fisiologi otot - pendidikan dokter unand 2011 · pdf file> cadangan o2 harus diganti...

FISIOLOGI OTOT

Detty Iryani

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Detty Iryani

Bagian Fisiologi

Fakultas Kedokteran UNAND

SIFAT-SIFAT KHUSUS OTOT

� Mudah terangsang (irritability)

� Mudah berkontraksi (contractility)

� Dapat melebar (extensibility)

� Dapat diregang (elasticity)


� Dapat diregang (elasticity)

� Mempunyai irama kontraksi (otot jantung)

JENIS OTOT

� Otot rangka

� Otot polos

� Otot jantung


PERBEDAAN OTOT

Item pembeda

Otot rangka Otot polos Otot jantung

Struktur 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

FISIOLOGI ANATOMI OTOT RANGKA

Serat Otot Rangka:

� Merupakan sel otot

� Membran: - sarkolema

� Plasma: - sarkoplasma


� 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

Serat Otot Rangka (cont’d)

1.Serat otot terdiri atas ratusan-ribuan miofibril2.Miofibril terdiri atas ± 1500 filamen miosin dan 3000 filamen aktin

3.Miofibril beruas-ruas:- warna terang: aktin → I band (isotropic)


- 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

Filamen aktin:

- Pita aktin F: double-strand

Karakteristik Molekular Filamen Kontraktil

Filamen mosin

- Kepala dari cross-bridges miosin mengandung ATP-ase

Filamen aktin

Filamen miosinBody HingesCross bridges


- 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

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 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


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)

� Interaksi miosin,

filamen aktin, dan ion

Ca menyebabkan

kontraksi

Mekanisme Molekular Kontraksi Otot

Filamen miosin

Filamen aktin

Active 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

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


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

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

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

� 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


- 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

Karakteristik Kontraksi Otot

�Kontraksi isometrik:

Sewaktu kontraksi:

Stimulating electrode


- Panjang otot tetap(tidak terjadi pemendekan otot)

- Tonus otot meningkat

Electronic forcetransducer

Ke electronic recordr

Karakteristik Kontraksi Otot (cont’d)

�Kontraksi

isotonik:

Sewaktu kontraksi:

Stimulating electrode

Kimograf otot


Sewaktu kontraksi:

- Otot memendek

- Tonus otot tetap

Kimograf otot

Timbangan

Karakteristik Kontraksi Otot (cont’d)

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

Serat otot lambat

- Ukuran serat lebih kecil

- Metabolisme utama oksidatif

→ perlu banyak O2 →

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


ekstensif, - Metabolisme utama non-oksidatif (anaerobik) →> Jumlah enzim glikolitik

banyak,> Suplai darah sedikit, > Mitokondria sedikit> Mioglobin sedikit →

warna otot lebih pucat

→ 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 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-serat otot dari suatu unit motorik interdigitasi (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, tetapi

begitu kekuatan signal telah meningkat, maka


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


� Sumasi kontraksi:

2. Sumasi frekuensi→ tetanisasi

- Peningkatan frekuensi →level kritis → kontraksi

Kekuatan kontraksi otot


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

Kecepatan stimulasi

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


� Tonus otot rangka:

- Disebabkan oleh sejumlah impuls yang terus

menerus dikirimkan dari medula spinalis

- Dikontrol oleh:


- Dikontrol oleh:

> impuls dari otak ke neuron motorik

anterior medula spinalis

> impuls dari muscle spindle ke medula

spinalis


� Kelelahan otot:

- Otot yang berkontraksi kuat secara terus

menerus → kelelahan

- Penyebab:

> kehabisan cadangan glikogen


> kehabisan cadangan glikogen

> transmisi signal melalui neuromuscular

junction berkurang

> gangguan aliran darah akan mempercepat

kelelahan karena gangguan suplai nutrien

terutama O2

Remodelling Otot

- Remodelling dilakukan terus menerus untuk

menyesuaikan dengan fungsi

- Dilakukan dalam waktu singkat (beberapa minggu)

↓ ↓ ↓� Hipertrofi otot:

- karena peningkatan filamen aktin dan miosin


- 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


- 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 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

FISIOLOGI ANATOMI OTOT POLOS

Tipe Otot Polos:

� Otot polos setiap organ berbeda:

- dimensi fisik

- organisasi sampai membentuk berkas / lembaran


- organisasi sampai membentuk berkas / lembaran

- respons terhadap stimulus

- karakteristik persyarafan

- fungsi

↓ ↓ ↓� Ada 2 tipe: - otot polos multi-unit

- otot polos single-unit (unitarian)

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

Tipe Otot Polos


� 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

Filamen aktin

Filamen miosin


� 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

Densebodies

Proses kontraksi otot polos

� Kekhasan otot polos visera : ketidakmantapan potensial membrannya dan adanya kontraksi yang berkesinambungan, tidak teratu dan tidak tergantung persarafan


tergantung persarafan

� Potensial membran tidak memiliki nilai potensial istirahat yang sebenarnya

OTOT JANTUNG


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


mengandung distrofin

� Potensial aksi dipertahankan oleh saluran kalsium lambat

� Memiliki masa refrakter absolut, sehingga otot jantung tidak bisa mengalami tetani

� Hubungan antara panjang serat otot dan tegangan (Hukum Frank Starling)

� Metabolisme otot jantung

ReferensiReferensiReferensiReferensi

� 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


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

fisiologi otot - pendidikan dokter unand 2011 · pdf file> cadangan o2 harus diganti...

Documents