhan tulang. Kombinasi sintesis tulang dan penghancurannya (remodeling) tidak hanya terjadi pada tulang yang tumbuh, namun juga berlangsung seumur hidup, meskipun kecepatan perubahannya pada orang dewasa sudah sangat menurun.1
Osifikasi Intramembranosa
Osifikasi intramembranosa banyak terjadi pada pertumbuhan tulang pipih dan tulang-tulang pendek, serta pada proses penebalan tulang panjang. Osifikasi intramembranosa terjadi dalam lapisan kondensasi jaringan mesenkim. Pada lapisan ini, titik awak terjadinya osifikasi disebut pusat osifikasi primer. Tahap awal osifikasi adalah perkembangan sekelompok sel menjadi osteoblas yang menghasilkan matriks-matriks tulang dan dilanjutkan oleh proses kalsifikasi, sehingga terbentuk osteosit. Pulau-pulau pembentukan tulang ini membentuk suatu dinding yang membatasi antara rongga panjang berisi kapiler, sel sumsum tulang, dan sel prakembang.1 Beberapa kelompok demikian hampir serentak muncul di pusat osifikasi,
Jaringan ikat yang tertinggal di antara dinding tulang ditembus oleh pembuluh darah dan sel mesenkim tambahan yang selanjutnya akan membentuk sel sumsum tulang.
Pusat-pusat osifikasi tulang tumbuh secara radial dan akhirnya menyatu, menggantikan jaringan ikat asal.1 Bagian jaringan ikat yang tidak mengalami osifikasi akan menghasilkan
endosteum dan periosteum pada tulang intramembranosa.1
Osifikasi Endokondral
Osifikasi jenis ini merupakan proses pembentukan tulang panjang dan tulang tulang pendek yang terjadi di dalam sepotong tulang rawan hialin. Osifikasi endokondral mulanya diawali oleh osifikasi intramembranosa. Jaringan tulang yang akan dibentuk awalnya hanya berupa tabung tulang berongga yang pada bagian tengahnya terdapat model tulang rawan. Struktur yang disebut ‘leher tulang’ ini terbentuk pada osifikasi intramembranosa. Kemudian, tulang rawan setempat mengalami degenerasi, disertai dengan pembesaran sel dan kalsifikasi matriks, sehingga dihasilkan suatu struktur 3 dimensi yang terdiri atas sisa-sisa matriks tulang rawan yang mengapur.
Proses ini dimulai di bagian pusat model tulang rawan (diafisis), tempat masuknya pembuluh darah melalui leher tulang yang sebelumnya telah dilubangi oleh osteoklas yang membawa masuk sel-sel osteoprogenitor ke daerah tersebut.3
Ketika osteoblas yang berasal dari sel-sel osteoprogenitor bergabung dengan matriks tulang yang telah mengapur, maka dihasilkan suatu lapisan tulang primer yang mengelilingi sisa matriks tulang rawan dan terbentuklah pusat osifikasi primer. Pusat osifikasi sekunder sendiri muncul pada daerah epifisis, yaitu pada ujung leher tulang yang membesar dan membulat. Pada proses osifikasi sekunder, tulang rawan sendi yang melapisi daerah epifisis tidak ikut tumbuh memanjang. Lempeng epifisis yang terletak di antara diafisis dengan epifisis berperan dalam proses pertumbuhan memanjang tulang. Pada orang dewasa, lempeng epifisis ini akan menipis, sehingga pertumbuhan tulang pun berhenti.
Gambar 6. Pembentukan Tulang Panjang 1
Tulang rawan epifisis dibagi dalam 5 zona yang dimulai dari sisi epifisis tulang, antara lain :1
1. Zona istirahat, terdiri atas tulang rawan hialin tanpa perubahan morfologi dalam sel. 2. Zona proliferasi, kondrosit cepat membelah dan tersusun dalam kolom-kolom sel
secara pararel terhadap sumbu panjang tulang.
3. Zona hipertrofi tulang rawan, mengandung kondrosit besar yang sitoplasmanya telah menimbun glikogen. Matriks yang telah diresorpsi hanya tersisa berupa septa tipis diantara kondrosit.
4. Zona kalsifikasi tulang rawan, kondrosit mati, septa tipis matriks tulang rawan mengalami pengapuran (kalsifikasi) dengan mengendapnya hidroksiapatit.
5. Zona osifikasi, muncul jaringan tulang endokondral.
Gambar 7. Zona Tulang Rawan Epifisis. 5
Kalsifikasi diawali dengan deposisi garam-garam kalsium pada serabut kolagen, yaitu suatu proses yang diinduksi oleh proteoglikan dan glikoprotein pengikat kalsium berafinitas tinggi. Deposisi garam kalsium agak dipercepat oleh kemampuan osteoblas memadatkan garam tersebut dalam vesikel intrasitoplasma dan pelepasan vesikel-vesikel ini, bila perlu ke dalam medium ekstrasel (vesikel matriks).
Mekanisme Pertumbuhan Tulang Panjang
Piringan pertumbuhan, juga disebut sebagai piringan epiphyseal atau fisis adalah area jaringan pertumbuhan didekat ujung tulang panjang anak-anak atau remaja. Tiap tulang panjang mempunyai sedikitnya dua piringanan pertumbuhan yaitu pada masing-masing ujungnya. Piringan pertumbuhan menentukan panjang dan ukuran tulang dewasa pada masa yang akan datang. Jika pertumbuhan telah lengkap, kadang-kadang selama masa remaja piringan pertumbuhan tertutup dan digantikan oleh tulang padat.
Osteogenesis atau osifikasi terjadi pada dua lokasi: intramembraneous (contohnya pada tulang frontal dan parietal) dan endochondral (contohnya pada tulang iga, vertebra, basis cranii, tulang tangan dan kaki), dimana osifikasinya melalui fase kartilago. Pertumbuhan tulang meluas dari lokasi penetrasi awal, yang menjadi foramen nutrisi. Membrana tipis bernama perichondrium mengelilingi kartilago pada tulang panjang. Osteoblast di bawah perichondrium pada tulang panjang fetus mulai mendeposit tulang di sekitar bagian luar batang kartilago. Sekali hal ini terjadi, membran ini disebut periosteum, jaringan ikat berserabut yang mendeposit tulang selapis demi selapis. Diameter tulang panjang meningkat, dan osteoklas pada permukaan endosteal mereabsorbsi tulang sedangkan osteoblas pada periosteum mendeposit tulang. Proses pertumbuhan pada tulang melebar (diametrik) tulang panjang ini disebut pertumbuhan aposisional. Pertumbuhan memanjang tulang panjang terjadi pada bidang epiphyseal oleh karenanya lokasi ini disebut bidang pertumbuhan yang terletak di antara metaphysis (pusat osifikasi primer) dan epiphysis (pusat osifikasi sekunder). Pertumbuhan memanjang ini menjauhi bagian tengah tulang yakni menuju proksimal dan menuju distal. Pertumbuhan memanjang tulang panjang berhenti ketika metaphysis menyatu dengan epiphysis.5
Pada sebelas minggu sebelum lahir, biasanya terdapat kurang lebih 800 pusat osifikasi. Pada waktu lahir terdapat 450 pusat osifikasi. Pusat osifikasi primer muncul sebelum lahir dan pusat osifikasi sekunder muncul sesudah lahir. Setelah dewasa, semua pusat osifikasi primer dan sekunder menyatu dan jumlah tulang menjadi 206 elemen.6
1. Rangka embrionik terbentuk dari tulang-tulang kartilago hialin yang terbungkus perikondrium.
2. Pusat osifikasi primer terbentuk pada pusat diafisis model kartilago tulang panjang. 3. Sel-sel kartilago (kondrosit) pada area pusat osifikasi jumlahnya meningkat
(berproliferasi) dan ukurannya membesar (hipertrofi).
4. Matriks kartilago di sekitarnya berkalsifikasi melalui proses pengendapan kalsium fosfat.
5. Perikondrium yang mengelilingi diafisis di pusat osifikasi berubah menjadi periosteum. Lapisan osteogenik bagian dalam membentuk kolar tulang (klavikula), dan kemudian mengelilingi kartilago terkalsifikasi.
6. Kondrosit akan berdegenerasi dan kehilangan kemampuannya untuk mempertahankan matriks kartilago.
7. Kuncup periosteal mengandung pembuluh darah dan osteoblas yang masuk ke dalam spikula kartilago terkalsifikasi melalui ruang yang dibentuk osteoklas pada kolar tulang.
8. Jika kuncup mencapai puncak, osteoblas meletakkan zat-zat tulang pada spikula kartilago terkalsifikasi, dan memakai spikula tersebut sebagai suatu kerangka kerja. Paertumbuhan tulang menyebar ke dua arah menuju epifisis.
9. Setelah lahir, pusat osifikasi sekunder tumbuh dalam kartilago epifisis pada kedua ujung tulang panjang.
10. Ada dua area kartilago yang tidak diganti tulang keras,yaitu: Ujung tulang tetap kartilago artikular
Lempeng epifisis pada kartilago terletak antara epifisis dan diafisis.6
Pusat Pertumbuhan Tulang Panjang
Menurut bentuk dan fungsinya, tulang terdiri atas tulang pendek,tulang panjang, tulang datar, dan tulang irregular (tidak beraturan).Contoh tulang pendek adalah ossa carpalia dan ossa tarsalia. Tulang datar berperan melindungi organ-organ dalam dan jaringan lunak yg terletak di dalamnya. serta memberikan area yg luas untuk perlekatan otot dan ligamen, contohscapula, sternum, costa, patella, dan beberapa tulang tengkorak. Tulang irregular dapat berfungsi khusus pada tubuh manusia, seperti vertebra yg memiliki arcus untuk melindungi spinal cord dan memiliki processus untuk perlekatan otot dan ligamen. Tulang panjang membentuk kerangka dari appendicular skeleton ujung tulang yang terdapat cartilago sendi yang self-lubrikasi untuk melindungi ujung tulang dari pengausan. Tulang panjang juga
memiliki rongga yang dikenal dengan cavitas atau canal medullaris. Tulang mulai tumbuh pada awal perkembangan janin dan secara kontinyu; terjadi perubahan komposisi dan struk-tur selama masa kehidupan. Pertumbuhan tulang terdiri atas pertumbuhan longitudinal (tumbuh secara longitudinal) dan pertumbuhan circumferential(tumbuh secara circumferential).7
Pertumbuhan longitudinal tulang terjadi pada epiphysis (dataran epiphyseal) epiphysis adalah diskus kartilago yg ditemukan dekat ujung tulang panjang. Epiphysis merupakan pusat pertumbuhan tulang yang menghasilkan jaringan tulang baru sebagai bagian dari proses pertumbuhan normal sampai tertutup atau berhenti pada usia remaja atau dewasa muda. Secara kontinyu,setiap epiphysis menghasilkan sel-sel tulang baru. Memasuki usia remaja dataran epiphyseal menghilang dan terjadi penyatuan tulangakhir dari pertumbuhan longitudinal sebagian besar merapat padausia sekitar 18 tahun, meskipun beberapa epiphysis masih ada sampai usia sekitar 25 tahun.7
Pertumbuhan circumferential terjadi pada diameter tulang.Lapisan bagian dalam dari periosteum membentuk ja-ringantulang baru yg konsentrik (kearah pusat) pada puncak salahsatu tulang periosteum adalah mem-bran berlapis gandayang menutupi tulang ; lapisan paling luar tempat melekatnya tendon otot & lapisan dalam adalah tempat aktivitas osteoblast. Osteoblast & osteoclast bekerja secara simultan untuk menghasilkan perubahan ukuran &bentuk tulang.
Modeling
Modeling tulang adalah suatu proses untuk mencapai bentuk dan ukuranyang tepat selama pertumbuhan dan perkembangan tulang. Pembentukan tulang panjang terjadi melalui mekanisme pergeseran tulang endokondrial pada tulangpanjang dan pergeseran pada tulang apendikular. Hal ini merupakan perubahan dari garis turunan sel mesenkim menjadi kondroblas selanjutnya menjadi kondrosit dengan mensintesis proteoglikan sebagai dasar dari matriks ekstraseluler. Ketika terjadi kalsifikasi matriks ekstraseluler, berlangsung jugainvasi pembuluh darah termasuk prekursor osteoklas dan prekursor osteoblas.Kalsifikasi tulang rawan disebut the primary spongiosum bone dan untuk tulangyang terletak di antara jaringan disebut the secondary spongiosum bone yang nantinya dikenal sebagai woven bone.8
Remodeling pada Fraktur Tulang
Remodeling pada anak-anak terjadi jauh lebih cepat daripada remodeling pada orang dewasa. Remodeling tulang pada orang dewasa adalah sebuah proses fisiologik dinamis yang
berlangsung serentak pada banyak lokasi di kerangka yang tidak berhubungan dengan pertumbuhan tulang.1 Bila tulang mengalami kepatahan (fraktur), maka matriks tulang di
dalamnya akan ikut hancur, sehingga sel-sel tulang yang berdekatan dengan daerah fraktur akan mati. Perdarahan terjadi akibat adanya pembuluh darah yang ikut rusak pada daerah fraktur, sehingga membentuk bekuan darah.
Selama perbaikan bekuan darah, sel-sel dan matriks tulang yang rusak diangkut oleh makrofag.1 Respon proliferasi intensif oleh periosteum dan endosteum di sekitar fraktur
menghasilkan suatu jaringan yang mengelilingi fraktur dan menyisip melalui ujung-ujung tulang yang patah. Tulang primer kemudian dibentuk melalui osifikasi endokondral dan intramembranosa yang berlangsung bersamaan selama proses pemulihan. Perbaikan berkembang sehingga trabekula yang terbentuk tak teratur di tulang primer menyatukan kedua ujung tulang yang patah untuk sementara dengan membentuk kalus tulang.9
Stres-stres pada tulang selama pemulihan akan mengubah model kalus tulang.1 Struktur
jaringan tulang primer dari kalus secara berangsur akan diresorpsi dan diganti oleh jaringan sekunder, sehingga menimbulkan remodeling pada tulang dan memulihkan struktur aslinya tanpa membentuk jaringan parut.10
Metabolisme Tulang
Pada substansi interstisial tulang, tulang terdiri atas dua kompnen utama, matriks organic 35% dan garam –garam anorganik 65% dari berat keringnya. Matriks organik terdiri atas serat-serat kolagen yang di dalamnya kaya akan substansi dasar proteoglikan. Pada subtansi dasar tulang terdapat kondrotin sulfat, dan asam hialuronat.
Di dalamnya matriks tulang juga terdapat glikosaminoglikan bersulfat, matriks tulang tampak asidofilik dalam sediaan histologik, karena banyaknya kandungan kolagen dan tediri atas protein inti pendek dengan relative sedikit rantai disamping glikosaminoglikkan.Di dalam tulang, juga terdapat dua protein kecil, tergantung dari vitamin K yang ada, yaitu Osteokalsin dan Osteoponsin.11
Di dalam tulang, mineral juga sangat diperlukan, mineral tulang mengandung cukup banyak ion sitrat C6H5O7+ dan ion karbonat CO3+. Magnesium dan natrium, yang merupakan unsur
cairan tubuh normal, juga terdapat dalam mineral tulang, yang sampai pada tingkat tertentu, berfungsi sebagai gudang simpanan bagi unsur ini. Selama pertumbuhan, jumlah materi organic per unit volume tetap konstan, namun jumlah air mengurang dan proporsi mineral tulang meningkat, pada orang dewasa mencapai maksimum 65% dari berat kering bebas lemak. Jika tulang dipaparkan terhadap asam lemah atau agen kelasi, maka garam anorganik akan dihilangkan. Kehilangan mineral demikian membuat tulang kehilangan sebagian besar kekerasannya tetapi sangat liat dan fleksibel.11
Pada tulang panjang, osteoklas dan osteoblast juga menjadi faktor-faktor yang mengatur metabolism tulang itu sendiri. Osteoklas adalah sel fagosit besar multinukleus yang berasal dari monosit yang terdapat di tulang. Osteoklas menyekresi berbagai asam dan ezim yang mencerna tulang dan memudahkan fagositosisnya. Osteoklas juga menyekresi berbagai sitokin yang lebih lanjut menstimulasi resorpsi dan biasanya osteoklas hanya terdapat pada satu baigan kecil tulang pada satu waktu, dan memfagosit tulang sedikit demi sedikit.
Pada osteoblast, osteoblast berperan untuk sintesis sebagian besar protein dalam tulang, faktor pertumbuhan, sitokin, dan pengendapan matriks tulang yang baru (osteosit) dan mineralisasinya.11
Pertumbuhan metabolime dan tulang dipengaruhi oleh sejumlah mineral dan hormone yang meliputi:
1. Kalsium dan fosfor. Jumlah kalsium (Ca) dalam tulang 99% dan fosfor 90%. Konsentrasi kalsium dan fosfor mempunyai ikatan yang erat. Jika kadar Ca meningkat, jumlah fosfor berubah. Keseimbangan kalsium dan fosfor dipertahankan oleh kalsitonin dan hormone paratiroid.
2. Kalsitonin diproduksi oleh kelenjar tiroid dan menurunkan konsentrasi Ca serum. Jika jumlah kalsitonin meningkat di atas normal, kalsitonin menghambat absorpsi kalsium dan fosfor dalam tulang serta meningkatkan ekskresi kalsium dan fosfor melalui urine sehingga dibutuhkan Ca dan fosfor.
3. Vitamin D terkandung dalam lemak hewan, minyak ikan dan mentega. Tubuh manusia juga dapat menghasilkan vitamin D. Sinar ultraviolet sinar matahari dapat mengubah ergosterol pada kulit menjadi vitamin D. Vitamin D diperlukan agar kalsium dan fosfor dapat diabsorpsi dari usus dan digunakan tubuh. Difisiensi vitamin D mengakibatkan dedisi mineralisasi, deformitas, patah tulang, penyakit rikets pada anak-anak, dan osteomalasia pada orang dewasa.
4. Hormone paratiroid (PTH). Pada saat kadar Ca menurun, sekresi PTH meningkat dan menstimulasi tulang untuk meningkatkan aktivitas osteoblastik dan menyumbangkan kalsium ke darah. Jika kadar Ca meningkat sekresi PTH diminimalkan, hormone tersebut mengurangi ekskresi Ca di ginjal dan memfasilitasi absorpsinya dari usus halus. Hal ini untuk mempertahankan suplai Ca di tulang. Respon ini merupakan contoh umpan balik sistem loop yang terjadi dalam sistem endokrin.
5. Hormone pertumbuhan. Hormone pertumbuhan yang bertanggung jawab meningkatkan panjang tulang dan meningkatkan jumlah matriks tulang dibentuk
sebelum masa pubertas. Sekresi yang meningkat pada masa anak-anak menghailkan gigantisme dan menurunya sekresi menghasilkan dwarfisme. Pada orang dewasa penigkatan tersebut menyebabkan akromegali yang ditandai oleh kelainan bentuk tulang dan jaringan lemak.
6. Glukokortikoid. Hormone glukokortikoid mengatur metabolism protein. Pada saat dibutuhkan, hormone dapat meningkat atau menurun katabolisme atau mengurangi mengintensifkan matriks organic di tulang dan membantu dalam pengaturan kalsium di intestinum dan absorpsi fosfor.
7. Hormone seksual :
Esterogen menstimulasi aktivitas osteoblastik dan cenderung menghambat peran hormone paratiroid. Jumlah esterogen menurun saat menopause sehingga penurunan kadar kalsium pada tulang dalam waktu lama menyebabkan osteoporosis
Androgen, seperti testosterone, meningkakan anabolisme dan massa tulang.11
Peran Kalsium dan Vitamin D bagi Pertumbuhan Tulang
Ion kalsium penting untuk aktivitas banyak enzim dan untuk banyak fungsi intrasel lain. Kalsium diperlukan untuk mempertahankan kohesi sel dan dalam pengaturan permeabilitas membran. Ia dibutuhkan dalam pembekuan darah, kontraksi otot polos dan otot rangka, dan banyak fungsi vital lain dalam tubuh. Karena itu, tidaklah heran konsentrasi kalsium plasma, dengan ketetapan besar, berkisar antara 9-11mg/100ml.12
Secara fisiologik, kalisum ekstraseluler memegang peranan yang sangat penting, yaitu : a. Berperan sebagai kofaktor pada proses pembekuan darah, misalnya untuk faktor VH,
IX, X dan protrombin.
b. Memelihara mineralisasi tulang.
c. Berperan pada stabilisasi membran plasma dengan berikatan pada lapisan fosfolipid dan menjaga permeabilitas membran plasma terhadap ion Na+. Penurunan kadar Ca2+ serum akan meningkatkan permeabilitas membran plasma terhadap Na+ dan menyebabkan peningkatan respons jaringan yang mudah terangsang.
Fungsi utama vitamin D adalah menjaga homeostasis kalsium dengan cara meningkatkan absorpsi kalsium di usus dan mobilisasi kalsium dan’ tulang pada keadaan asupan kalsium yang inadekuat. VDR di usus terdapat pada seluruh dinding usus halus, dengan konsentrasi tertinggi didalam duodenum. 1,25(OH)2D berperan secara langsung pada masuknya kalsium kedalam sel usus melalui membran plasma, meningkatkan gerakan kalsium melalui sitoplasma dan keluamya kalsium dari dalam sel melalui membran basilateral ke sirkulasi. Di tulang, 1,25(OH)2D akan menginduksi monocytic stem cells di sumsum tulang untuk berdiferensiasi menjadi osteoklas. Setelah berdifirensiasi menjadi osteoklas, sel ini akan kehilangan kemampuannya untuk bereaksi terhadap 1,25(OH),D. Aktifitas osteoklas akan diatur oleh 1,25(OH)2D secara tidak langsung, melalui osteoblas yang menghasilkan berbagai sitokin dan hormon yang dapat mempengaruhi aktifitas osteoklas. 1,25(OH)2D juga akan meningkatkan ekspresi fosfatase alkali, osteopontin dan osteokalsin oleh osteoblas. Pada proses mineralisasi tulang, 1,25(OH)2D berperan menjaga konsentrasi Ca dan P didalam cairan ekstraseluler, sehingga deposisi kalsium hidroksiapatit pada matriks tulang akan berlangsung dengan baik.11-12
Fungsi Kalsium pada Kontraksi Otot
Selain berperan penting bagi tulang, kalsium juga memiliki peranan penting pada mekanisme kontraksi otot. Impuls yang masuk melalui saraf sensoris, impuls (dalam bentuk insersi listrik) akan diteruskan di sepanjang saraf. Ketika impuls telah sampai pada ujung saraf (akson) dan ada potensial aksi motor neuron, acetyl choline (Ach) yang terbungkus oleh vesikel-vesikel neurotransmiter serta Ach yang berada di ujung-ujung saraf dilepaskan neuron motorik menyeberangi celah dan berikatan dengan reseptor di motor-end-plate. Pelepasan Ach merangsang motor-end-plate untuk memberikan respon depolarisasi. Selanjutnya, terbentuk potensial aksi sebagai respon terhadap pengikatan Ach dan potensial end-plate yang disalurkan ke seluruh membran permukaan dan turun ke tubulus T sel otot.6 Dengan
adanya potensial aksi yang terjadi pada tubulus T otot dan firing level telah tercapai, retikulum sarkoplasmik berespon dengan dengan melepaskan Ca2+. Kemudian, ion kalsium
yang telah dilepaskan tersebut berikatan dengan troponin C yang berada di filamen halus otot, yaitu aktin. Ikatan ini menyebabkan tropomiosin bergeser untuk membuka penutup tempat pengikatan cross-bridge pada aktin. Jembatan silang miosin berikatan dengan aktin dan menekuk, menarik filamen aktin ke bagian tengah sarkomer yang dijalankan oleh energi yang dihasilkan dari ATP. Dengan demikian terjadilah mekanisme kontraksi otot.
Gambar 8. Mekanisme Kontraksi Otot Rangka 13 Jenis-Jenis Kontraksi Otot Rangka
Kontraksi isotonik, adalah kontraksi otot dimana tekanan/tonus relatif tetap dan terjadi pemendekan otot, maksimal setengah kali ukuran semula.
Kontraksi isometrik, adalah kontraksi otot di mana ukuran panjang tetap, tetapi tonus naik.
Kontraksi tetanik, adalah kontraksi otot yang terus menerus. Kontraksi ritmik, adalah kontraksi otot berirama.
Kontraktur otot, adalah pemendekan otot permanen (menetap) akibat kerusakan neurogenik atau struktural.
Insufisiensi otot aktif, adalah kontraksi otot yang melewati panjang minimal otot. Insufisiensi otot pasif, adalah peregangan otot melebihi batas maksimal keregangan
batas maksimal keregangan otot.13
Kesimpulan
Hipotesis diterima, bahwa vitamin D dan kalsium berperan dalam mekanisme otot dan metabolisme pertumbuhan tulang, termasuk pada fraktur tulang. Faktor usia pun turut
berperan dalam proses pertumbuhan tulang. Pertumbuhan tulang pada anak-anak jauh lebih cepat daripada pertumbuhan tulang pada orang dewasa. Hal ini disebabkan oleh lempeng tulang epifisis yang dimiliki oleh anak-anak masih tebal, sehingga masih sangat aktif melakukan pertumbuhan. Namun, pada orang dewasa yang mengalami fraktur tulang, tulang masih dapat mengalami remodeling karena lapisan periosteum dan endosteum yang banyak mengandung sel osteoblas mampu berespon di sekitar fraktur dengan melakukan proliferasi intensif membentuk kalus tulang yang kemudian akan diresorpsi dan diganti oleh jaringan sekunder yang mirip dengan struktur tulang asli.
Daftar Pustaka
1. Junqueira LC, Carneiro J. Histologi dasar; teks & atlas.ed 10. Jakarta: Buku Kedokteran EGC; 2007.h.134-46.
2. Sloane E. Anatomi dan fisiologi. Jakarta: Buku Kedokteran EGC; 2001.h.92-7. 3. Keith L. Anatomi klinis dasar. Jakarta: Hipokrates; 2002.h.20-164.
4. Tortora GJ, Derrickson BH. Principle of anatomy and physiology.12th ed. Asia: John
Wiley & Sons; 2009.
5. Compston JE. Sex steroid and bone. In: Physiological reviews. The american physiology society; 2001.p.419-46.
6. Lewis R, Shier D, Butler J. Holes human anatomy and physiology.ed 9. The McGraw-Hill Companies; 2001.h.244.
7. Drajad RS. Struktur dan fungsi skeleton. In: Kursus dasar metabolisme kalsium dan penyakit tulang. Malang: PERKENI; 2002.h.1-9.
8. Eroschenko VP. Atlas histologi difiore. Jakarta: Buku Kedokteran EGC; 2010.h.75-102.
9. Campion DR. The muscle satellite cell: a review. New York: Int Rev Cytol 1999;87-1185.
10. Ethel S. Anatomi dan fisiologi untuk pemula. Jakarta: Buku Kedokteran EGC; 2004.h.107-8.
11. Cohen C. The protein of muscle. New York: Sci Am 2000; 187-202.
12. Vierck J et al. Regulation of muscle. North-Holand: Academic Press 2000; 145-7. 13. Hall JE. Buku saku fisiologi kedokteran guyton & hall. Jakarta: Buku Kedokteran
