Susunan Tulang Ekstremitas Inferior, Otot dan Mekanisme Kerjanya Celina Manna NIM : 102011047 Kelompok B2
[email protected]
Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida Wacana Jalan Arjuna Utara no. 6 Jakarta
Pendahuluan
Tulang merupakan kerangka tubuh yang menyebabkan tubuh dapat berdiri tegak, Tempat melekatnya otot-otot sehingga memungkinkan jalannya pembuluh darah, tempat sumsum tulang dan syaraf yang melindungi jaringan lunak, juga tulang merupakan organ yang dibutuhkan manusia untuk mengangkat dan membawa barang-barang yang berat. Intinya tulang adalah organ yang kita butuhkan untuk melakukan aktifits sehari-hari. Sehingga kita tidak dapat membayangkan bagaimana terganggunya kita bila ada kerusakan yang terjadi pada tulang kita.
1
Otot adalah sebuah jaringan dalam tubuh dengan kontraksi sebagai tugas utama. Otot diklasifikasikan menjadi tiga jenis yaitu otot lurik, otot polos dan otot jantung. Otot menyebabkan pergerakan suatu organisme maupun pergerakan dari organ dalam organisme tersebut. Jaringan otot tersusun atas sel-sel otot yang fungsinya menggerakkan organ-organ tubuh. Kemampuan tersebut ters ebut disebabkan karena jaringan otot mampu berkontraksi. b erkontraksi. Kontraksi Kont raksi otot dapat berlangsung karena molekul-molekul molekul -molekul protein yang membangun sel otot dapat memanjang dan memendek.
2
Selanjutnya akan dibahas mengenai tulang dan otot manusia pada ekstremitas inferior dari segi Anatomi, Fisiologi, Histologi dan Biokimia.
1
Bagian-bagian Tulang Ekstermitas Bawah
Tungkai bawah, secara anatomis, bagian proksimal dari tungkai bawah adalah girdel pelvis dan lutut adalah paha; bagian antara lutut dan pergelangan kaki adalah tungkai.
3
1. Femur, merupakan tulang yang memanjang dari pelvis ke lutut, merupakan tulang terpanjang 4
dan terbesar dalam tubuh. Femur terdiri atas ujung atas, corpus, dan ujung bawah. Ujung atas terdiri dari :
3
a. Caput : masa bulat yang mengarah ke dalam dan ke atas; licin dan ditutupi oleh tulang rawan kecuali pada fovea, cekungan kecil yang merupakan tempat melekatnya ligamentum yang menghubungkan caput pada daerah yang kasar pada acetabulum os coxae. b. Collum: corpus femoris yang mengarah ke bawah dan lateral, menghubungkan caput dengan corpus. c. Trochanter major disebelah lateral dan trochanter minor disebelah medial: untuk perlekatan otot. Corpus adalah tulang panjang; yang mengecil dibagian tengah. Sebagian besar
permukaannya licin dan memiliki otot yang melekat pada bagian ini. Dibagian posterior terdapat linea aspera yang merupakan rigi tulang ganda, yang berjalan kearah bawah dari trochanter di atas dan melebar pada bagian bawah mengapit bagian yang licin.
3
Ujung bawah terdiri dari condylus medialis dan lateralis yang besar dan sebuah daerah tulang diantaranya. Condylus memiliki permukaan sendi untuk tibia di bagian bawah dan patella di bagian depan.
3
2. Petella, agak berbentuk segitiga, dengan sudut membulat dan apeks yang mengarah ke bawah. Patella merupakan tulang sesmoid terbesar, merupakan tulang yang terbentuk di dalam tendon otot untuk tujuan mekanik. Patella dibentuk di dalam tendon musculus quadriceps femoris. Tulang ini meluncur di atas permukaan sendi di bagian depan ujung bawah femur, bertindak sebagai sumbu yang dapat bergerak dan memperbaiki kinerja musculus quadriceps untuk menarik.
3
3. Tibia dan Fibula, merupakan tulang tungkai di bawah lutut. Tibia berada di bagian medial dan menopang berat badan. Terdiri dari ujung atas, corpus, dan ujung bawah.
2
Ujung atas melebar secara transversal dan memiliki permukaan sendi superior pada tiap
condylus, medial dan lateral. Terdapat daerah kasar non articular diantara permukaan sendi untuk perlengketan ligamentum. Kartilago semilunaris terdapat pada permukaan atas tibia, memisahkannya dari condylus femoris. Ujung atas fibula melekat pada permukaan sendi pada condylus lateralis. Corpus adalah bagian segitiga dan batas anteriornya membentuk penonjolan yang dapat diraba. Corpus menyempit pada sekitar pertengahannya kemudian melebar. Ujung bawah mempunyai (a) malleolus medialis, penonjolan tajam, pada aspek bagian dalam pergelangan kaki., (b) permukaan sendi untuk ujung bawah fibula, dan (c) permukaan sendi di bawah dan medial untuk talus.
3
Fibula adalah tulang panjang kurus pada aspek lateral tungkai. Kegunaan tulang ini adalah untuk menambah area yang tersedia sebagai tempat perlekatan otot pada tungkai. Bagian kepala fibula berartikulasi dengan faset fibular di bawah kondilus lateral tulang tibia. Ujung bawah batang berartikulasi secara medial dengan takik fibular pada tulang tibia, dan memanjang ke arah lateral menjadi maleolus lateral, yang seperti maleolus tibia lateral dapat diraba di pergelangan kaki.
3,5
4. Tarsus, Metatarsalia, Phalanges Talus merupakan tulang berbentuk tidak teratur. Tulang ini menerima berat badan yang disalurkan melalui tibia. Talus berartikulasi di atas dengan tibia, di medial dengan malleolus medialis, di lateral dengan malleolus lateralis, di bawah dengan calcaneus, di depan dengan os naviculare.
3
Metatarsalia; terdapat lima metatarsal, satu untuk setiap jari kaki. Tiap tulang memiliki basis, corpus, caput. Metatarsal I pendek, tebal, dan kuat. Metatarsal I, II, dan III berartikulasi dengan os cuneiforme, metatarsal IV dan V dengan os cuboideum. Tiap metatarsal berartikulasi dengan phalanx, proximal.
3,5
Phalanges; ibu yang jari besar memiliki dua phalanges sedangkan jari lain memiliki tiga. Tiap phalanx memiliki korpus dan dua ujung, tetapi phalanx medial pendek, dan phalanx distal kecil.
3,5
Gambaran Umum Otot
Jaringan otot mencapai 40% sampai 50% jaringan tubuh. Pada umumnya terdiri dari selsel kontraktil yang disebut serabut otot. Melalui kontraksi sel-sel otot menghasilkan pergerakan 3
dan melakukan pekerjaan. Ciri-ciri otot adalah (1) kontraktilitas. Serabut otot berkontraksi dan menegang, yang dapat atau mungkin juga tidak melibatkan pemendekan otot. Serabut akan terelongasi karena kontraksi pada setiap diameter sel berbentuk kubus atau bulat hanya menghasilkan pemendekan yang terbatas. (2) eksitabilitas. Serabut otot akan merespon dengan kuat jika distimulasi oleh serabut syaraf. (3) ekstensibilitas, serabut otot memiliki kemampuan untuk meregang melebihi panjang otot saat relaks. (4) elastisitas, serabut otot dapat kembali keukuran semula setelah berkontraksi atau meregang.
6
Jenis-jenis Otot a.
Otot rangka; adalah otot lurik. serabut otot sangat panjang sampai 30cm, berbentuk silindris,
dengan lebar berkisar antara 10 mikron sampai 100 mikron. Setiap serabut memiliki banyak inti yang tersususn dengan perifer. Kontraksinya cepat dan kuat. b.
6,7
Otot polos; adalah otot tidak berlurik dan involunter. Serabut otot berbentuk spindel dengan
nukleus sentral yang terelongasi. Serabut ini berukuran kecil dengan berkisar antara 20 mikron, sampai 0,5 mili mikron pada uterus orang hamil. Kontraksinya kuat dan lambat. c.
6,7
Otot jantung; adalah otot lurik involunter, dan hanya ditemukan di jantung. Serabut
terelongasi dan membentuk cabang dengan satu nukleus sentral. Panjang berkisar antara 85 mikron sampai 100 mikron dan diameternya sekitar 25 mikron. Kontraksi ototkuat dan berirama.
6,7
Struktur Otot Rangka
Otot rangka terdiri dari serabut-serabut yang tersusun dalam berkas yang disebut fesikel, semakin besar otot semakin besar jumlah serabutnya. Jaringan ikat fibrosa membungkus setiap otot dan masuk ke bagian dalam untuk melapisi fesikel dan serabut individual. Jaringan ini menyalurkan impuls saraf dan pembuluh darah ke dalam otot dan secara mekanis mentransmisikan daya kontraksi dari satu ujung otot ke ujing lainnya. Epimisium adalah jaringan ikat rapat yang melapisi keseluruhan otot dan terus berlanjut sampai ke fasta dalam. Perimisium mengacu pada ekstensi epimisium yang menebus ke dalam otot untuk melapisi berkas fasikel. Endomisium adalah jaringan ikat halus yang melapisi setiap serabut otot individual.
4
6
Struktur Mikroskopik Serabut Otot Rangka
Miofibril adalah unit kontraktif yang mengalami spesialisasi, volumenya mencapai 80% volume serabut. Setiap miofibril silindris terdiri dari miofilamen tebal dan miofilamen tipis. Miofilamen tebal tersusun dari protein miosin dan miofilamen tipis tersusun dari protein aktin. Pemitaan disusun berdasarkan susunan miofilamen. Pita A yang lebih gelap terdiri dari susunan vertikal miofilamen tebal yang berselang seling dengan miofilamen tipis. Pita I yang lebih terang terbentuk adri aktin tips yang memanjang kedua arah dari garis Z ke dalam susunan filament tebal. Garis Z terbentuk adri protin penunjang yang menahan miofilamen tipis tetap menyatu disepanjang miofibril. Zona H adalah area yang lebih terang pada pita A miofilamen miosin yang tidak tertembus filamen tipis. Garis M membagi dua pusat zona H. pembagian ini merupakan kerja protein penunjang lain yang menahan miofilamen tebal tetap bersatu dalam susunan. Sarkomer adalah jarak antara garis Z ke garis Z lainnya.
6
Mekanisme Interaksi Aktin dan Miosin
Sepanjang kontraksi panjang miofilamen aktin dan myosin tetap sama saling bersilangan, sehingga memperbesar jumlah tumpang tindih antar filamen. Filamen aktin kemudian menyusup untuk memanjang ke dalam pita A, mempersempit dan menghalangi pita H. Panjang sarkomer (dari garis Z ke garis Z lainnya) memendek saat kontraksi. Pemendekan sarkomer akan memperpendek serabut otot individual dan keseluruhan otot.
6
Dasar Molekular untuk Kontraksi
Molekul miosin terbentuk dari dua rantai protein yang identik dan dua pasang rantai ringan. Bagian ekor rantai yang berat berpilin satu sama lain dengan dua kepala protein globular menonjol salah satu ujungnya. Kepala protein globular menghubungkan filamen tebal ke filament tipis. Setiap kepala protein globular memiliki sisi pengikat aktin, sisi pengikat ATP dan aktivitas ATPase. Beberapa ratus molekul miosin tersusun dalam setiap filamen tebal dengan ekor cambuknya yang saling bertumpang tindih dan kepala globularnya menghadap ke ujungnya.
6
Molekul aktin terdiri dari tiga protein. (1) F-aktin fibrosa; terbentuk dari dua rantai globular G-aktin yang berpilin satu sama lain. (2) molekul tropomiosin; membentuk filamen memanjang yang melebihi subunit aktin dan melapisi sisi yang berkaitan dengan kepala protein 5
globular miosin. (3) molekul troponin; berikatan dengan molekuk tropomiosin dan menstabilkan posisi penghalang pada molekul tropomiosin. Troponin tersusun dari satu polipeptida yang mengikat tropomiosin, satu polipeptida yang mengikat aktin, satu polipeptida yang mengikat ionion kalsium.
6 ++
Jika kalsium (Ca ) tidak ada, tropomiosin dan troponin mencegah terjadinya ikatan antara aktin dan miosin. Jika kalsium ada maka reorganisasi trponin-trpomiosin memungkinkan terjadinya hubungan antara aktin dan miosin.
6
Jenis Serabut Otot
Otot rangka manusia terdiri dari tiga serabut otot yang berbeda dalam kecepatan berkontraksi, resistensinya terhadap keletihan, dan kemampuan untuk menghasilkan ATP. Serabut merah kedut lambat; mengandung konsentrasi pigmen merah pernapasan yang sangat
banyak. Mioglobin yang mengikat molekul oksigen untuk memfasilitasi pernapasan aerob. Serabut ini berdiameter kecil, dikelilingi banyak kapiler yang menyediakan oksigen dan nutrisi, kontraksinya lambat, dan resisten terhadap keletihan. Serabut putih kedut cepat; tidak memiliki mioglobin, mitokondria, dan kapilernya juga lebih sedikit tetapi simpanan glikogen dan enzimnya lebih banyak. Serabut lebih tebal, mampu mengahsilkan ATP dengan kecepatan tinggi, tetapi letih jika simpanan glikogennya menipis. Serabut pertengahan; berwarna merah. Serabut ini mengandung mioglobin dan memiliki sifat serta resistensi dibandingkan kedua jenis serabut sebelumnya.
keletihan tingkat menegah
6
Mekanisme Umum Kontraksi Otot
Timbul dan berakhirnya kontraksi otot terjadi dalam tahap-tahap berikut:
7
1. Suatu potensial aksi berjalan disepanjang sebuah saraf motorik sampai ke ujungnya pada serabut otot. 2. Disetiap ujung, saraf menyekresi subtansi neurotransmitter, yaitu asetilkollin dalam jumlah sedikit. 3. Asetilkollin bekerja pada area setempat pada membran serabut otot untuk membuka banyak kanal ”bergerbang asetilkollin” melalui molekul-molekul protein yang terapung pada membrane.
6
4. Terbukanya kanal bergerbang asetilkollin memungkinkan sejumlah besar ion natrium untuk berdifusi ke bagian dalam membran serabut otot. Peristiwa ini akan menimbulkan suatu potensial aksi pada membrane. 5. Potensial aksi akan berjalan di sepanjang membran serabut otot dengan cara yang sama seperti potensial aksi berjalan disepanjang membran serabut saraf. 6. Potensial aksi akan menimbulkan depolarisasi membran otot, dan banyak aliran listrik potensial aksi mengalir melalui pusat serabut otot. Disini, potensial aksi menyebabkan retikulum sarkolema melepaskan sejumlah besar ion kalsium, yang telah tersimpan dalam retikulum ini. 7. Ion-ion kalsium menimbulkan kekuatan menarik antara fiamen-filamen aktin dan miosin, yang menyebabkan kedua filamen tersebut bergeser satu sama lain dan menghasilkan proses kontraksi. 8. Setelah kurang dari satu detik, ion kalsium dipompa kembali ke dalam retikulum sarkoplasma oleh pompa membran Ca
++
, dan ion-ion ini tetap tersimpan dalam dalam
retikulum sampai potensial aksi otot yang baru datang lagi. Pengeluaran ion kalsium dari miofibril ini akan menyebabkan kontraksi otot terhenti.
6
Mekanisme Kontraksi secara Kimia
1. Di awal siklus kontraksi, ATP berikatan dengan kepala miosin disisi enzim yang menghidrolisis, ATPase. 2. ATPase memecah menjadi ATP menjadi ADP dan fosfat anorganik. Keduanya tetap melekat di kepala miosin. (ATP → ADP + P + energi). 3. Energi yang dilepas melalui proses hidrolisis mengaktivasi kepala miosin ke dalam posisi yang condong , siap mengikat aktin. 4. Ion-ion kalsium yang telah dilepas retikulum sarkoplasma berikatan dengan tropinin yang melekat pada tropomiosin dan aktin. 5. Kompleks troponin-ion kalsium mengalami perubahan susunan yang memungkinkan trpomiosin menjauhi posisi penghalang aktinnya. 6. Sisi pengikat miosin pada aktin kemudian terbuka untuk memungkinkan terjadinya perlengketan pada sisi pengikat aktin di kepala miosin.
7
7. Saat pengikatan, ADP dan fosfat anorganik dilepaskan dari kepala miosin, dan kepala miosin bergerak, dan berputar kerah yang berlawanan untuk menarik filamen aktin yang melekat menuju pita H. Peristiwa ini disebut power stroke kepala myosin. 8. Kepala miosin tetap terikat kuat pada aktin sampai sebuah molekul baru ATP melekat pada nya dan melemahkan ikatan antara aktin dan miosin. 9. Kepala miosin terlepas dari aktin, condong kembali, dan siap untuk melekat pada aktin di sisi baru, berputar, dan kembali menarik untuk mengulangi siklus. 10. Siklus tersebut terjadi dalam ribuan kepala miosin selama masih ada stimulasi saraf, dan jumlah ion kalsium serta ATP mencukupi. 11. Relaksasi otot terjadi saat stimulasi saraf berhenti dan ion kalsium tidak lagi dilepas. Ion kalsium ditransfer kembali ke retikulum sarkoplasma dengan pompa kalsium dalam membran retikulum sarkoplasma. 12. Rigor mortis, ATP dibutuhkan untuk melepaskan miosin dari aktin. Penipisan ATP dalam otot secara total dan ketidakmampuan untuk menghasilkan lebih banyak ATP, seperti yang terjadi setelah mati, mengakibatkan terjadinya perlengketan permanen aktin dan miosin serta rigiditas otot.
Sumber Energi Untuk Kontraksi
Karena ATP yang ada di dalam otot biasanya akan habis setelah sepuluh kali kontraksi, maka ATP harus dibentuk kembali untuk kelangsungan aktivitas otot melaui sumber lain.
6
Kratin fosfat (CP), senyawa berenergi tinggi lainnya, merupakan sumber energi yang langsung tersedia untuk memperbaharui ATP dari ADP (CP + ADP → ATP + keratin). CP memungkinkan reaksi otot tetap berlangsung saat ATP tambahan dibentuk melalui metabolisme glukosa secara anaerob dan aerob. CP menyediakan energi sekitar 100 kontraksi dan harus disintesis ulang dengan cara memproduksi lebih banyak ATP (ATP + keratin → ADP + CP). ATP tambahan terbetuk dari metabolism glukosa dan asam lemak melalui reaksi aerob dan anaerob.
6
Kelelahan Otot
Saat terjadi aktivitas berat yang singkat, penguraian ATP berlangsung dengan cepat sehingga simpanan energi anaerob menjadi cepat habis. Sistem respiratorik dan pembuluh darah tidak dapat menghantar cukup oksigen ke otot untuk membentuk ATP melalui reaksi aerob. 8
Asam laktat berakumulasi mengubah pH, dan menyebabkan kelelahan serta nyeri otot. Oksigen ekstra yang harus dihirup setelah aktivitas berat disebut oxygen debt. Volume oksigen yang dihirup tetap berada diatas volume normal sampai semua asam laktat dikeluarkan, baik dioksidasi ulang menjadi asam piruvat dalam otot atau disintesis ulang menjadi glukosa dalam 6
hati.
Penutup
Dengan mempelajari mengenai otot dan tulang, kita dapat mengetahui bagaimana susunan, fungsi, dan mekanisme kerja ektremitas dalam keadaan normal. Tulang akan menyusun rangka manusia, dan otot akan membantu tulang sebagai alat gerak. Kelelahan otot disebabkan oleh penimbunan asam laktat. Daftar Pustaka
1.
Otot dan Tulang manusia. Diunduh dari http://id.wikipedia.org/ wiki/otot, 13 Maret 2012.
2. Wibowo DS. Anatomi tubuh manusia. Jakarta: Grasindo; 2005.h.143-4. 3. Giloson J. Fisiologi dan Anatomi modern. Ed 2. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2002. 54-9. 4. Dorland WAN, Elseria RN. Kamus kedokteran Dorlan. Edisi 31. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2010. 5. Veldman J. Editor:
Widyastuti P. Anatomi dan fisiologi. Jakarta: Penerbit Buku
Kedokteran EGC; 2008.92-112. 6. Sloane E. Anatomi dan Fisiologi untuk pemula. Jakarta. Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2003. 119-127. 7. Guyton AC, Hall JE. Alih bahasa: Irawati, Ramadhani D. et al. Editor: Rachman LY, Hartanto H. et al. Buku ajar Fisiologi kedokteran. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2007. 74-86.
9
