FISIOLOGI OTOT Detty Iryani Bagian Fisiologi Fakultas Kedokteran UNAND
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
SIFAT-SIFAT KHUSUS OTOT Mudah terangsang (irritability) Mudah berkontraksi (contractility) Dapat melebar (extensibility) Dapat diregang (elasticity) Mempunyai irama kontraksi (otot jantung)
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
JENIS OTOT Otot rangka Otot polos Otot jantung
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
PERBEDAAN OTOT Item pembeda Struktur
Otot rangka
Otot polos
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, Pada jantung p.d.
Kontraksi
Tdk ada irama
Tdk ada irama
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Otot jantung
Ada irama
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 miofibril 2. Miofibril terdiri atas ± 1500 filamen miosin dan 3000 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 Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Karakteristik Molekular Filamen Kontraktil Filamen aktin
Filamen mosin - Kepala dari cross-bridges miosin mengandung ATPase
Body Cross bridges
Hinges
Filamen miosin
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 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 neuromuscular 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 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)
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Mekanisme Molekular Kontraksi Otot Filamen aktin
Interaksi miosin, filamen aktin, dan ion Ca menyebabkan kontraksi
Movement
Active sites Hinges
Power stroke
Filamen miosin
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 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 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 untukKuliah kontraksi otot jangka panjang 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 laktat Jumlah O2 yang harus dibayar ini disebut hutang O2 Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Karakteristik Kontraksi Otot Stimulating electrode
Kontraksi
isometrik: Sewaktu kontraksi: - Panjang otot tetap (tidak terjadi pemendekan otot) - Tonus otot meningkat
Electronic force transducer
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Ke electronic recordr
Karakteristik Kontraksi Otot (cont’d) Stimulating electrode
Kontraksi
isotonik: Sewaktu kontraksi:
otot
Kimograf
- Otot memendek - Tonus otot tetap Timbangan
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Karakteristik Kontraksi Otot (cont’d)
Karakteristik kontraksi berbagai serat otot: Otot kontraksi cepat dan lambat Serat otot cepat
- Ukuran serat besar - Perlu banyak ion Ca → retikulum sarkoplasmik ekstensif, - Metabolisme utama nonoksidatif (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
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 seratserat 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
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
Kekuatan kontraksi otot
Mekanika Kontraksi Otot Rangka (cont’d)
l l l l l 5 10 15 20 25
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
l l l 30 35 40
l l 45 50
Kecepatan stimulasi
l 55
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)
→ kompensasi - Terbentuk macromotor unit ← penambahan akson - 1 motorunit mensarafi banyak serat otot
Recovery pada poliomielitis:
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
Tipe Otot Polos 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 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
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 Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Filamen aktin
Dense bodies
Filamen miosin
Proses kontraksi otot polos Kekhasan otot polos visera : ketidakmantapan potensial membrannya dan adanya kontraksi yang berkesinambungan, tidak teratu dan tidak tergantung persarafan Potensial membran tidak memiliki nilai potensial istirahat yang sebenarnya
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
OTOT JANTUNG
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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 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 Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
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, 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 Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV
