FISIOLOGI OTOT. Detty Iryani Bagian Fisiologi Fakultas Kedokteran UNAND. Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Transkripsi

1 FISIOLOGI OTOT Detty Iryani Bagian Fisiologi Fakultas Kedokteran UNAND

2 SIFAT-SIFAT KHUSUS OTOT Mudah terangsang (irritability) Mudah berkontraksi (contractility) Dapat melebar (extensibility) Dapat diregang (elasticity) Mempunyai irama kontraksi (otot jantung)

3 JENIS OTOT Otot rangka Otot polos Otot jantung

4 PERBEDAAN OTOT Item pembeda Struktur Otot rangka Otot polos Otot jantung 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, p.d. Pada jantung Kontraksi Tdk ada irama Tdk ada irama Ada irama

5 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

6

7 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

8

9 Karakteristik Molekular Filamen Kontraktil Filamen mosin - Kepala dari cross-bridges miosin mengandung ATPase Filamen aktin: - Pita aktin F: double-strand Body Cross bridges Filamen aktin - 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 Hinges Filamen miosin

10

11 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)

12 Mekanisme Molekular Kontraksi Otot Filamen aktin Interaksi miosin, filamen aktin, dan ion Ca menyebabkan Movement Active sites Hinges Power stroke kontraksi Filamen miosin Inhibisi filamen aktin oleh kompleks troponin-tropomiosin Aktivasi filamen aktin oleh ion Ca Interaksi filamen aktin aktif dengan cross-bridges miosin Teori kontraksi walk along atau teori ratchet ATP sebagai sumber energi kontraksi Peristiwa kimia pada gerakan kepala miosin

13 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

14 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

15 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 untuk kontraksi otot jangka panjang

16 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

17 Karakteristik Kontraksi Otot Kontraksi isometrik: Sewaktu kontraksi: - Panjang otot tetap (tidak terjadi pemendekan otot) - Tonus otot meningkat Electronic force transducer Stimulating electrode Ke electronic recordr

18 Karakteristik Kontraksi Otot (cont d) Kontraksi isotonik: Sewaktu kontraksi: - Otot memendek - Tonus otot tetap Kimograf Stimulating electrode otot Timbangan

19 Karakteristik Kontraksi Otot (cont d) Karakteristik kontraksi berbagai serat otot: 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

20 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

21 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

22 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 tetanisasi l l l l l l l l l l l Kecepatan stimulasi

23 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

24 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

25 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

26 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

27 Rigor Mortis Kontraktur yang terjadi beberapa jam setelah meninggal Penyebab: hilangnya semua ATP gagal relaksasi otot Rigor mortis hilang setelah jam, bila protein otot sudah mengalami penghancuran akibat proses otolisis oleh enzim lisosom Proses otolisis lebih cepat pada temperatur tinggi

28 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)

29

30

31

32

33 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

34 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 Dense bodies Filamen miosin

35 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

36 OTOT JANTUNG

37 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

38 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 Human Physiology: From Cells to Systems by Lauralee Sherwood

39