sistem otot - MAFIADOC.COM

FISIOLOGI OTOT
Detty Iryani
Bagian Fisiologi
Fakultas Kedokteran UNAND
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
SIFAT-SIFAT KHUSUS OTOT
Mudah terangsang (irritability)
‡ Mudah berkontraksi (contractility)
‡ Dapat melebar (extensibility)
‡ Dapat diregang (elasticity)
‡ Mempunyai irama kontraksi (otot jantung)
‡
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
JENIS OTOT
Otot rangka
‡ Otot polos
‡ Otot jantung
‡
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
PERBEDAAN OTOT
Item
pembeda
Struktur
Otot rangka
Otot polos
Bergaris lintang
Tidak ada
syncitium
Polos
Ada syncitium
Bergaris lintang
Ada syncitium
Persarafan
Saraf tepi
Saraf otonom
Saraf otonom
Fungsi
volunter
involunter
involunter
Letak
Pada rangka
Pada alat dalam, Pada jantung
p.d.
Kontraksi
Tdk ada irama
Tdk ada irama
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Otot jantung
Ada irama
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
‡
Tendon melekat ke tulang
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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
- miosin: cross-bridge
- interaksi cross-bridge dan aktin → kontraksi
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Karakteristik Molekular Filamen Kontraktil
Filamen mosin
Filamen aktin
- Kepala dari cross-bridges
miosin mengandung ATPase
Body Cross bridges
Hinges
Filamen miosin
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
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Mekanisme Umum Kontraksi Otot
1. Potensial aksi dari syaraf motorik sampai ke neuromuscular 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 depolarisasi 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)
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Mekanisme Molekular Kontraksi Otot
‡
Interaksi miosin,
filamen aktin, dan ion
Ca menyebabkan
kontraksi
Filamen aktin
Active sites
Movement
Hinges
Power
stroke
Filamen miosin
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
gerakan kepala miosin
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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
filamen aktin menarik membran Z → kontraksi
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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
- memompakan ion Na dan K
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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
diperlukan untukKuliah
kontraksi
otot jangka panjang
Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
‡
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
Jumlah O2 yang harus dibayar ini disebut hutang O2
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Karakteristik Kontraksi Otot
Stimulating
electrode
‡ Kontraksi
isometrik:
Sewaktu kontraksi:
- Panjang otot tetap
(tidak terjadi
pemendekan otot)
- Tonus otot meningkat
Electronic force
transducer
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Ke electronic
recordr
Karakteristik Kontraksi Otot (cont’d)
Stimulating
electrode
‡ Kontraksi
isotonik:
Sewaktu kontraksi:
otot
Kimograf
- Otot memendek
- Tonus otot tetap
Timbangan
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Karakteristik Kontraksi Otot (cont’d)
z
Karakteristik kontraksi berbagai serat otot:
Otot kontraksi cepat dan lambat
Serat otot cepat
- Ukuran serat besar
- Perlu banyak ion Ca →
retikulum sarkoplasmik
ekstensif,
- Metabolisme utama nonoksidatif (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
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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 seratserat otot dari motor unit yang lain
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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
i
s
a
s
ni
a
t
te
Kekuatan kontraksi otot
‡
l
l
l
l
l
5 10 15 20 25
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
l
l
l
30 35 40
l
l
45 50
Kecepatan stimulasi
l
55
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
spinalis
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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 <
penghancuran
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
‡
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
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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
tinggi
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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 single-unit (unitarian)
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Tipe Otot Polos
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
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Filamen
aktin
Dense
bodies
Filamen
miosin
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
potensial istirahat yang sebenarnya
‡
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
OTOT JANTUNG
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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
Metabolisme otot jantung
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Referensi
‡
‡
‡
‡
Text Book of Medical Physiology (11th) 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
Human Physiology: From Cells to Systems by
Lauralee Sherwood
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV