Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

FISIOLOGI OTOTDetty Iryani

Bagian FisiologiFakultas Kedokteran UNAND

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

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

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

JENIS OTOTOtot rangkaOtot polosOtot jantung

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

PERBEDAAN OTOT

Item pembeda

Otot rangka Otot polos Otot jantung

Struktur Bergaris lintangTidak adasyncitium

PolosAda syncitium

Bergaris lintangAda 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

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

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 miofibril2.Miofibril terdiri atas ± 1500 filamen miosin dan

3000 filamen aktin3.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

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

Karakteristik Molekular Filamen KontraktilFilamen mosin- Kepala dari cross-bridges miosin mengandung ATP-ase

Filamen aktin

Filamen miosinBody HingesCross bridges

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 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)

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Interaksi miosin, filamen aktin, dan ion Ca menyebabkan kontraksi

Mekanisme Molekular Kontraksi Otot

Filamen miosin

Filamen aktinActive sites

Power stroke

Hinges

Movement

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

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 ototSupply 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 untuk kontraksi otot jangka panjang

Kuliah 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 laktatJumlah O2 yang harus dibayar ini disebut hutang O2

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Karakteristik Kontraksi Otot

Kontraksi isometrik:

Sewaktu kontraksi:- Panjang otot tetap

(tidak terjadi pemendekan otot)

- Tonus otot meningkat

Stimulating electrode

Electronic forcetransducer

Ke electronic recordr

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Karakteristik Kontraksi Otot (cont’d)

Kontraksi isotonik:

Sewaktu kontraksi:

- Otot memendek

- Tonus otot tetap

Stimulating electrode

Kimograf otot

Timbangan

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Karakteristik Kontraksi Otot (cont’d)

Serat otot cepat- Ukuran serat besar- Perlu banyak ion Ca →retikulum sarkoplasmik ekstensif,

- Metabolisme utama non-oksidatif (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

Karakteristik kontraksi berbagai serat otot:Karakteristik kontraksi berbagai serat otot:Otot kontraksi cepat dan lambat

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 serat-serat 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

Keku

atan

kon

trak

si o

tot

Kecepatan stimulasi

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

tetanisasi

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

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

Otot polos multi-unit:Serat ototnya terpisah, tidak menyatuSetiap serat otot bekerja secara terpisahSetiap serat otot disyarafi satu serat syarafContoh: m. ciliaris mata, m. erector pili

Otot polos single-unit: Serat otot menyatu, membran selnya membentuk ‘gap junction’ → penyebaran ion → potensial aksiBerkontraksi bersamaanContoh: usus, saluran empedu, ureter, uterus, beberapa

pembuluh darahDisebut juga otot polos singsisium atau otot polos viseral

Tipe Otot Polos

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

Filamen aktin

Filamen miosin

Densebodies

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Proses kontraksi otot polosKekhasan otot polos visera : ketidakmantapan potensial membrannyadan adanya kontraksi yang berkesinambungan, tidak teratu dan tidaktergantung persarafanPotensial membran tidak memiliki nilaipotensial istirahat yang sebenarnya

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

OTOT JANTUNG

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Otot jantungMemiliki diskus interkalaris dan sistem T, yang memudahkan penyebaran potensial aksi, sepertisinsitiumMempunyai miosin, aktin, tropomiosin dantroponin dalam berbagai isoform, jugamengandung distrofinPotensial aksi dipertahankan oleh saluran kalsiumlambatMemiliki masa refrakter absolut, sehingga ototjantung tidak bisa mengalami tetaniHubungan natar anjang serat otot dan teganganMetabolisme otot jantung

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

ReferensiText Book of Medical Physiology (11th) by Guyton and HallPrinciples of Anatomy and Physiology (Tortora,Principles of Anatomy and Physiology)by Gerard J. Tortora and Bryan H. DerricksonGanong's Review of Medical Physiology, 23rd Edition (LANGE Basic Science) by Kim E. Barrett, Susan M. Barman, Scott Boitano, and HeddwenBrooks Human Physiology: From Cells to Systems by Lauralee Sherwood

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV