Komunikasi sel saraf - NeurofisiologiMelissa Lenardi, 0906508296

I. IsiA. Cara Komunikasi SelSecara umum, terdapat sedikitnya 3 jenis komunikasi antarsel yaitu1. Komunikasi Langsung

Komunikasi langsung merupakan komunikasi antarsel yang sangat berdekatan. Terdapat 2 macam sinaps yaitua) Sinaps kimia

Hampir semua sinaps yang dipakai untuk menjalarkan sinyal pada sistem saraf pusat manusia adalah sinaps kimia. Sinaps ini mensekresikan bahan kimia yang disebut neurotransmitter. Sampai saat ini terdapat sedikitnya 40 substansi transmitter yang penting seperti asetilkolin, norepinefrin, epinefrin, histamin, GABA, dsb.

Sinaps kimia ini memiliki sifat penting yang disukai oleh banyak sinyal dalam sistem saraf yaitu sinaps ini selalu menjalarkan sinyal dalam satu arah yaitu dari neuron presinap menuju neuron postsinap. Hal ini dinamai dengan prinsip konduksi satu arah. Dengan begitu, penjalaran sinyal ini bersifat khas yaitu ke satu tujuan. Penjalaran sinyal seperti ini mempermudah sistem saraf dalam menjalankan fungsinya seperti sensasi, pengaturan motorik, memori, dll.

b) Sinaps listrikSinaps listrik ditandai adanya kanal cairan terbuka langsung yang menjalarkan aliran listrik dari satu sel ke sel lainnya. Saluran yang dilewatinya adalah gap junction. Akan tetapi, pada sistem saraf pusat hanya terdapat sedikit gap junction. Gap junction dibentuk dari connexin. Enam connexin yang berdampingan akan membentuk separuh saluran yang disebut sebagai connexon. Gabungan 2 connexon inilah yang disebut sebagai gap junction. Gap junction juga diduga memiliki fungsi untuk mengontrol pembelahan dan pertumbuhan sel.

2. Komunikasi LokalKomunikasi lokal merupakan komunikasi yang terjadi melalui zat kimia yang dilepaskan ke cairan ekstrasel untuk berkomunikasi antarsel yang berdekatan (sinyal parakrin) atau pada sel itu sendiri (sinyal autokrin).

3. Komunikasi Jarak JauhKomunikasi jarak jauh adalah komunikasi sinyal antarsel yang melalui sinyal listrik atau sinyal kimia. Sinyal-sinyal tersebut dialirkan melalui pembuluh darah untuk mencapai sel target.1

B. ReseptorReseptor merupakan protein yang berfungsi untuk mengikat ligand dan mengubah satu sinyal menjadi sinyal lainnya. Molekul reseptor ini memiliki 2 komponen yaitu Komponen pengikat

Komponen yang akan berikatan dengan neurotransmitter ini menonjol keluar dari membran dan masuk ke dalam celah sinaps.

Komponen ionoforKomponen ionofor melewati jalur membran postsinaps ke bagian dalam membran postsinaps.

Reseptor dapat terletak di protein integral pada membran, nukleus, dan sitoplasma. Reseptor di membran terdiri dari Ligand gated ion channels Integrin yang berkaitan dengan sitoskeleton Receptor enzymes G-Protein Coupled Receptors2

C. Potensial membranPotensial membran mengacu pada pemisahan muatan di kedua sisi membran, bagian cairan intrasel dengan bagian ekstrasel. Kondisi ini dapat diakibatkan oleh kelebihan muatan (+) si suatu sisi dan muatan (–) di sisi yang lain. Muatan yang terpisah itu akan saling tarik menarik di permukaan dalam dan luar dan membentuk lapisan tipis di bagian luar dan dalam membran plasma. Besar potensial membran bergantung pada derajat pemisahan muatan-muatan yang berlawanan. Pada kondisi istirahat / normal, muatan di intrasel ersifat lebih – dibandingkan dengan cairan ekstrasel, kandungan Na+ di ekstrasel lebih tinggi dan kandungan K+ di intrasel lebih tinggi.

1

Potensial membran ini dapat dipertahankan melalui beberapa mekanisme, diantaranya ialah pompa Na+ – K+

(merupakan transpor aktif) dan ion channel Na+ dan K+ (merupakan transpor pasif). Pada transpor aktif pada pompa Na+

– K+, 3 atom Na+ dibwa keluar sel ketika 2 atom K+ dibawa masuk dalam sel. Namun ternyata pompa Na+ – K+ hanya mempengaruhi potensial membran sebesar 20% saja, sisanya diperoleh dari difusi pasif Na+ dan K+ menuruni gradien konsentrasinya.

Difusi pasif Na+ dipengaruhi oleh gradien konsentrasi (karena jumlah Na+ di dalam sel lebih banyak, maka pada difusi pasif, Na+ akan tertarik ke intrasel) dan gradien potensial (jika potensial di ekstrasel lebih negatif karena bentuk Cl -

[karena Na+ dan Cl- merupakan penyusun utama cairan ekstraseluler, maka Na+ akan tertarik ke ekstrasel). Pada awalnya, gradien konsentrasi lebih kuat dibanding gradien potensial (Na+ berdifusi ke dalam) hingga menyebabkan gradien potensial semakin besar dan membuat gradien potensial lebih berpengaruh; perpindahan karena gradien konsentrasi cenderung menurun. Sampai 1 keadaan, dimana besar gradien potensial dan gradien konsentrasi sama kuat. Kondisi ini terjadi ketika beda potensial +60 mV.

Difusi pasif K+ dipengaruhi oleh gradien konsentrasi (karena jumlah K+ di dalam sel lebih sedikit, maka pada difusi pasif, K+ akan tertarik ke ekstrasel) dan gradien potensial (karena potensial di intrasel lebih negatif dan K+ bermuatan +, maka K+ akan tertarik ke intrasel). Pada awalnya, gradien konsentrasi lebih kuat dibanding gradien potensial (K + keluar sel) hingga menyebabkan gradien potensial semakin besar dan membuat gradien potensial lebih berpengaruh; perpindahan karena gradien konsentrasi cenderung menurun. Sampai 1 keadaan, dimana besar gradien potensial dan gradien konsentrasi sama kuat. Kondisi ini terjadi ketika beda potensial –90 mV.

Pada keadaan istirahat, membran sel 50-75 kali lebih permeabel terhadap ion K+ dibanding ion Na+ sehingga potensial membran istirahat sel saraf lebih dekat dengan EK+ (misalnya –70 mV yang lebih dekat ke – 90mV dibanding +60mV) daripada ENa+ karena permeabilitas membran lebih besar terhadap K+, tetapi tetap lebih sedikit dibandingkan EK+ karena pengaruh lemah Na+. Kondisi ini bukanlah keadaan seimbang dr keduanya, berarti, akan ada yang bocor. Nah, yang ini diantisipasi sama pompa Na+ – K+.

Bagaimana dengan Cl-..?? Pergerakan Cl- murni ditentukan oleh adanya potensial membran, karena tidak dipertahankan oleh pompa aktif Cl-. Oleh karena itu, sebagian besar Cl- tidak dipengaruhi gradien potensial. Sebaliknya, potensial membran mempengaruhi konsentrasi Cl- secara pasif. 1

Gambar 1. Jenis Kanal ion yang berpengaruh pada potensial membran

D. Sinyal ListrikSaraf dan otot merupakan jaringan yang dapat tereksitasi (excitable tissue) yang mampu menghasilkan sinyal listrik bila dirangsang. Sinyal listrik ini memiliki 2 bentuk dasar:

i. Graded Potential / potensial berjenjang. Perubahan lokal potensial membran yang terjadi dalam berbagai derajat / tingkat kekuatan. Graded potential ini dipengaruhi kuat kjadian pencetusnya (Triggering event), dipengaruhi oleh stimulus, interaksi reseptor permukaan, kebocoran-pemompaan. Tidak mengalami penguatan (dalam perambatannya). Dibutuhkan pada potensial pasca-sinaps, potensial reseptor, potensial end-plate, potensial alat pacu.

2

ii. Potensial Aksi. Otot mengalami ‘pembalikan potensial’ yang berlangsung singkat, perbedaan potensial mampu menyebar tanpa mengalami penyusutan. Disini, potensial mencapai potensial ambang sehingga terjadi depolarisasi yang eksplosif.1

Kita perlu mengenal istilah berikut:a. Polarisasi. Membran memiliki potensial, terdapat pemisahan muatan yang berlawananb. Depolarisasi. Potensial membran mengalami penurunan dari potensial istirahat. Potensial ini bergerak

menuju 0 mV, lebih sedikit muatan yang dipisahkan dibanding dengan keadaan istirahatc. Hiperpolarisasi. Potensial lebih besar dibandingkan potensial istirahat. Pemisahan muatan lebih banyak,

potensial lebih negatifd. Repolarisasi. Kembali ke potensial istirahat setelah mengalami depolarisasi.

Gambar 2. Potential Aksi

Terdapat 3 jenis saluran / ion channel:a. Voltage-Gated Channels yang membuka atau menutup sebagai respons perubahan potensial membran

terlibat dalam potensial aksi. Terdiri dari gugus bermuatan.b. Chemical messenger ion channels yang mengalami perunahan konformasi sebagai respons terhadap

terikatnya suatu perantara kimia spesifik ke reseptor yang berkaitan erat dengan saluran.c. Mechanicaly gated channes yang berespons terhadap peregangan atau perubahan deformitas lainnya

Potensial aksi tercapai ketika potensial mencapai potensial ambang, dimana akan terjadi peningkatan eksplosif permeabilitas Na+ sewaktu membran menjadi 600 x lebih permeabell terhadap Na+ dibanding dengan K+. Sampai pada kondisi seluruh kanal Na+ terbuka sehingga semua Na+ masuk dan membuat beda potensial mencapai +30mV, merupakan puncak potensial aksi (lebih dekat dengan posisi kesetimbangan Na+). Setelah itu, potensial akan kembali lagi (kanal Na+ akan tertutup kembali, karena potensial yang membuka dengan cepat juga membuat mekanisme untuk menutup dengan lambat sehingga Na+ akan menyerbu dengan cepat dan mencapai potensial aksi) dan mencapai potensial istirahat kembali. Pemulihan kembali gradien konsentrasi juga dibantu oleh pompa Na+— K+ . Potensial aksi ini bermula pada bagian akson hillock pada sel saraf. Lalu, impuls secara otomatis dihantarkan ke seluruh neuron tanpa stimulasi lebih lanjut melalui salah satu dari 2 metode perambatan: penghantaran oleh aliran listrik lokal maupun hantaran saltatorik.

a. Aliran Listrik LokalDaerah aktif menginduksi daerah yang inaktif untuk mengalami depolarisasi sebagai awal potensial aksi. Depolarisasi ini menggunakan mekanisme graded potential. Karena muatan sejenis tarik menarik, maka arus akan mengalir secara lokal ke bagian inaktif (bagian ektrasel maupun intrasel), aliran ini mengurangi muatan potensial, membawa daerah inaktif mendekati ambang, pada saat kanal Na+ terbuka lebar, terjadi potensial aksi bagian yang sebelumnya inaktif.Sementara, daerah yang semula aktif, kembali ke potensial istirahat akibat eflux K+. Terjadi penurunan P Na+ dan peningkatan P K+ secara bersamaan, masuk ke potensial istirahat.Hal ini terjadi terus menerus sehingga suatu potensial aksi dimulai di salah satu bagian membran sel saraf, suatu siklus berulang-sendiri terus menerus dimulai, sehingga potensial aksi merambat ke seluruh serat secara otomatis.

3

Gambar 3. Aliran listrik lokal

b. Saltatoric ConductionSerat bermielin diselubungi oleh mielin yang terdiri dari lipid, sedangkan ion-ion bersifat hidrofilik / lipofobik, maka, selubung mielin berfungsi sebagai isulator. Di atntara selubung mielin ini, ada daerah akson telanjang (nodus ranvier). Pada bagian nodus ranvier inilahterdapat konsentrasi kanal Na+ dan kanal K+ maupun kanal Cl-. Akibatnya, sewakyu potensial aksi timbul di salah satu nodus, muatan berlawanan di nodus sebelahnya akan tertarik, pengurangan potensial mendekati ambang batas, mengalami potensial aksi. Sehingga impuls “melompat” dari satu nodus ke nodus yang lain dan hantaran menjadi lebih cepat, hingga mencapai 50 kali daripada serat tidak bermielin untuk ukuran yang sama.

Gambar 4. Saltatotic Conduction

Selain selubung mielin, kecepatan penyebaran impuls juga dipengaruhi oleh diameter serat karena besarnya aliran listrik tidak hanya dipengaruhi oleh beda potensial, namun juga resistensi/ hambatan terhadap gerakan muatan listrik di kedua daerah. Resistensi berbanding terbalik dengan diameter sehingga semakin besar diameter, kecepatan penjalaran potensial aksi pun semakin meningkat.

Bagian akson yang sudah diaktivasi tidak akan mengaktivasi bagian yang baru saja diinaktivasi (bagian yang sebelumnya), karena adanya periode refrakter (ada yang absolute saat bagian tersebut masih berada dalam potensial aksi, dimana nggak bisa lagi “hyperpotensial aksi” sebesar apapun impuls yang datang, ada yang relatif potensial aksi kedua hanya dapat diinduksi oleh rangsangan yang jauh lebih kuat selama eflux K +, setelah semua komponen balik ke konformasi istirahat (potensial aksi yang tadi udah jauh), baru dapat dirangsang kembali dengan impuls normal).

4

Bila suatu bagian neuron mencapai nilai ambangnya, ia akan langsung mencapai keadaan potensial aksi yang mencapai tinggi maksimum (potensial maksimum). Hal ini membuat, sebesar apapun impuls yang diberikan, selama telah mencapai ambang batas, akan menghasilkan potensial aksi dengan besar yang sama. Hal ini dikarenakan perubahan voltase ini disebabkan oleh gerakan ion (penurunan gradien konsentrasi dan listrik), bukan oleh kekuatan rangsang. Sehingga disebut hukum all-or-none. *perbedaan yang kita rasakan ketika menerima impuls (hangat-panas) ditentukan oleh frekuensi impuls yang datang, bukan besarnya. 1

E. Sinaps dan integrasi neuronSinaps merupakan celah pertemuan 2 bagian yang nantinya akan menghantarkan impuls dari sebuah sel saraf ke organ lain, biasanya merupakan celah antara terminal akson dnegan dendrit sel saraf lain. Sebagian besar badan sel neuron membentuk sampai ribuan sinaps. Bahkan, pada SSP, satu sel neuron dapat menerima hingga 100.000 masukan sinaptik.

Terminal akson neuron prasinaps menghantarkan potensial aksi menuju ke sinaps, berakhir di sebuah ujung yang sedikit menggembung (kepala sinaps / synaptic knob). Kepala sinaps mengandung vesikel sinaps yang menyimpan zat perantara kimia spesifik, neurotransmiter. Akson presinaps dan dendrit postsinaps membentuk jarak (SINAPS). Membran dari dendrit postsinaps disebut membran subsinaps. 1

Kita mengenal beberapa jenis sinaps berdasarkan bagian yang membentuk sinaps tersebut:a. Axodendritik antara akson dengan dendrit sel postsinaptikb. Axosomatic antara akson dengan badan sel postsinaptikc. Axoaxonal antara akson dengan badan sel postsinaptik

Impuls potensial aksi merambat sampai ke terminal akson voltage-gated ion channel Ca2+ membuka influx Ca2+ induksi eksositosis neurotransmiter Neurotransmiter berdifusi + berikatan dengan reseptor di membran subsinaps perubahan permeabilitas neuron pascasi- naps permeabilitas Ca2+ meningkat influx Ca2+ potensial aksi neuron pascasinaps.

Gambar 7.Pelepasan Neurotransmiter

Sinaptik berdasarkan perubahan yang ditimbulkannya, dibagi menjadia. Sinaps Eksitatorik mengubah konformitas permeabilitas Na+ dan K+, menimbulkan

depolarisasi kecil di neuron pascasinaps yang memungkinkan kenaikan mencapai ambang batas (untuk menimbulkan potensial aksi, dibutuhkan lebih dari satu sinaps eksisatorik). Perubahan potensial pascasinaps : EPSP (Excicatory post synaptic potentials)

b. Sinaps Inhibitorik mengubah konformitas permeabilitas K+ (jadi eflux K+) dan Cl- (influx Cl-), menimbulkan hiperpolarisasi kecil di neuron pascasinaps. Perubahan potensial pascasinaps : IPSP (inhibitory post synaptic potentials)

Karena menerima dari berbagai sinaps, ada potensial total di neuron pascasinaptic (GPSP/ Grand postsynaptic potential) mengikuti hukum penjumlahan. Ada 2 jenis, yakni

5

Gambar 5. Sinaptik Neuron

Gambar 6. Jenis Sinaps

Gambar 8. Sinaps Eksisatotik dan Inhibitorik

penjumlahan temporal (penjumlahan akibat rangsang potensial aksi yang berturut-turut), dan penjumlahan spatial (penjumlahan akibat rangsangan dari berbagai sinaps)1

Selain itu, terdapat pula aktivitas pelepasan neurotransmiter yang dapat menghambat perambatan impuls saraf pada suatu bentuk interaksi neuron. Neurotransmiter yang biasa berperan adalah GABA. Besarnya inhibisi dan eksitasi yang terjadi akan dijumlahkan pada saat mencapai zona pemicuan. Jika besar potensial yang tercapai melebihi ambang letup, maka potensial aksi akan terjadi, begitu pula sebaliknya. Inhibisi ini dapat dilakukan dalam dua cara, yaitu (1) inhibisi presinaptik dan (2) inhibisi postsinaptik.3

Gambar 9. Jenis Inhibisi dalam interaksi sinaptik

Setelah melakukan fungsinya, neurotransmiter harus segera disingkirkan, menghindari EPSP atau IPSP terus berlanjut, dengan cara diinaktifkan dengan enzim spesifik di membran subsinaps maupun secara aktif diserap kembali oleh neuron presinaptik untuk di’daur ulang’ maupun dihancurkan oleh enzim di kepala sinaps.

Neurotransmiter dapat berfungsi langsung mengubah konformasi, maupun dengan bantuan second messenger (misal serotonin) pengaktifak cAMP perubahan jangka pendek &panjang. Jangka pendek cAMP bantu buka gerbang. Jangka panjang mungkin mengubah ekspresi genetik belajar & daya ingat1

F. Neurotransmiter dan neuromodulator3

6

7

Tabel 1. Neurotransmiter dan neuromodulator

G. Faktor yang mempengaruhi penghantaran Sinaps dan Hubungan Saraf-OtotBerdasarkan efek reseptor terhadap kanal ion sel efektor, reseptor dapat dibagi menjadi 2 yaitu1. Reseptor Ionotropik

Reseptor ini dapat langsung mengaktifkan kanal ion.2. Reseptor Metabotropik

Reseptor ini tidak langsung mengaktifkan kanal ion. Reseptor ini dapat dibagi lagi menjadi G Protein Coupled Receptor

Reseptor ini membutuhkan protein lain untuk mengaktifkan efektornya. Efektornya ini berhubungan dengan second messenger.

Tirosin KinaseReseptor tirosin kinase memfosforilasi protein tirosinnya sendiri atau residu dari tirosin. Fosforilasi dari reseptor ini akan mengaktifkan kanal ion. Reseptor diaktifkan oleh neuropeptida, hormon, dan faktor pertumbuhan.1,4

8