Makalah PBL Blok 5Penyusun dan Fungsi Tulang dari Otot dan Sendi Lutut pada Manusia

Oleh:Raymond Edwin Lubis10.2010.142Kelompok: C127 Maret 2011

Fakultas KedokteranUniversitas Kristen Krida Wacana

Jalan Terusan Arjuna No. 6 Jakarta Barate-mail: epyon6@yahoo.co.id

PendahuluanSebagai unsur pokok kerangka orang dewasa, jaringan tulang menyangga struktur berdaging, melindungi organ-organ vital seperti yang terdapat di dalam tengkorak dan rongga dada, dan menampung sumsum tulang, tempat sel-sel darah dibentuk. Tulang juga berfungsi sebagi cadangan fosfat, kalsium, dan ion lain, yang dapat dilepaskan atau disimpan dengan cara terkendali untuk mempertahankan konsentrasi ion-ion penting ini di dalam cairan tubuh.Selain itu, tulang membentuk suatu sistem pengungkit yang melipatgandakan kekuatan yang dibangkitkan selama otot rangka berkontraksi dan mengubahnya menjadi gerakan tubuh. Jaringan bermineral ini memberi fungsi mekanik dan metabolik kepada kerangka. Karena itu tulang tidak bekerja sendiri, tulang kita dibantu otot rangka dan saraf. Masing-masing memiliki fungsi yang saling mendukung agar tubuh kita dapat beraktivitas seperti biasa. Disamping itu, sendi juga membantu tulang dan otot rangka melakukan variasi gerakan-gerakan yang dapat dilakukan oleh manusia dalam membantu pekerjaan sehari-hari. Ketiga hal tersebut akan dibahas dalam beberapa pokok bahasan berikut.

Tulang dan KomposisinyaSebagai unsur pokok kerangka orang dewasa, jaringan tulang menyangga struktur berdaging, melindungi organ-organ vital seperti yang terdapat di dalam tengkorak dan rongga dada, dan menampung sumsum tulang, tempat sel-sel darah dibentuk. Tulang juga berfungsi sebagai cadangan kalsium, fosfat, dan ion lain, yang dapat dielepaskan atau disimpan dengan cara terkendali untuk mempertahankan konsentrasi ion-ion penting ini di dalam cairan tubuh.1Selain itu, tulang membentuk suatu sistem pengungkit yang melipatgandakan kekuatan yang dibangkitkan selama otot rangka berkontraksi dan mengubahnya menjadi gerakan tubuh. Jaringan bermineral ini memberi fungsi mekanik dan metabolik kepada kerangka. Tulang adalah jaringan ikat khusus yang terdiri atas materi antarsel berkapur, yaitu matriks tulang, dan 3 jenis sel: osteosit, yang menyintesis unsur organik matriks, dan osteoklas, yang merupakan sel raksasa multinuklear yang terlibat dalam resorpsi dan remodelling jaringan tulang. Karena metabolit tidak dapat berdifusi melalui matriks tulang yang telah mengapur, pertukaran zat antara osteosit dan kapiler darah bergantung pada komunikasi melalui kanalikuli, yang merupakan celah-celah silindris halus, yang menerobos matriks. Permukaan bagian luar dan dalam semua tulang dilapisi lapisan-lapisan jaringan yang mengandung sel-sel osteogenik-endosteum pada permukaan dalam dan periosteum pada permukaan luar.1Karena keras, tulang sukar dipotong dengan mikrotom, dan diperlukan teknik khusus untuk mempelajarinya. Salah satu teknik umum yang memungkinkan pengamatan terhadap sel-sel matriks organiknya didasarkan pada dekalsifikasi tulang yang diawetkan dengan bahan fiksasi standar. Mineralnya dihilangkan dengan perendaman tulang dalam larutan yang mengandung zat pengikat-kalsium (misalnya asam etilendiamintetraasetat [EDTA]). Jaringan dekalsfikasi tersebut kemudian dipendam, dipotong, dan dipulas.1

Sel Tulang: OsteoblasOsteoblas bertanggung jawab atas sintesis komponen organik matriks tulang (kolagen tipe I, proteoglikan, dan glikoprotein). Deposisi komponen anorganik dari tulang juga bergantung pada adanya osteoblas aktif. Osteoblas hanya terdapat pada permukaan tulang, dan letaknya bersebelahan, mirip epitel selapis. Bila osteoblas aktif menyintesis matriks, osteoblas memiliki bentuk kuboid sampai silindris dengan sitoplasma basofilik. Bila aktivitas sintesisnya menurun, sel tersebut menjadi gepeng dan sifat basofilik pada sitoplasmanya akan berkurang.1Beberapa osteoblas secara berangsur dikelilingi oleh matriks yang baru terbentuk dan menjadi osteosit. Selama proses ini, terbentuk rongga yang disebut lakuna. Lakuna dihuni osteosit beserta juluran-julurannya, bersama sedikit matriks ekstrasel yang tidak mengapur. Selama sintesis matriks berlangsung, osteoblas memiliki struktur ultra sel yang secara aktif menyintesis protein untuk dikeluarkan. Osteoblas merupakan sel yang terpolarisasi. Komponen matriks disekresi pada permukaan sel, yang berkontak dengan matriks tulang yang lebih tua, dan menghasilkan lapisan matriks baru (namun belum berkapur), yang disebut osteoid, di antara lapisan osteoblas dan tulang yang baru dibentuk. Proses ini, yaitu aposisi tulang, dituntaskan dengan pengendapan garam-garam kalsium ke dalam matriks yang baru dibentuk.1

Sel Tulang: OsteositOsteosit, yang berasal dari osteoblas, terletak di dalam lakuna yang terletak di antara lamela-lamela matriks. Hanya ada satu osteosit di dalam satu lakuna. Kanalikuli matriks silindris yang tipis, mengandung tonjolan-tonjolan sitoplasma osteosit. Tonjolan dari sel-sel yang berdekatan saling berkontak melalui taut rekah (gap junction) dan molekul-molekul berjalan melalui struktur tempat dari osteosit dan pembuluh darah melalui sejumlah kecil substansi ekstrasel yang terletak di antara osteosit (dengan tonjolan-tonjolannya) dan matriks tulang. Pertukaran ini menyediakan nutrien kira-kira untuk 15 sel yang sederet.1Bila dibandingkan dengan osteoblas, osteosit yang gepeng dan berbentuk-kenari tersebut memiliki sedikit retikulum endoplasma kasar dan kompleks Golgi serta kromatin inti yang lebih padat. Sel-sel ini secara aktif terlibat untuk mempertahankan matriks tulang, dan kematiannya diikuti oleh resorpsi matriks tersebut.1

Sel Tulang: OsteoklasOsteoklas adalah sel motil bercabang yang sangat besar. Bagian badan sel yang melebar mengandung 5 sampai 50 inti (atau lebih). Pada daerah terjadinya resorpsi tulang, osteoklas terdapat di dalam lekukan yang terbentuk akibat kerja enzim pada matriks, yang dikenal sebgagai lakuna Howship. Osteoklas berasal dari penggabungan sel-sel sumsum tulang. Pada osteoklas yang aktif, matriks tulang yang menghadap permukaan terlipat secara tak teratur, seringkali berupa tonjolan yang terbagi lagi, dan membentuk batas bergelombang. Batas bergelombang ini dikelilingi oleh zona sitoplasma, zona terang yang tidak mengandung organel, namun kaya akan filamen aktin. Zona ini adalah tempat adhesi osteoklas pada matriks tulang dan menciptakan lingkungan mikro tempat terjadinya resorpsi tulang.1Osteoklas menyekresi kolagenase dan enzim lain dan memompa proton ke dalam kantung subselular (lingkungan mikro yang disebut sebelumnya), yang memudahkan pencernaan kolagen setempat dan melarutkan kristal garam kalsium. Aktivitas osteoklas dikendalikan oleh sitokin (protein pemberi sinyal kecil yang bekerja sebagai mediator setempat) dan hormon. Osteoklas memiliki reseptor untuk kalsitonin, yakni suatu hormon tiroid, namun bukan untuk hormon paratiroid. Akan tetapi osteoklas memiliki reseptor untuk hormon paratiroid dan begitu teraktivasi oleh hormon ini, osteoklas akan memproduksi suatu sitokin yang disebut faktor perangsang osteoklas. Batas bergelombang berhubungan dengan aktivitas osteoklas.1

Matriks TulangKira-kira 50% dari berat kering matriks tulang adalah bahan anorganik. Yang teristimewa banyak dijumpai adalah kalsium dan fosfor, namun bikarbonat sitrat, magnesium, kalium dan natrium juga ditemukan. Studi difraksi sinar X memperlihatkan bahwa kalsium dan fosfor membentuk kristal hidroksiapatit dengan komposisi Ca10(PO4)6(OH2). Meskipun begitu, kristal-kristal ini menunjukkan ketidaksempurnaan dan tidak identik dengan hidroksiapatit yang ditemukan dalam mineral karang. Kalsium amorf (nonkristal) juga cukup banyak dijumpai. Pada mikrogaf elektron, kristal hidroksiapatit tulang tampak sebagai lempengan yang terletak di samping serabut kolagen, namun dikelilingi oleh substansi dasar. Ion permukaan hidroksiapatit berhidrasi dan selapis air dan ion terbentuk di sekitar kristal. Lapisan ini, yaitu lapisan hidrasi, membantu pertukaran ion antara kristal dan cairan tubuh.1Bahan organik dalam matriks tulang adalah kolagen tipe I dan substansi dasar, yang mengandung agregat proteoglikan dan beberapa glikoprotein struktural spesifik. Glikoprotein tulang mungkin bertanggung jawab atas kelancaran kalsifikasi matriks tulang. Jaringan lain yang mengandung kolagen tipe I biasanya tidak mengapur dan tidak

mengandung glikoprotein tersebut. Karena kandungan kolagennya yang tinggi, matriks tulang yang terdekalsifikasi terikat kuat dengan pewarna serat kolagen.1Gabungan mineral dengan serat kolagen memberikan sifat keras dan ketahanan pada jaringan tulang. Setelah tulang mengalami dekalsifikasi, bentuknya tetap terjaga, namun lebih fleksibel mirip tendon. Dengan menghilangkan bagian organik dari matriks, yang terutama berupa kolagen, bentuk tulang juga masih terjaga, namun kini menjadi rapuh, mudah patah dan hancur bila dipegang.1

Jenis TulangObservasi umum potongan melintang tulang memperlihatkan daerah-daerah padat tanpa rongga yang sesuai dengan tulang kompakta (padat) dan daerah-daerah dengan banyak rongga yang saling berhubungan yang sesuai dengan tulang berongga (spons). Namun di bawah mikroskop, baik tulang kompakta maupun tuberkula yang memisahkan ruang-ruang dari tulang berongga, memiliki struktur histologik dasar yang sama.1Pada tulang panjang, ujung yang membulat disebut sebagai epifisis. Epifisis terdiri atas tulang berongga yang ditutupi selapis tipis tulang kompakta. Bagian silindris yaitu diafisis hampir seluruhnya terdri atas tulang kompakta, dengan sedikit tulang spons pada permukaan dalamnya di sekitar rongga sumsum tulang. Tulang pendek umumnya memiliki pusat yang terdiri atas tulang berongga, dan seluruhnya dikelilingi oleh tulang kompakta. Tulang pipih yang membentuk calvaria memiliki 2 lapis tulang kompakta yang disebut lempeng, yang dipisahkan oleh selapis tulang yang berongga disebut diploe.1Pemerikasaan mikroskopik tentang tulang memperlihatkan 2 variasi: tulang primer, imatur, atau tulang anyaman, dan tulang sekunder, matur atau lamelar. Tulang primer adalah jaringan tulang yang pertama-tama berkembang dalam embrio dan dijumpai dalam perbaikan fraktur atau proses perbaikan lain. Tulang primer ditandai oleh susunan serat kolagen halus secara acak, yang berbeda dengan susunan kolagen lamelar yang teratur pada tulang sekunder.1Jaringan tulang primer umumnya bersifat sementara dan akan diganti oleh jaringan tulang sekunder pada orang dewasa, kecuali pada sedikit tempat di tubuh, misalnya dekat sutura tulang pipih tengkorak, di alveolus gigi, dan pada insersi beberapa tendo. Selain berkat serat kolagen tak teratur, ciri tulang primer lain adalah kadar mineral yang lebih rendah (tulang ini lebih mudah ditembus sinar X) dan proporsi osteosit lebih banyak daripada osteosit jaringan tulang sekunder.1Jaringan tulang sekunder adalah jenis jaringan yang biasanya dijumpai pada orang dewasa. Jaringan tersebut secara khas memperlihatkan serat-serat kolagen yang tersusun dalam lamela (tebal 3-7 mikrometer) yang sejajar satu sama lain atau tersusun secara konsentris mengelilingi kanal vaskular. Seluruh lamel tulang tulang konsentrik mengelilingi suatu saluran yang mengandung pembuluh darah, saraf, dan jaringan ikat longgar, yang disebut sistem Havers atau osteon. Lakuna dengan osteosit di dalamnya terdapat di antara dan kadang-kadang di dalam lamela. Di setiap lamela, serat kolagen tersusun paralel. Endapan materi amorf yang disebut substansi semen, mengelilingi setiap sistem Havers dan terdiri atas matriks bermineral dengan sedikit serat kolagen.1Pada tulang kompakta (misalnya diafisis tulang panjang), lamela memiliki susunan khas yang terdiri atas sistem Havers, lamela sirkumferens luar, lamela sirkumferens dalam, dan lamela interstisial. Lamela sirkumferens dalam berlokasi di sekitar rongga sumsum dan lamela sirkumferens luar terdapat tepat di bawah periosteum. Terdapat lenih banyak lamela luar daripada lamela dalam. Di antara kedua sistem sirkumferensial tersebut, terdapat banyak sistem Havers, termasuk kelompok lamela berbentuk tak teratur, yang disebut lamela interstisial atau intermediat. Struktur ini merupakan lamela yang tersisa dari sitem Havers yang dihancurkan selama pertumbuhan dan remodeling tulang terjadi.1Setiap sistem Havers merupakan suatu silinder panjang, seringkali bercabang dua, dan sejajar terhadap sumbu panjang diafisis. Sistem ini terdiri atas sebuah saluran di pusat yang dikelilingi 4-20 lamela konsentris. Setiap saluran yang berlapiskan endosteum mengandung pembuluh daraf, saraf, dan jaringan ikat longgar. Kanal Havers ini berhubungan dengan rongga sumsum, periosteum, dan saling berhubungan melalui kanal Volkmann yang melintang atau oblik. Kanal Volkmann tak memiliki lamela konsentris; sebaliknya, kanal-kanal tersebut menerobos lamela. Semua kanal vaskular di jaringan tulang akan dijumpai bila matriks terletak di sekitar pembuluh darah yang sudah ada.1Pemeriksaan sistem Havers dengan cahaya polarisasi memperlihatkan lapisan-lapisan anistrop terang yang diselingi lapisan isotrop gelap. Bila diamati di bawah cahaya polarisasi tegak lurus terhadap panjangnya, serat kolagen terlihat birefringen (anistropik). Lapisan terang dan gelap tersebut disebabkan perubahan orientasi serat-serat kolagen dalam lamela. Di setiap lamela, serat-serat terletak paralel satu sama lain dan jalannya berpilin. Akan tetapi, puncak pilinan (heliks) berbeda-beda untuk berbagai lamela sehingga di sembarang titik, serat-serat dari lamel yang bersebelahan saling menyilang kurang lebih tegak lurus. Karen jaringan tulang selalu mengalami remodelling, terdapat variasi besar dalam diameter kanal Havers. Setiap sistem dibentuk oleh tumpukan lamela, dari luar ke dalam sehingga sistem yang lebih muda memiliki kanal yang lebih besar. Pada sistem Havers dewasa, lamela yang baru terbentuk letaknya paling dekat dengan kanal sentral.1

Histogenesis TulangTulang 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).1Osifikasi intramembranosa, yang terjadi pada kebanyakan tulang pipih, disebut demikian karena terjadi di dalam kondensasi jaringan mesenkim. Tulang frontal dan parietal tengkorak, selain bagian tulang oksipital dan temporal dan mandibula serta maksila, dibentuk melalui osifikasi intramembranosa. Proses ini juga ikut dalam pertumbuhan tulang-tulang pendek, dan penebalan tulang panjang. Pada lapisan kondensasi mesenkim, titik awal osifikasi disebut pusat osifikasi primer. Proses diawali saat sekelompok sel berkembang menjadi osteoblas. Osteoblas menghasilkan matriks tulang dan diikuti kalsifikasi, berakibat sebgaian osteoblas dibungkus simpai, yang kemudian menjadi osteosit. Pulau-pulau pembentukan tulang ini membentuk dinding yang membatasi rongga-rongga panjang yang berisi kapiler, sel sumsum

Gambar 1: Osifikasi Intramembranosa6

tulang, dan sel-sel prakembang. Beberapa kelompok demikian hampir serentak muncul di pusat osifikasi sehingga penyatuan dinding menghasilkan struktur mirip spons pada tulang. Jaringan ikat yang tertinggal di antara dinding tulang disusupi pembuluh darah dan sel mesenkim tambahan, yang akan membentuk sel-sel sumsum tulang.1Pusat-pusat osifikasi tulang tumbuh secara radial dan akhirnya menyatu, yang akan menggantikan jaringan ikat asal. Ubun-ubun bayi yang baru lahir, misalny, merupakan daerah lunak pada tengkorak yang sesuai dengan bagian jaringan ikat yang belum mendapat osifikasi. Pada tulang pipih tengkorak terdapat lebih banyak pembentukan tulang daripada resorpsi tulang pada permukaan dalam maupun luar. Jadi, 2 lapisan tulang kompakta (lempeng dalam dan luar) terbentuk, sedangkan bagian pusat (diploe) tetap mempertahankan ciri sponsnya.Bagian lapisan jaringan ikat yang tidak mengalami osifikasi menghasilkan endosteum dan periosteum di tulang intramembranosa.1Osifikasi endokondral terjadi dia dalam sepotong tulang rawan hialin yang bentuknya mirip miniatur tulang yang akan dibentuk. Jenis osifikasi ini pada dasarnya bertanggung jawab atas pembentukan tulang panjang dan pendek.1

Gambar 2: Osifikasi Endokondral6

Osifikasi endokondral tulang panjang meliputi urutan kejadian berikut. Mula-mula, jaringan tulang pertama tampak berupa tabung tulang berongga yang mengelilingi bagian tengah model tulang rawan. Struktur ini, yaitu leher tulang, dihasilkan melalui osifikasi intramembranosa di dalam perikondrium setempat. Pada tahap berikut, tulang rawan setempat mengalami proses degeneratif kematian sel, dengan pembesaran sel (hipertrofi) dan kalsifikasi matriks, yang menghasilkan struktur 3 dimensi yang terdiri atas sisa-sisa matriks tulang rawan yang mengapur. Proses ini dimulai di bagian pusat model tulang rawam (diafisis), tempat masuknya pembuluh darah melalui leher tulang yang sebelumnya telah dilubangi oleh osteoklas, yang membawa masuk sel-sel osteoprogenitor ke daerah tersebut. Berikutnya, osteoblas melekat pada matriks tulang yang telah mengapur dan menghasilkan lapisan-lapisan tulang primer yang mengelilingi sisa matriks tulang rawan. Pada tahap ini, tulang rawan berkapur tampak basofilik, dan tulang primer terlihat esonifilik. Dengan cara ini terbentuk pusat osifikasi primer. Kemudian muncul pusat osifikasi sekunder di bagian ujung yang memebesar di model tulang rawan (epifisis). Selama perluasan dan remodelling berlangsung, pusat osifikasi primer dan sekunder membentuk rongga yang secara berangsur diisi dan dipenuhi oleh sumsum tulang.1Di pusat osifikasi sekunder, tulang rawan tetap ada pada 2 daerah: tulang rawan sendi, yang tetap ada seumur hidup dan tidak ikut dalam pertumbuhan memanjang tulang, dan tulang rawan epifisis, yang juga disebut lempeng epifisis, yang menghubungkan epifisis dengan diafisis. Tulang-tulang epifisis bertanggung jawab atas pertumbuhan memanjang tulang, dan tidak terdapat lagi pada orang dewasa, yang menjadi sebab terhentinya pertumbuhan tulang pada saat dewasa.1Penutupan epifisis mengikuti urutan kronologis sesuai tulang yang bersangkutan dan akan tuntas saat berumur 20 tahun. Pemeriksaan kerangka yang sedang tumbuh dengan sinar X memungkinkan orang menetapkan usia tulang seseorang, dengan memperlihatkan mana epifisis yang terbuka dan yang sudah tertutup. Begitu epifisis sudah menutup, pertumbuhan memanjang tulang tidak dimungkinkan lagi meskipun pelebaran tulang masih mungkin terjadi.1

Osifikasi TulangTulang rawan epifisi dibagi dalam 5 zona, yang dimulai dari sisi epifisis tulang: (1) Zona istirahat, terdiri atas tulang rawan hialin tanpa perubahan morfologi dalam sel, (2) Dalam zona proliferasi, kondrosit cepat membelah dan tersusun dalam kolom-kolom sel secara paralel 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 di antara kondrosit. (4) Zona kalsifikasi tulang rawan, kondrosit mati, septa tipis matriks tulang rawan mengalami pengapuran (kalsifikasi) dengan mengendapnya hidroksi apatit. (5) Di zona osifikasi, muncul jaringan tulang endokondral. Kapiler darah dan sel-sel osteoprogenitor yang dibentuk melalui mitosis sel, berasal dari invasi periosteum ke rongga yang ditinggalkan kondrosit. Sel osteoprogenitor membentuk osteoblas, yang tersebar membentuk lapisan tidak utuh di atas septa matriks tulang rawan berkapur. Akhirnya, osteoblas meletakkan matriks tulang di atas matriks tulang rawan 3 dimensi yang berkapur.1Sebagai kesimpulan, pertumbuhan memanjang tulang-tulang panjang terjadi melalui proliferasi kondrosit dalam lemperng epifisis di dekat epifisis. Pada waktu yang sama, kondrosit sisi diafisis dari lempeng mengalami hipertrofi; matriksnya mengalami perkapuran, dan sel-selnya mati. Osteoblas meletakkan selapis tulang primer pada matriks yang berkapur itu. Karena kecepatan kedua kejadian yang berlawanan ini (proliferasi dan destruksi) kurang lebih sama, tebal lempeng epifisis tidak banyak berubah. Bahkan, lempeng epifisis didesak menjauhi bagian diafisis sehingga tulang tersebut bertambah panjang.1

Gambar 3: Osifikasi Tulang6Fisiologi Anatomi Otot RangkaOtot lurik terdiri dari sel-sel serabut otot multinukleus yang dikelilingi oleh membran plasma yang dapat tereksitasi oleh listrik, yaitu sarkolema. Sel sarabut otot individual yang panjangnya dapat menyamai panjang keseluruhan otot, mengandung berkas banyak miofibril yang tersusun sejajar yang terbenam dalam cairan intrasel dan disebut sarkoplasma. Di dalam cairan ini terdapat glikogen, senyawa berenergi-tinggi ATP dan fosfokreatin, serta enzim-enzim glikolisis.2 Sarkolema adalah membran sel dari serabut otot. Sarkolema terdiri dari membran sel yang sebenarnya, yang disebut membran plasma, dan sebuah lapisan luar yang terdiri dari satu lapisan tipis materi polisakarida yang mengandung sejumlah fibril kolagen tipis. Di setiap ujung serabut otot, lapisan permukaan sarkolema ini bersatu dengan serabut tendon, dan serabut-serabut tendon kemudian berkumpul menjadi berkas untuk membentuk tendon otot dan kemudian menyisip ke dalam tulang.2Retikulum sarkoplasma. Di dalam sarkoplasma juga terdapat banyak retikulum yang mengelilingi miofibril setiap serabut otot disebut retikulum sarkoplasma. Retikulum ini mempunyai susunan khusus yang sangat penting pada pengaturan kontraksi otot. Semakin cepat kontraksi suatu serabut otot, maka serabut tersebut mempunyai banyak retikulum sarkoplasma.2Miofibril: Filamen Aktin dan Miosin. Setiap serabut otot mengandung beberapa ratus sampai beberapa ribu miofibril berupa bulatan-bulatan kecil pada potongan melintang. Setiap miofibril tersusun oleh sekitar 1500 filamen miosin yang berdekatan dan 3000 filamen aktin, yang merupakan molekul protein polimer besar yang bertanggung jawab untuk kontraksi otot sesungguhnya. Filamen-filamen ini dapat dilihat pada pandangan longitudinal dengan mikograf elektron. Hubungan bersebelahan antara filamen miosin dan aktin sulit dipertahankan. Hal ini dipertahankan oleh molekul protein berfilamen yang disebut titin. Setiap molekul titin mempunyai berat molekul sekitar 3 juta, yang menjadikannya protein molekul terbesar dalam tubuh. Karena berfilamen, titin juga sangat elastis. Molekul titin yang elastis ini berfungsi sebagai kerangka kerja yang menahan filamen miosin dan aktin agar tetap berada di tempat sehingga perangkat kontraksi sarkomer akan bekerja. Ada alasan untuk memercayai bahwa molekul titin sendiri berfungsi sebagai pola untuk bagian susunan awal filamen kontraktil sarkomer, terutama filamen miosin.2

Mekanisme Umum Kontraksi OtotTimbul dan berakhirnya kontraksi otot terjadi dalam urutan tahap-tahap berikut:21. Suatu potensial aksi berjalan di sepanjang sebuah saraf sampai ke ujungnya pada serabut otot.2. Di setiap ujung, saraf menyekresi substansi neurotransmiter, yaitu asetilkolin, dalam jumlah sedikit.3. Asetilkolin bekerja pada area setempat pada membran serabut otot untuk membuka banyak kanal bergerbang asetilkolin melalui molekul-molekul protein yang terapung pada membran.4. Terbukanya kanal bergerbang asetilkolin memungkinkan sejumlah besar ion natrium untuk berdifusi ke bagian dalam membran serabut otot. Peristiwa ini akan menimbulkan suatu potensial aksi pada membran.5. Potensial aksi akan berjalan di sepanjang membran serabut otot dengan cara yang sama seperti potensial aksi berjalan di sepanjang mebran serabut saraf.6. Potensial aksi akan menimbulkan depolarisasi membran otot, dan banyak aliran listrik potensial aksi mengalir melalui pusat serabut otot. Di sini, potensial aksi menyebabkan retikulum sarkoplasma melepaskan sejumlah besar ion kalsium, yang telah tersimpan di dalam retikulum ini.7. Ion-ion kalsium menimbulkan kekuatan menarik antara filamen aktin dan miosin, yang menyebabkan kedua filamen tersebut bergeser satu sama lain, dan menghasilkan proses kontraksi.8. Setelah kurang dari satu detik, ion kalsium dipompa kembali ke dalam retikulum sarkoplasma oleh pompa membran Ca++, dan ion-ion ini tetap disimpan dalam retikulum sampai potensial aksi otot yang baru datang lagi; pengeluaram ion kalsium dari otot miofibril akan menyebabkan kontraksi otot terhenti.

Mekanisme Molekular pada Kontraksi OtotPada keadaan relaksasi, ujung-ujung filamen aktin yang memanjang dari dua lempeng Z yang berurutan sedikit saling tumpang tindih satu sama lain. Sebaliknya, pada keadaan kontraksi, filamen aktin ini telah tertarik ke dalam di antara filamen miosin, sehingga ujung0ujungnya sekarang saling tumpang tindih satu sama lain dengan pemanjangan yang maksimal. Lempeng Z juga telah ditarik oleh fialemen aktin sampai ke ujung filamen miosin. Jadi, kontraksi otot terjadi tersebut mekanisme pergeseran filamen.2,5Filamen aktin tergeser ke dalam di antara filamen miosin karena interaksi jembatan silang dari filamen miosin dengan filamen aktin. Pada keadaan istirahat, kekuatan ini tidak aktif, tetapi bila sebuah potensial aksi berjalan di sepanjang membran serabut otot, hal ini akan menyebabkan retikulum sarkolasma melepaskan ion kalsium dalam jumlah besar, yang dengan cepat mengelilingi miofibril. Ion-ion kalsium ini kemudian mengaktifkan kekuatan di antara filamen aktin dan miosin, dan mulai terjadi kontraksi. Tetapi energi juga diperlukan untuk berlangsungnya proses kontraksi. Energi ini berasal dari ikatan berenergi tinggi pada molekul ATP, yang diuraikan menjadi adenesin difosfat (ADP) untuk membebaskan energi.2,5

Hubungan antara Kecepatan Kontraksi dan BebanSebuah otot rangka akan berkontraksi sangat cepat bila ia berkontraksi tanpa melawan beban, mencapai keadaan kontraksi penuh kira-kira dalam 0,1 detik untuk otot rata-rata. Bila beban diberikan, kecepatan kontraksi akan menurun secara prograsif seiring dengan penambahan beban. Jadi, bila beban telah ditingkatkan sampai sama dengan kekuatan maksimum yang dapat dilakukan otot tersebut, kecepatan kontraksi menjadi nol dan tidak terjadi kontraksi sama sekali, walaupun terjadi aktivasi serabut otot.2Penurunan kecepatan kontraksi dengan beban ini disebabkan oleh kenyataan bahwa beban pada otot adalah kekuatan berlawanan arah yang melawan kekuatan kontraksi akibat kontraksi otot. Oleh karena itu, kekuatan netto yang tersedia untuk menimbulkan kecepatan pemendekan akan berkurang secara sesuai.2Bila suatu otot berkontraksi melawan suatu beban, otot ini akan melakukan kerja. Hal ini berarti bahwa ada energi yang dipindahkan dari otot ke beban eksternal, sebagai contoh, untuk mengangkat suatu objek ke tempat yang lebih tinggi atau untuk mengimbangi tahanan pada waktu melakukan gerak.2

Sendi Lutut pada ManusiaPersendian atau artikulasio adalah hubungan antara dua buah tulang atau lebih yang dihubungkan melalui pembungkus jaringan ikat pada bagian luar dan pada bagian dalam terdapat rongga sendi dengan permukaan tulang yang dilapisi oleh tulang rawan. Fungsi dari sendi secara umum adalah untuk melakukan gerakan pada tubuh. Sendi lutut merupakan bagian dari extremitas inferior yang menghubungkan tungkai atas (paha) dengan tungkai bawah. Fungsi dari sendi lutut ini adalah untuk mengatur pergerakan dari kaki. Dan untuk mengerakkan kaki ini juga diperlukan antara lain:3 Otot-otot yang membantu menggerakkan sendi Capsul sendi yang berfungsi untuk melindungi bagian tulang yang bersendi supaya jangan lepas bila bergerak Adanya permukaan tulang yang dengan bentuk tertentu yang mengatur luasnya gerakan. Adanya cairan dalam rongga sendi yang berfungsi untuk mengurangi gesekan antara tulang pada permukaan sendi. Ligamentum-ligamentum yang ada di sekitar sendi lutut yang merupakan penghubung kedua buah tulang yang bersendi sehingga tulang menjadi kuat untuk melakukan gerakan-gerakan tubuh.Sendi lutut ini termasuk dalam jenis sendi engsel (articulatio ginglymus), yaitu pergerakan dua condylus femoris diatas condylus tibiae. Gerakan yang dapat dilakukan oleh sendi ini yaitu gerakan fleksi, ekstensi dan sedikit rotasi. Jika terjadi gerakan yang melebihi kapasitas sendi maka akan dapat menimbulkan cedera yang antara lain terjadi robekan pada kapsul dan ligamentum di sekitar sendi.Gerakan fleksi dilaksanakan oleh m.biceps femoris, semimembranosus, dan semitendinosus, serta dibantu oleh m.gracilis, m. Sartorius dan m. Popliteus. Fleksi sendi lutut dibatasi olhe bertemunya tungkai bawah bagian belakang dengan paha. Ekstensi dilaksanakan oleh m. quadriceps femoris dan dibatasi mula-mula oleh ligamentum cruciatum anterior yang menjadi tegang. Ekstensi sendi lutut lebih lanjut disertai rotasi medial dari femur dan tibia serta ligamentum collaterale mediale dan lateral serta ligamentum popliteum obliquum menjadi tegang , serat-serat posterior ligamentum cruciatum posterior juga di eratkan. Sehingga sewaktu sendi lutut mengalami ekstensi penuh ataupun sedikit hiper-ekstensi , rotasi medial dari femur mengakibatkan pemutaran dan pengetatan semua ligamentum utama dari sendi, dan lutut berubah menjadi struktur yang secara mekanis kaku. Rotasi femur sebenarnya mengembalikan femur pada tibia , dan cartilago semilunaris

Gambar 4: Anatomi Sendi Lutut pada Manusia dari Sisi Anterior3

dipadatkan mirip bantal karet diantara condylus femoris dan condylus tibialis. Lutut berada dalam keadaan hiper-ekstensi dikatakan dalam keadaan terkunci.3Selama tahap awal ekstensi , condylus femoris yang bulat menggelinding ke depan mirip roda di atas tanah, pada permukaan cartilago semilunaris dan condylus lateralis. Bila sendi lutut di gerakkan ke depan , femur ditahan oleh ligamentum cruciatum posterior, gerak menggelinding condylus femoris diubah menjadi gerak memutar. Sewaktu ekstensi berlanjut , bagian yang lebih rata pada condylus femoris bergerak kebawah dan cartilago semilunaris harus menyesuaikan bentuknya pada garis bentuk condylus femoris yang berubah. Selama tahap akhir ekstensi , bila femur mengalami rotasi medial, condylus lateralis femoris bergerak ke depan, memaksa cartilago semilunaris lateralis ikut bergerak ke depan. Sebelum fleksi sendi lutut dapat berlangsung , ligamentum-ligamentum utama harus mengurai kembali dan mengendur untuk memungkinkan terjadinya gerakan diantara permukaan sendi. Peristiwa mengurai dan terlepas dari keadaan terkunci ini dilaksanakan oleh m. popliteus, yang memutar femur ke lateral pada tibia. Sewaktu condylus lateralis femoris bergerak mundur , perlekatan m. popliteus pada cartilago semilunaris lateralis akibatnya tertarik kebelakang. Sekali lagi cartilago semilunaris harus menyesuaikan bentuknya pada garis bentuk condylus yang berubah. Bila sendi lutut dalam keadaan fleksi 90 derajat , maka kemungkinan rotasi sangat luas. Rotasi medial dilakukan m. sartorius, m. gracilis dan m. semitendinosus. Rotasi lateral dilakukan oleh m. biceps femoris.3 Pada posisi fleksi, dalam batas tertentu tibia secara pasif dapat di gerakkan ke depan dan belakang terhadap femur , hal ini dimungkinkan karena ligamentum utama , terutama ligamentum cruciatum sedang dalam keadaan kendur. Jadi disini tampak bahwa stabilitas sendi lutut tergantung pada kekuatan tonus otot yang bekerja terhadap sendi dan juga oleh kekuatan kigamentum. Dari faktor-faktor ini , tonus otot berperan sangat penting, dan menjadi tugas ahli fisioterapi untuk mengembalikan kekuatan otot ini , terutama m. quadriceps femoris, setelah terjadi cedera pada sendi lutut.3

Komposisi Columna VertebralisPunggung, yang terbentang dari cranium sampai ke ujung os coccygis dapat disebut sebagai permukaan posterior truncus. Scapula dan otot-otot yang menghubungkan scapula ke truncus menutupi bagian atas permukaan posterior thorax.4Columna vertebralis merupakan pilar utama tubuh, dan berfungsi menyanggah cranium, gelang bahum ekstremitas superior, dan dinding thorax serta melalui gelang panggul meneruskan berat badan ke ekstremitas inferior.4

Gambar 5 : Columna Vertebralis

Di dalam rongganya terletak medulla spinalis, radix nervi spinales, dan lapisan penutup meningen, yang dilindungi oleh columna vertebralis.4Columna vertebralis terdiri atas 33 vertebrae, yaitu 7 vertebra cervicalis, 12 vertebra thoracicus, 5 vertebra lumbalis, 5 vertebra sacralis (yang bersatu membentuk os sacrum), dan 4 vertebra coccygis (tiga yang dibawah umumnya bersatu). Struktur columna ini fleksibel, karena columna ini bersegmen-segmen dan tersusun atas vertebrae, sendi-sendi, dan bantalan fibrocartilago yang disebut discus invertebralis. Discus invertebralis membentui kira-kira seperempat panjang columna.4

Ciri-ciri Umum VertebraWalaupun memperlihatkan berbagai regional, semua vertebra mempunyai pola yang sama. Vertebra tipikal terdiri atas corpus yang bulat di anterior dan arcus vertebrae di posterior. Keduanya melingkupi sebuah tuang disebut foramen vertebralis, yang dilalui oleh medulla spinalis dan bungkus-bungkusnya. Arcus vertebrae terdiri atas sepasang pediculus yang berbentuk silinder, yang membentuk sisi-sisi arcus, dan sepasang lamina gepeng yang melengkapi arcus dari posterior. Arcus vertebrae mempunyai tujuh processus yaitu satu processus spinosus, dua processus transversus, dan empat processus articularis. Processus spinosus atau spina, menonjol ke posterior dari pertemuan kedua laminae. Processus transversus menonjol ke lateral dari pertemuan lamina dan pediculus. Processus spinosus dan processus transverus berfungsi sebagai pengungkit dan menjadi tempat melekatnya otot dan ligamentum. Processus articularis superior tereletak vertikal dan terdiri atas dua processus articularis superior dan dua processus articularis inferior. Processus ini menonjol dari pertemuan antara lamina dan pediculus, dan facies articularisnya diliputi oleh cartilago hyaline. Kedua processus articularis superior dari sebuah arcus vertebrae bersendi dengan kedua processus articularis, inferior dari arcus yang ada di atasnya, membentuk sendi sinovial.4Pediculus mempunyai lekuk pada pinggir atas dan bawahnya, membentuk incisura vertebralis superior dan inferior. Pada masing-masing sisi, incisura vertebralis superior sebuah vertebra dan incisura vertebralis inferior dari vertebra di atasnya membentuk foramen invertebrale. Vertebra cervikalis yang khas mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:41. Processus transversus mempunyai foramen transversum untuk tempat lewatnya a. Vertebralis dan v. Vertebralis2. Spina kecil dan bifida3. Corpus kecil dan lebar dari sisi ke sisi4. Foramen vertebrale besar dan berbentuk segitiga.5. Processus articularis superior mempunyai facies yang menghadap ke belakang dan atas; processus articularis inferior mempunyai facies yang menghadap ke bawah dan depan.Vertebra cervikalis yang tidak khas (I atau atlas, II, dan VII) mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:41. Tidak mempunyai corpus2. Tidak mempunyai processus spinosus3. Mempunyai arcus anterior dan arcus posterior4. Mempunyai massa lateralis pada masing-masing sisi dengan facies articularis pada permukaan atasnya untuk bersendi dengan condylus occipitalis (articulatio atlanto-occipitalis) dan facies articularis pada permukaan bawahnya untuk bersendi dengan axis (articulasio atlanto-axialis) Vertebra cervicalis II atau axis mempunyai dens yang mirip pasak, yang menonjol ke atas dari permukaan superior corpus (mewakili corpus atlas yang telah bersatu dengan corpus axis). Vertebra cervicalis VII atau vertebra prominens, diberi nama demikian karena mempunyai processus spinosus yang paling panjang dan processus itu tidak bifida. Processus transversus besar. Tetapi foramen transversarium kecil dan dilalui oleh v. Vertebralis.4Sebuah vertebra thoracica (thoracalis) yang khas mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:41. Corpus berukuran sedang dan berbentuk jantung2. Foramen vertebrale kecil dan bulat3. Processus spinosus panjang dan miring ke bawah4. Fovea costalis terdapat pada sisi-sisi corpus untuk bersendi dengan capitulum costae.5. Fovea costalis terdapat pada processus transversus untuk bersendi dengan tuberculum costae.6. Processus articularis superior mempunyai facies yang menghadap ke belakang dan lateral, sedangkan facies pada articularis inferior menghadap ke depan dan medial. Processus articularis inferior vertebra.Vertebra lumbalis yang khas mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:41. Corpus besar dan berbentuk ginjal2. Pediculus kuat dan mengarah ke belakang3. Lamina tebal4. Foramin vertebrale berbentuk segitiga5. Processus transversus panjang dan langsing6. Processus spinosus pendek, rata, dan berbentuk segiempat dan mengarah ke belakang7. Facies articularis processus articularis superior menghadap ke medial dan facies articularis inferior menghadap ke lateral. Vertebra lumbalis tidak mempunyai facies articularis untuk bersendi dengan costae dan tidak ada foramina pada processus transversus.

Gambar 7: Atlas8 8Axis\AGambar 6 : Axis7

Gambar 8 : Lumbales

Os Sacrum dan Os CoccygisOs sacrum terdiri atas lima vertebra rudimenter yang bergabung menjadi satu membentuk sebuah tulang berbentuk baji yang cekung di anterior. Pinggir atas atau basis tulang bersendi dengan vertebra lumbalis V. Pinggir bawah yang sempit bersendi dengan os coccygis. Di lateral, os sacrum bersendi dengan dua os coxae untuk membentuk articulatio sacroiliaca. Pinggir anterior dan atas vertebra menonjol ke depan sebagai margo posterior apertura pelvis superior dan dikenal sebagai promontorium sacralis. Promontorium sacralis pada perempuan penting untuk obstetri, dan digunakan pada waktu menentukan ukuran pelvis.4Terdapat foramina vertebralis dan membentuk canalis sacralis. Lamina vertebra sacralis kelima dan kadang-kadang juga vertebra sacralis keempat tidak mencapai garis tengah dan membentuk hiatus sacralis. Os coccygis terdiri atas empat vertebra yang berfusi membentuk sebuah tulang segitiga kecil, yang basisnya bersendi dengan ujung bawah sacrum. Vertebra coccygis pertama biasanya tidak berfusi, atau berfusi tidak lengkap dengan vertebra coccygeus kedua.4

KesimpulanBerdasarkan sumber yang di dapat, kerja tulang dipengaruhi oleh mekanisme kontraksi dan beban yang digunakan saat melakukan kerja untuk manusia yang pertumbuhan dan komposisi tulang dalam keadaan normal. Ada hubungan erat antara kerja tulang dan mekanisme kontraksi. Yaitu terjadinya kontraksi saat kita melakukan kerja mengangkat suatu beban.

Daftar Referensi1. Junqueira LC, Carneiro J. Histologi dasar: teks dan atlas. Ed 10. Jakarta: EGC; 2007.h.134-442. Guyton AC, Hall JE. Buku ajar fisiologi kedokteran. Ed 11. Jakarta: EGC; 2008.h.74-813. Lumongga F. Sendi lutut. Diunduh dari: http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/3476/1/anatomi-fitriani.pdf, 24 Maret 20114. Snell RS. Anatomi klinik untuk mahasiswa kedokteran. Ed 6. Jakarta: EGC; 2006.h.881-65. Murray RK, Granner DK, Rodwell VW. Biokimia harper. Ed 27. Jakarta: EGC; 2009.h.5826. Gilbert SF. Developmental biology. Ed 6. Diunduh dari: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10056/, 24 Maret 20117. Singh AP. Human spine-anatomy of second cervical vertebra or axis. Diunduh dari: http://boneandspine.com/musculoskeletal-anatomy/human-spine-anatomy-of-second-cervical-vertebra-or-axis/, 24 Maret 20118. Bjorkegren ME. Handbook of anatomy for student of massage. Diunduh dari: http://chestofbooks.com/health/body/massage/Handbook-Of-Anatomy-For-Students-Of-Massage/Atlas.html, 24 Maret 20112