FISIOLOGI OTOT

SISTEM SARAF PUSAT(Otak & Med.Spinalis)

BagianAferen SISTEM SARAF TEPI

Saraf MotorikOtonom

Simpatis Parasimpatis

BagianEferenSaraf Motorik

Somatik

Otot Polos

Somatik ViseralOtot Jantung Otot Rangka

Kelenjar

Organ RESEPTOR Organ EFEKTOR

SIFAT-SIFAT KHUSUS OTOT� Mudah terangsang (irritability)

� Mudah berkontraksi (contractility)� Dapat melebar (extensibility)� Dapat diregang (elasticity)� Mempunyai irama kontraksi (otot jantung)

JENIS OTOT� Otot rangka

� Otot polos� Otot jantung

PERBEDAAN OTOT

Item Otot rangka Otot polos Otot jantungpembeda

Struktur Bergaris lintang Polos Bergaris lintangTidak ada Ada syncitium Ada syncitiumsyncitium

Persarafan Saraf tepi Saraf otonom Saraf otonom

Fungsi volunter involunter involunter

Letak Pada rangka Pada alat dalam,Pada jantungp.d.

Kontraksi Tdk ada irama Tdk ada irama Ada irama

Struktur Otot RangkaTendon

Hampir semua otot rangka menempel pada tulang. Tendon:jaringan ikat fibrosa (tdk elastis) yang tebal dan berwarna putihyg menghubungkan otot rangka dengan tulang.

TENDON

Struktur Otot Rangka

OtotSerat otot rangkamrpkn kumpulanfasciculus (sel ototberbentuk silindris ygdiikat oleh jaringanikat).Seluruh serat ototdihimpun menjadi satuoleh jaringan ikat ygdisebut epimysium(fascia).

Struktur Otot RangkaMotor end plates

merupakan tempat inervasi ujung-ujung saraf pada otot.

Motor end plates

Struktur Otot RangkaSerat otot

Unit struktural jaringan otot ialah serat otot. Serat otot rangkaberdiameter 0,01-0,1 mm dgn panjang 1-40 mm. Besar dan junlahjaringan, terutama jaringan elastik, akan meningkat sejalan denganpenambahan usia. Setiap 1 serat saraf dilapisi oleh jaringan elastiktipis yg disebut sarcolemma. Protoplasma serat otot uang berisimateri semicair disebut sarkoplasma. Di dalam matriks serat ototterbenam unit fungsional otot berdiameter 0,001 mm yg disebutmiofibril.

Struktur Otot Rangka

Serat otot (lanjutan)Di bawah mikroskop, miofibril akan tampak spt pita gelap & terangyang bersilangan. Pita gelap (thick filament) dibentuk oleh miosin,dan pita terang (thin filament) dibentuk oleh aktin, troponin &tropomiosin)

Struktur Otot RangkaRetikulum sarkoplasma

Jejaring kantung dan tubulus yang terorganisir pada jaringan ototdisebut dgn retikulum sarkoplasma. Organel ini mirip dgn retikulumendoplasma di sel lain. Retikulum sarkoplasma tdd tubulus-tubulusyg sejajar dg miofibril, yg pd garis Z dan zona H bergabungmembentuk kantung (lateral sac) yang dekat dengan sistem tubulustransversal (Tubulus T). Retikulum sarkoplasma mrpkn tempatpenyimpanan ion Ca2+. Tubulus T mrpn saluran untuk berpindahnyacairan yang mengandung ion.Tubulus T dan retikulum sarkoplasma berperan dlm metabolisme,eksitasi, dan kontraksi otot.

Struktur Otot Rangka• Junction neuromuskular– Titik dimana akson dari saraf motorik

mendekati serat otot. – Terminal akson tidak menyentuh otot

tetapi mendekati. Ruang antara akson dan sel otot disebut sinaps.

– Pada ujung terminal akson terdapat kantung kecil yang berisi neurotransmitter yang disebut asetilkolin.

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

K

Serat Otot Rangka (cont’d)

1. Serat otot terdiri atas ratusan-ribuan miofibril2. Miofibril terdiri atas ± 1500 filamen miosin dan3000 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

Karakteristik Molekular Filamen Kontraktil

Filamen mosin- Kepala dari cross-bridgesmiosin mengandung ATP-ase Body

Filamen aktin

Cross bridges HingesFilamen miosin

Filamen aktin:- Pita aktin F: double-strand

- Molekul aktin G: ditempeli ADP → ‘active site’ → interaksidengan 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

Mekanisme Umum Kontraksi Otot

1. Potensial aksi dari syaraf motorik sampai ke neuro-muscular junction (end-plate) → potensial end-plate

2. Sekresi neurotransmitter asetilkolin dari ujung syaraf3. Acetylcholine-gated channel di membran otot terbuka4. Ion Na masuk ke dalam serat otot → potensial aksi5. Potensial aksi menyebar di sepanjang membran serat otot6. Timbul depolarisasi sampai ke retikulum sarkoplasmik →

ion Ca di lepaskan ke miofibril7. Ion Ca menginisiasi proses atraksi aktin dan miosin →

sliding aktin dan miosin → kontraksi8. Pompa Ca mengembalikan ion Ca ke retikulum

sarkoplasmik → kontraksi berhenti (relaksasi)

Mekanisme Molekular Kontraksi OtotFilamen aktin

� Interaksi miosin,filamen aktin, dan ion

Ca menyebabkankontraksi

Movement Active sites

Power

strokeHinges

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 padagerakan kepala miosin

Peristiwa kimia pada gerakan kepala miosin

1. Sebelum kontraksi dimulai: kepala ‘cross-bridge’ berikatandengan ATP. ATP-ase segera memecah ATP → terbentuk ADPdan 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 Piterlepas dari kepala dan di tempat itu berikatan ATP baru,sehingga kepala ‘cross-bridge’ terlepas dari aktin

5. ATP berikatan → ‘power stroke’ dan seterusnya sampaifilamen aktin menarik membran Z → kontraksi

Energi Kontraksi Otot

� Pemakaian energi pada kontraksi otot

Supply energi: ATP yang digunakan untuk

- sliding aktin-miosin (terutama)

- memompakan ion Ca dari sarkoplasmakembai ke dalam retikulum sarkoplasmiksetelah kontraksi selesai

- memompakan ion Na dan K

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 reposforilasimenjadi 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 yangdiperlukan untuk kontraksi otot jangka panjang

� 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 menituntuk metabolisme aerobik- Setelah exercise selesai:

> cadangan O2 harus diganti kembali melalui respirasi> diperlukan 9 L tambahan O2 untuk penggantian

sistem posfagen dan sistem laktatJumlah O2 yang harus dibayar ini disebut hutang O2

Karakteristik Kontraksi OtotStimulating

� Kontraksiisometrik :

Sewaktu kontraksi:- Panjang otot tetap

(tidak terjadipemendekan otot)

- Tonus otot meningkat

electrode

Electronic forcetransducer

Ke electronicrecordr

Karakteristik Kontraksi Otot (cont’d)

Stimulatingelectrode

� Kontraksiisotonik:

KimografSewaktu kontraksi:

- Otot memendek

otot

- Tonus otot tetap

Timbangan

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 sarkoplasmikekstensif,

- Metabolisme utama non-oksidatif (anaerobik) →

> Jumlah enzim glikolitikbanyak,

> 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

Mekanika Kontraksi Otot Rangka

� Unit motorik (motor unit), adalah:Semua serat otot yang disyarafi oleh satuserat syaraf motorik yang sama →- Otot cepat dan gerakan halus: sedikit jumlahserat otot dalam satu motor unit- Otot lambat dan gerakan kasar: banyak jumlahserat otot dalam satu motor unit

Serat-serat otot dari suatu unit motorikinterdigitasi (overlapping) dengan serat-serat otot dari motor unit yang lain

Mekanika Kontraksi Otot Rangka (cont’d)

� Sumasi kontraksi :

1. Sumasi serat- Size principle: signal lemah akan menimbulkan

kontraksi otot dalam unit motorik kecil, tetapibegitu kekuatan signal telah meningkat, makaunit motorik besar akan ikut berkontraksi, sebab:> unit motorik kecil di syarafi oleh serat syaraf

motorik kecil pula, dan

> neuron motorik (motoneuron) kecil di medulaspinalis lebih excitable

Mekanika Kontraksi Otot Rangka (cont’d)

� Sumasi kontraksi:2. Sumasi frekuensi

→ tetanisasi

- Peningkatan frekuensi →level kritis → kontraksimenyatu → tetanisasikemudian tinggi kontraksitidak lagi bertambah

- Penyebabnya: kadar ion Cadi dalam sarkoplasma diantara potensial aksi tetaptinggi, karena tidak sempatrelaksasi

l l l l l l l l l l l5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Kecepatan stimulasi

Mekanika Kontraksi Otot Rangka (cont’d)

� Tonus otot rangka:- Disebabkan oleh sejumlah impuls yang terusmenerus dikirimkan dari medula spinalis

- Dikontrol oleh:

> impuls dari otak ke neuron motorikanterior medula spinalis

> impuls dari muscle spindle ke medulaspinalis

Mekanika Kontraksi Otot Rangka (cont’d)

� Kelelahan otot:- Otot yang berkontraksi kuat secara terusmenerus → kelelahan

- Penyebab:> kehabisan cadangan glikogen> transmisi signal melalui neuromuscular

junction berkurang> gangguan aliran darah akan mempercepat

kelelahan karena gangguan suplai nutrienterutama O2

Remodelling Otot

- Remodelling dilakukan terus menerus untukmenyesuaikan 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

� 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

Rigor Mortis

� Kontraktur yang terjadi beberapa jamsetelah meninggal

� Penyebab: hilangnya semua ATP → gagalrelaksasi otot

� Rigor mortis hilang setelah 15 - 25 jam,bila protein otot sudah mengalamipenghancuran akibat proses otolisis olehenzim lisosom

� Proses otolisis lebih cepat pada temperaturtinggi

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)

K

K

Tipe Otot PolosOtot 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

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 Filamenaktin miosin

Densebodies

Proses kontraksi otot polos� Kekhasan otot polos visera :ketidakmantapan potensial membrannyadan adanya kontraksi yangberkesinambungan, tidak teratu dan tidaktergantung persarafan

� Potensial membran tidak memiliki nilaipotensial istirahat yang sebenarnya

OTOT JANTUNG

Otot jantung� Memiliki diskus interkalaris dan sistem T, yang

memudahkan penyebaran potensial aksi, sepertisinsitium

� Mempunyai miosin, aktin, tropomiosin dantroponin dalam berbagai isoform, jugamengandung distrofin

� Potensial aksi dipertahankan oleh saluran kalsiumlambat

� Memiliki masa refrakter absolut, sehingga ototjantung tidak bisa mengalami tetani

� Hubungan natar anjang serat otot dan tegangan� Metabolisme otot jantung

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, 23rdEdition (LANGE Basic Science) by Kim E. Barrett,Susan M. Barman, Scott Boitano, and HeddwenBrooks

� Human Physiology: From Cells to Systems byLauralee Sherwood

http://www.teesnthings.com/index.asp?PageAction=VIEWPROD&ProdID=567