1
Calcium dan Muskuloskeletal
Dr. Mohamad Sadikin DSc
Departemen Bio0kimia dan Biologi Molekuler FKUI
2
Calcium & Makhluk Hidup
Calcium : logam terbanyak dalam
makhluk hidup
Adanya garam Ca merupakan
petanda pernah ada makhluk hidup
→ salah satu indikator bagi para
geolog untuk menafsirkan gerak
kulit bumi dalam membentuk relief permukaan bumi dan menjelaskan terbentuknya pegunungan
Pegunungan kapur sekitar plateau
Bandung → dataran Bandung pernah berupa danau besar
3
Fungsi muskuloskeletal
Fungsi muskuloskeletal dalam
hubungan dengan Ca :
.
١ Fungsi sebagai penunjang
.
٢ Fungsi kontraktil ( sebagai
bagian dari alat gerak)
.
٣ Fungsi konduktibilitas impuls
.
٤ Fungsi umum intrasel sebagai
caraka ke 2 (2nd messenger)
.
٥ Sebagai kofaktor bbg protein / E
4
Apa bila dihubungkan dengan
jaringan penyusun sistem muskuloskeletal :
.
١ Fgs penunjang : tulang & rawan
.
٢ Fgs kontraktil / lokomosi : otot
.
٣ Fgs konduktibilitas : saraf
.
٤ Fgs umum caraka 2 : ditemukan
pada seluruh sel tubuh
.
٥ Fgs sebagai kofaktor :
a. Di luar sel : penggumpalan darah,
aktivasi komplemen (C’)
b. Di dalam sel : bbg protein intrasel
untuk laksanakan fgs perlu Ca2+
5
Peran penunjang dari Ca
Sebagai penunjang, Ca terutama
berperan dalam tulang dan rawan
Dalam menjalankan fgs penunjang,
Ca berada dalam bentuk garam fosfat : Ca3(PO4)2
Kristal kalsium fosfat sangat keras,
mampu menahan tekanan dlm arah sejajar sumbu tulang
6
Bukti : gigi (walau bukan bagian
muskuloskeletal)
Kristal Ca3(PO4)2 dalam gigi, disertai
air kristal, tersusun sangat teratur
Secara geometris membentuk
silinder heksagonal, tersusun rapat & teratur
Dikenal sbg kristal hidroksiapatit
→ gigi menjadi sangat keras
→ mampu menahan tekanan berat
dalam arah sejajar sumbu panjang gigi
→ sifat yg diperlukan u/ kunyah,
7
Tulang mengalami gubah ulang
(remodelling), sedang gigi tidak
→ Ca tulang diendapkan dan
dilarutkan kembali setiap saat, gigi tidak
→ dengan cara ini :
1.Tulang dapat tumbuh (gigi tidak menjadi > & tdk menjadi < dalam perjalanan waktu
2.Tulang mengalami perubahan yang lebih halus dalam perjalanan wkt
(gigi tidak > rumit karena usia
→ o.k gigi tdk berubah, tlg berubah, gigi dpt dipaaki sbg ciri identitas (tlg tdk)
8
Sistem Alat Gerak & Calcium
Gerak membedakan hewan
dengan tumbuhan
Gerak = perubahan orientasi
→sejumlah massa yang digerakkan,
yang :
- →massa tersebut perlu didukung (secara pasif dan aktif)
- → ada penggerak
Pendukung massa secara pasif : rangka Rangka tdk dpt digerakkan bila tunggal :
- →bbp bagian yang ± bebas 1 sama lain - →sendi : sambungan antara 2 tlg
9
O.k.i, rangka harus keras & kuat 2 sifat ini dimanfaatkan pula u/
lindungi alat-alat dalam tubuh (organ) yang lunak & sangat penting :
- Otak → ruang tertutup yang dibentuk o/ tlg sangat keras : tengkorak
- Rongga dada (cavum thorax) : sistem tlg rusuk (costae), tlg dada (sternum) yang dikunci ke belakang o/ tlg punggung
(vertebrae)
- Rongga panggul (pelvis) melindungi ginjal, alat reproduksi (ovarium, uterus)
10
Semua fgs pendukung ini
mengharuskan tlg mempunyai kekerasan yang tinggi
Didukung o/ Ca3(PO4)2
Bandingkan dengan rangka luar
(eksoskelet) artropoda & cangkang
moluska yang tersusun dari CaCO3,
yang fungsinya tidak sebanyak endoskelet vertebrata
Dalam 1 mol kalsium fosfat ada 3
kation (Ca) & 2 anion (fosfat), dlm 1 mol kalsium karbonat hanya 1
kation & 1 anion
11
Kelenturan tulang : tlg harus punya
kelenturan spy daya dukung karena sifat keras & kuat o.k adanya
Ca3(PO4)2 tdk patah :
- Tlg harus tahan terhadap torsi (puntiran)
- Tlg harus bersifat pegas
- Tlg hrs bersifat peredam kejut
Ke 3 hal ini hanya dapat dipenuhi o/
biomakromolekul / biopolimer:
→ hrs didukung struktur fibriler, → harus
bersifat polimer (biopolimer) : - Protein (jenis fibriler)
12
Unsur protein terpenting dari tulang
: kolagen
Unsur polisakarida dari tulang :
glikosaminoglikan (g.a.g)
Kolagen :
- Heliks 3 sepilin (triple helix)
- Pilinan tidak berupa sulur spt heliks α, ttp heliks patah-patah, kembar 3 - Struktur patahan disbbkan aa
OH-prolin
- Adanya kolagen → tlg tahan puntiran & tahan kompresi
13
Glikosaminoglikan (g.a.g) :
Jenis sangat banyak
Disebut juga substansi dasar
(ground substance)
Sifat umum :
- Heteropolisakarida berulang : →Disusun o/ perulangan 2 jenis
monosakarida/turunannya dg irama tetap (a-b-a-b-a-b dst)→ heliks
- → strukturnya berupa serat
- Monosakarida penyusun mengandung banyak –OH→sangat higroskopis
- Jg mengandung sulfat (-SO4H→tolak menolak)
14
Jadi tulang memikul beban karena
kuat & keras o.k adanya Ca3(PO4)2
Sifat pegas & tahan puntiran tlg o.k
adanya kolagen
Penambahan beban yg besar dalam
waktu singkat diatasi oleh g.a.g yang karena :
- Banyak mengandung –OH (sifat
umum dari monosakarida) mengikat banyak mol air melalui ikatan H
- Penambahan beban dibagi ke mol air (hk hidrostatik dari Pascal)
- Sifat pegas o.k tolak menolak
15
Depotisasi unsur-unsur tulang
dilakukan o/ sel-sel berbeda :
Materi anorganik :
- Sel-sel osteoblast
Materi anorganik :
- Kolagen : fibroblast - G.a.g : kondrosit
Komposisi sel (→ komposisi substansi
tulang) berbeda menurut usia
Tlg individu usia muda :
- >banyak kondrosit→> rawan,>elastis
Tlg individu usia tua :
16
Penggubahan (remodelling)
tulang
Wajah seseorg, meski garis besar
sama, secara rinci berubah sesuai waktu
→ penggubahan o.k bbg hal :
pertumbuhan,, adaptasi dg lingkungan, trauma dlsb
Tlg (dlm hal ini tlg tengkorak) jg berubah Pada tingkat jaringan terjadi reabsorpsi
dan depotisasi berulang dari bahan penyusun
17
Diperlukan kerja sama 2 jenis sel :
- Osteoblast : depotisasi Ca
- Osteoklas (osteoclast), bentuk
khusus dari makrofag : resorpsi Ca. dilengkapi dengan E fosfatase alkali
Keseimbangan keduanya sangat
penting u/ penggubahan tlg
Nirimbang osteoblas/osteoklas :
- Fisiologis : pertumbuhan (anak-anak)
→ osteoklas > osteoblas → aktivitas
fosfatase alkali serum pd anak-anak > dws
18
Patologis :
- Hiperparatiroidisme :
→ osreoklas > aktif osteoblas → resorpsi Ca → osteoporosis, tlg mudah patah
- Bila aktivitas osteoblas>osteoklas →
penebalan tulang, misal pada akromegali →Tulang-tulang panjang & pipih menebal,
terutama bagian ujung (pd tlg pipih)
- Depotisasi Ca dapat menjadi >> (Σ & / aktivitas osteoblas >>), tdk diimbangi o/ osteoklas → tidak ada ruang kosong u/ depotisasi Ca → ossifikasi terjadi tidak beraturan → bentuk tulang tidak
19
∴ ossifikasi ≠ depotisasi Ca ≠
kalsifikasi
Kalsifikasi : pengendapan Ca di
tempat yg biasanya sdkt Ca (mis.jar lunak) sehingga jar tsb mengeras
Depotisasi : pengendapan Ca di
tempat yang biasanya memang ada Ca dlm Σ besar
Ossifikasi: pengendapan Ca dalam
ruang-ruang yang disediakan
khusus u/ itu, sbg hsl resorpsi Ca sebelumnya→fgs osteoblas hrs
seimbang dg fgs osteoklas
20
Calcium Darah
Selain dalam sel, Ca juga terdapat
di cairan ekstrasel, terutama darah
Dalam cairan ekstrasel (darah atau
serum), Ca berada dalam 3 bentuk (fraksi):
- Ca++
- Ca dalam bentuk kompleks dengan asam organik
- Terikat dengan protein serum
sebagai proteinat, terutama Ca-albuminat
21
Secara fisikokimia, fraksi Ca++ dan
fraksi bentuk kompleks dengan asam organik dapat dipisahkan dengan mudah dari fraksi
Ca-proteinat dengan menggunakan membran semipermeable atau teknik ultrafiltrasi → 2 kelompok : - Ca diffusible : dapat menembus mmb
semipermeable / ultrafiltrasi, t.d.a : a.Ca++
b.Ca kompleks organik
22
[Ca]serum total : 9 – 11 mg/ dL >50 % dari [Ca]serum total : Ca
diffusible
Oleh karena ≈ 90 % Ca diffusible
adalah Ca++ , praktis [Ca]
diffusible
menggambarkan [Ca++]
serum .
mengukur [Ca]diffusible>> mudah dari
pada mengukur langsung [Ca++]
(perlu alat khusus)
pengukuran [Ca] total sebaiknya
disertai pengukuran [Ca++] /
23
Fungsi Ca serum : - Mempertahankan eksitabilitas / konduktibilitas saraf-efektor - Penggumpalan darah - Aktivasi komplemen (C’) - Aktivasi sistem kinin
- Adhesi sel-sel migratoir (fagosit, trombosit, sel-sel migran dalam proses organogenesis termasuk endotel dalam pembentukan
pembuluh darah baru) ke suatu permukaan
Bbg fgs ini dijalankan oleh
24
Bila [Ca++]serum ↓ / < (N), yang paling
dulu terganggu : eksitabilitas /
konduktibiltas saraf-efektor, terutama saraf-otot lurik
Ambang eksitabilitas ↓ & yg
bersangkutan mengalami kejang otot lurik : tetani
Adalah mungkin : [Ca]serum total (N), tetapi
[Ca++] ↓
- Dalam hal ini, mungkin :
- Kompleks Ca-organik ↑ → metabolit
organik ↑ → didasari oleh suatu kelainan metabolisme tertentu
- Mobilisasi Ca-proteinat→Ca+++protein ↓
25
Keseimbangan Ca
Ca tulang (tidak larut) ⇆ Ca cairan
tubuh (serum / cairan ekstra sel)
Dalam cairan ekstra sel / serum :
- Ca-proteinat ⇆ Ca++ + protein
Keseimbangan I (Ca tulang⇆Ca
terlarut) berada di bawah kendali hormon
Keseimbangan II (Ca-proteinat ⇆
Ca++) berada dalam kendali faktor
26
Kompleks Ca-organik :
- Molekul kecil → lolos filtrasi
glomerulus → keluar melalui urin,
sebagai bagian dari ekskresi Ca harian dalam urin
- Sering kompleks dengan oksalat.
Kompleks ini tidak larut → endapan / kristal → batu (urolitiasis)
Masalah :
- Dalam sel diragukan adanya metabolit antara berupa oksalat (hiperoksalemia primer diperkirakan dari hasil oksidasi glioksal)
- Mungkin dari makanan (hiperoksalemia sekunder)
27
Kompleks Ca-organik lain : dengan
bbg asam dikarboksilat metabolit antara (N) dalam sel.
Bila ↑→ berhubungan dengan kelainan
metabolisme
Ok terus menerus dibuang dalam Σ
28
Pengaturan Metabolisme Ca
oleh Hormon
Hormon yang berpengaruh :
- Hormon kelenjar paratiroid : 1 Parathormon
2 Kalsitonin
- Hormon dibuat kulit-hati-ginjal:
1 Kalsitriol (D3)
- Steroid:
.
١ Steroid korteks adrenal :
kortisol
.
٢ Hormon seks : estrogen dan
29
Hormon kelenjar paratiroid
berhubungan dengan proses mobilisasi-demobilisasi Ca tlg
Mempengaruhi osteoklas dan
osteoblas
Kalsitriol bekerja di usus mengatur
absorpsi Ca makanan & juga di tubulus ginjal
Steroid seperti kortisol bekerja
mobilisasi Ca pada hiperfungsi
Steroid seks (estrogen &
testosteron ) bekerja
mempengaruhi gubah ulang (remodelling)
30
