Biokimia Sistem Muskuloskeletal

49
RESUME BIOKIMIA PADA SISTEM MUSKULOSKELETAL Untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Sistem Muskuloskeletal Dosen Pembimbing: Ns. Dwiyanti Pusbasari, M.Kep. Oleh: Ady Hidayatullah 213.C.0023

description

Biokimia Sistem Muskuloskeletal

Transcript of Biokimia Sistem Muskuloskeletal

Page 1: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

RESUME

BIOKIMIA PADA SISTEM MUSKULOSKELETAL

Untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Sistem Muskuloskeletal

Dosen Pembimbing: Ns. Dwiyanti Pusbasari, M.Kep.

Oleh:

Ady Hidayatullah213.C.0023

PROGRAM STUDI ILMU KEPERAWATAN

SEKOLAH TINGGI ILMU KESEHATAN MAHARDIKA CIREBON

2014/2015

Page 2: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

SISTEM MUSKULOSKELETAL

Otot rangka dan tulang menunjang dan menggerakan tubuh. Tulang

melindungi organ internal dan digerakan oleh otot. Otot bertanggung jawab

menimbulkan tonus vaskular, kontraksi usus, fungsi genitourinari, dan denyut

jantung. Sebagian fungsi otot secara relatif tidak bergantung pada stimulasi saraf

atau hormon, sedangkan otot lainnya hanya aktif sebagai respons terhadap

stimulasi saraf, penyakit atau cedera otot dan tulang menyebabkan pergerakan

menjadi sulit atau menimbulkan nyeri. Kehidupan menjadi mustahil apabila otot

jantung atau pernafasan rusak.

A. BIOKIMIA OTOT

Otot merupakan Transduser (mesin) biokimia yang utama mengubah

Energi potensi ( kimiawi)  menjadi energi kinetik (mekanis). Terdapat tiga

jenis otot : rangka, jantung, polos. Proses dasar kontraksi pada ketiga jenis

otot tersebut serupa, namun terdapat perbedaan yang sangat penting.

Protein Yang Terdapat di Otot

a) Aktin

Aktin terbenuk dari monomer G-aktin. Pada kekuatan fisiologik

dan dengan adanya Mg2+, G-aktin melakukan polimerisasi nonkovalen

hingga terbentuk filamens heliks-ganda tak-larut yang dinamakan F-

aktin.

b) Miosin

Merupakan Heksamer asimetrik, dan mempunyai ekor fibrosa

yang terdiri atas 2 heiks yang saling terpilin.

Molekul Heksamer terdiri atas :

1. Satu pasang rantai-berat (heavy-chain)

Page 3: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

2. pasang rantai-ringan (Light-chain)

c) Tropomiosin

Tropomiosin merupakan molekul fibrosa yang terdiri atas dua

buah rantai, alfa, dan beta, yang melekat pada F-aktin dalam alur antar-

filamen.

d) Troponin

Terdapat 3 buah komponen Troponin :

1. Troponin C : terikat dengan kompleks F-aktin-tropomiosin.

2. Tropomiosin I : mencegah pengikatan kaput miosin dengan tempat

pelekatan F-aktin melalui pengguliran tropomiosin ke dalam posisi

tempat melekatnya kaput miosin pada F-aktin.

3. Troponin T : mengikat tropomiosin dan troponin lain

Didalam sel otot terdapat organel sub sel retikulum

Sarkoplasmik. Didalam Retikulum Sarkoplasmik terdapat

Kalsekuestrin. Kalsekuestrin merupakan “POOL” Ca2+ pada keadaan

otot istirahat. Ketika terjadi rangsangan, Kalsekuestrin melepaskan Ca2+

kemudian diikat oleh Troponin C lalu berkontraksi. Pada relaksasi Ca2+

kembali diikat Kalsekuestrin dalam Retikulum Sarkoplasmik.

e) Mioglobin

Merupakan Suatu protein monometrik dan menyimpan oksigen

sebagai cadangan untuk menghadapi kekurangan oksigen.

Hidrolisis ATP menggerakkan pengikatan dan pelepasan aktin

dan miosin dalam 5 macam reaksi.

Kaput S-1 miosin menghidrolisis ATP menjadi ADP + Pi. Kalau

kontraksi otot distimulasi, (lewat kejadian Ca2+ tropinin, tropomiosin, dan

aktin) maka aktin terjangkau dan miosin akan menemukannya serta

membentuk kompleks seperti yang di tunjukkan. Pembentukan kompleks

tadi meningkatkan Pi dan di ikuti oleh pelepasan ADP disertai dengan

Page 4: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

perubahan bentuk. Molekul ATP yang lain terikat pada Kaput S-1 dengan

membentuk kompleks aktin-miosin-ATP. Kompleks miosin-ATP

mempunyai afinitas yang rendah terhadap aktin, dan aktin akan

dilepaskan. Pada tahap terkhir ini kunci relaksasi tergantung pada

pengikatan ATP dan kompleks aktin miosin.

Aktin larut dalam 0,6 N larutan KCl. Aktin itu akan berikatan

dengan Ca dalam bentuk Ca aktinat. Aktin dalah protein dengan BM

70.000, dengan myosin (miosin), aktin membentuk aktomiosin. Miosin

terdapat dalam otot dalam bentuk magnesiummiosinat, BM-nya kira-kira

450.000.

Protein lain lain yang dijumpai pada otot adalah pigmen

respiratoria mioglobin. Fungsinya seperti Hb darah. Kemampuan

spesifiknya adalah menerima O2 dari darah, menyimpannya, dan

akhirnya melepaskannya untuk dipergunakan dalam metabolisme aerobik

otot rangka. Struktur molekulnya berbeda jauh dengan Hb dan

mempunyai afinitas mengikat O2 yang lebih besar daripada Hb.

1. Otot Rangka

Otot rangka mengandung air 75%, protein (terutama globulin)

20%, karbohidrat 1%, lemak, enzim, dan berbagai garam anorganik (Na,

K, Mg, Ca) 4%. Miofibril mengandung paling sedikit 4 macam globulin

yakni : aktin, miosin, tropomiosin, dan troponin (paramiosin). Berbagai

protein tersebut di atas tidak diketemukan dalam jaringan non muskuler

Otot rangka dihubungkan ke tulang melalui tendon. Tendon

menggerakan tulang dengan kontraksi otot rangka, yang dikontrol oleh

neuron motorik bawah dari medula spinalis. Satu neuron motorik dapat

mempersarafi beberapa serabut otot. Neuron motorik dan seluruh serabut

otot yang dipersarafinya disebut unit motorik. Secara umum, otot yang

memiliki kontrol halus hanya memiliki sedikit serabut otot yang

dipersarafi oleh neuron motorik tunggal. Otot yang tidak memerlukan

Page 5: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

kontrol halus (yaitu otot yang menunjang punggung) terdiri atas banyak

serabut otot per neuron motorik.

Sel otot rangka adalah sel yang sangat berdiferensiasi yang tumbuh

selama embriogenesis dan setelah itu dalam kehidupan di bawah kontrol

faktor pertumbuhan, hormon, dan stimulus fisik. Selama embriogenesis,

sel otot rangka mengalami hiperplasia (peningkatan jumlah sel) dan

hipertrofi (peningkatan ukuran sel). Setelah embriogenesis, sel otot

rangka terus mengalami hipertrofi sebagai respons terhadap stimulus

tertentu, termasuk olahraga, namun tidak lagi mengalami hiperplasia.

Miostatin protein, yang juga dikenal sebagai “faktor pertumbuhan dan

diferensiasi-8”, diidentifikasikan memiliki peran penting dalam

pengaturan pertumbuhan otot rangka sebelum dan setelah kelahiran,

dengan membatasi pertumbuhan dan reproduksi serabut sel otot.

a) Struktur Otot Rangka

Setiap otot rangka tersusun dari banyak sel otot, yang sebut

serabut otot. Otot tertentu dapat memiliki beberapa ratus adat

beberapa ribu serabut. Semakin banyak serabut otot yang ada pada

otot, semakin besar keluaran petensial otot tersebut.

Otot rangka disebut otot serabut otot serabut lintang karena

adanya garis lintang yang dapat dilihat di seluruh otot melalui

mikroskop cahaya. Garis lintang tersebut menggambarkan subunit

dari setiap serabut otot: miofibril. Satu sel otot dibentuk dari banyak

miofibril. Miofibril terdiri atas subunit yang lebih kecil yang disebut

miofilamen: miofilamen adalah unit fungsional sel otot. Unit ini

terdiri atas protein kontraktil yang tebal dan tipis, yang berkelompok

bersama menjadi pola berulang, yang disebut sarkomer.

1) Sarkomer

Setiap sarkomer mengandung filamen tebal dan tipis.

Filamen tebal terletak di daerah sentral sarkomer, dan terdiri atas

beberapa ratus salinan protein kontraktil miosin. Fillamen tipis

Page 6: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

melekat ke bagian tepi sarkomer dan terdiri atas protein aktin,

tropomiosin, dan troponin.

Daerah sarkomer yang hanya terdapat filamen tebal

disebut zona H. Daerah yang hanya terdapat filamen tipis disebut

zona I. Pita A adalah bagian tempat filamen tipis dan tebal

bertumpang-tindih. Garis z adalah tepi sarkomer, tempat aktin

melekat. Setiap sarkomer terentang dari garis Z ke garis Z

berikutnya.

2) Jembatan Silang

Setiap molekul miosin terdiri atas enam rantai peptida dua

rantai barat yang berpilin bersama untuk membentuk sebuah ekor

panjang dengan dua kepala grobular, dan rantai ringan yang

bergabung, dua rantai membentuk satu kepala, dengan kepala

miosin. Kepala tersebut membentuk tonjolan kecil yang

terbentang dari filamen miosin. Tonjolan ini disebut jembatan

silang (cross-bridge). Ketika otot relaksasi, jembatan silang

miosin tidak melekat sarkomer. Selama keadaan relaksasi ini,

molekul adenosin trifosfat (ATP) berikatan dengan miosin dan

terpecah menjadi ADP dan fosfat energi-tinggi (P). ADP dan P

tetap berikatan dengan miosin, tanpa melepaskan energi yang

dihasilkan oleh pemecahan ATP.

b) Kontraksi Otot

Kontraksi otot terjadi apabila jembatan silang miosin

berikatan dengan tempat spesifik diprotein aktin. Apabila hal ini

terjadi, energi yang disimpan di kepala miosin dari pemecahan

molekul ATP sebelumnya, dilepaskan. Energi yang dilepaskan,

digunakan untuk mengayunkan jembatan silang sehingga filamen

aktin dan miosin bergeser satu sama lain. Hal ini memendekan dan

menyebabkan kontraksi otot. Dengan berayunnya jembatan silang,

sisa ADP dan P dilepaskan dari miosin.

Page 7: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

Selama kontraksi otot, panjang filamen aktin dan miosin

tidak berubah, tetapi pita I dan zona H memendek. Setiap kontraksi

otot melibatkan beberapa siklus berulang pergeseran filamen untuk

menimbulkan tegangan yaang diperlukan otot untuk bekerja.

Tabel Komposisi Sarkomer dan Perubahan Selama Kontraksi

Daerah Filamen Komposisi Kondisi Saat Kontraksi

Zona H

Zona I

Pita A

Garis Z

Tebal

Tipis

Tebal dan tipis

bertumpang tindih

Tepi sarkomer

Miosin

Aktin, trponin,

tropomiosin

Miosin, aktin, troponin,

tropomiosin

Pelekatan aktin

Memendek

Memendek

Tidak ada perubahan

Tidak ada perubahan

1) Penggabungan Eksitasi-Kontraksi

Dengan mempertimbangkan bahwa miosin dan aktin

siap berikatan, dan energi tersedia untuk dilepaskan guna

mengayunkan jembatan silang, pertanyaannya menjadi : Apa

yang mencegah kontraksi otot rangka terjadi setiap waktu?

Jawaban sederhanyanya adalah bahwa mioksin dan aktin tidak

dapat selalu berikatan satu sama lain sehingga jembatan silang

tidak dapat selalu berayun. Kontraksi otot rangka hanya terjadi

sebagai respons terhadap stimulasi saraf dan pelepasan kalsium

intrasel-selanjutnya.

Apabila potensial aksi disampaikan oleh neuron

motorik ke serabut otot rangka, neuron melepaskan asetilkolin

(ACh) ke dalam taut neuromuskular. ACh berdifusi ke daerah

khusus sel otot, yang disebut end plate. End plate sel otot

dipusatkan pada reseptor untuk ACh. ACh berikatan dengan

reseptor sehingga terjadi pembukaan saluran natrium yang

Page 8: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

terdapat di sel otot. Dengan membukannya saluran ini, ion

natrium menyerbu masuk ke dalam sel sehingga terjadi

depolarisasi sel (menyebabkan bagian dalam sel bermuatan

positif) dan mencetuskan potensial aksi. Potensial aksi

disalurkan ke seluruh serabut otot sehingga terjadi proses

depolarisasi serabut. Depolarisasi menyebar ke serabut otot

melalui tubulus kecil, yang disebut tubulus transversus (T),

yang berjalan di sepanjang taut antara pita A dan I.

Apabila bagian dalam sel menjadi positif, ion kalsium

dilepaskan dari kantong intrasel kalsium (yang disebut kantung

lateral) yang terletak berdekatan dengan tubulus T. Kantong

lateral adalah evaginasi kompartemen penyimpanan kalsium

intrasel yang besar.: retikulum sarkoplasma (sarkoplasmic

reticulum, SR). Kadar kalsium intrasel yang tinggi yang

dilepaskan dari SE mencetuskan kontraksi otot.

2) Peran Kalsium Intrasel dalam Mencetuskan Kontraksi Otot.

Ketika serabut otot rangka berada dalam keadaan

istirahat, kepala miosin dihambat untuk berikatan dengan

molekul aktin karena adanya dua protein lain pada filamen

tipis : tropomiosin dan troponin. Tanpa adanya miosin yang

berikatan dengan aktin, energi dari ATP tidak dapat

dilepaskan, jembatan silang tidak dapat berayun, dan otot tidak

dapat berkontraksi. Peningkatan kalsium intrasel mengubah

interaksi protein ini dan menyebabkan kontraksi.

Pada keadaaan istirahat, tropomiosin melekat pada

molekul aktin dengan cara sedemikian rupa sehingga

menghambat peningkatan jembatan silang miosin disuatu

tempat di aktin. Trponin melekat pada molekul akin dan

tropomiosin. Trponin juga memiliki tempat pengikatan untuk

kalsium. Ketika konsentrasi kalsium di bagian dalam sel

Page 9: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

meningkat, kalsium berikatan dengan trponin sehingga

menyebabkan posisi trponin pada molekul trpomiosin

bergeser. Hal ini menyebabkan posisi tropomiosin pada katin

bergeser sehingga membuka tempat pengikatan untuk miosin.

Saat tempat pengikatan pada aktin terbuka, kepala miosin

segera berikatan dengan aktin dan melepaskan energi yang

disimpannya, dan jembatan silang berayun. Filamen bergeser

satu sama lain dan otot berkontraksi. Semakin banyak jumlah

jembatan silang yang berhubungan dan terayun pada satu

waktu, semakin besar tegangan yang dihasilkan oleh otot.

Setelah setiap ayunan jembatan silang, molekul ATP

yang baru berikatan dengan molekul miosin (ADP dan P lama

telah dilepaskan). Hal ini menyebabkan jambatan silang miosin

terpisah dari aktin dan serabut mengalami relaksasi. Saat

mengalami relaksasi, molekul ATP baru terpecah, dan

energinya kembali disimpan dalam kepala miosin. Apabila

kalsium intrasel tetap tinggi, jembatan silang miosin akan

kembali mengikat aktin, dan energi ini akan dilepaskan

sehingga menimbulkan kontraksi kedua. Penggabungan-

eksitasi kontraksi terjadi apabila kadar kalsium intrasel

meningkat dari konsentrasi molar istirahat sebesar kurang dari

10-2 sampai sekitar 10-5. Selama potensial aksi yang lazim,

konsentrasi kalsium sekitar 2x-10-1 molar: konsentrasi ini

adalah sekitar 10 kali kadar diperlukan untuk konsentrasi otot

secara maksimal.

c) Penjumlahan Serabut Otot

Setiap denyut kalsium berlangsung sekitar 1/20 detik dan

menghasilkan apa yang disebut sebagai kedutan otot tunggal

(singgle muscle twitch). Penjumlahan terjadi apabila kalsium

dipertahankan dalam kompartemen intrasel oleh stimulasi saraf

Page 10: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

berulang pada otot. Penjumlahan berarti masing-masing kedutan

dijumlahkan sehingga menyebabkan peningkatan kekuatan

kontraksi. Apabila stimulasi diperpanjang, tiap kedutan menyatu

sampai kekuatan kontraksi maksimum. Pada titik ini, otot dikatakan

telah mencapai tetani, yang ditandai oleh kontraksi halus yang

berkelanjutan.

d) Penjumlahan Otot Keseluruhan: Penjumlahan Serabut Multipel

Jumlah total tegangan yang dihasilkan oleh seluruh otot

adalah hasil penjumlahan tegangan yang dihasilkan oleh setiap

serabut otot. Peningkatan jumlah serabut yang distimulasi untuk

berkontraksi akan meningkatkan jumlah serabut yang dihasilkan

oleh seluruh otot. Hal ini disebut penjumlahan serabut multiple.

Penjumlahan serabut multiple terjadi apabila unit motorik

tambahan diaktivasi sehingga menyebabkan kontraksi lebih banyak

serabut otot.

e) Relaksasi Otot

Serabut otot mengalami relaksasi ketika kalsium dipompa

keluar dari sitoplasma kembali kedalam reticulum sarkoplasma.

Pemompaan kalsium adalah proses aktif yang terjadi di membrane

reticulum sarkoplasma. Proses ini menggunakan energy yang

berasal dari pemecahan molekul ATP yang berbeda. Ketika kadar

kalsium turun sampai sekitar 10-7 molar, troponin kembali ke

posisisnya semula pada molekul tropomiosin, dan tropomiosin

kembali menghambat peningkatan aktin dan myosin, yang

menyebabkan kontraksi otot berlaku.

f) Metabolisme Otot dan Keletihan Otot

Page 11: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

Kontraksi otot bergantung pada produksi ATP dari salah

satu dari tiga sumber. (1) kreatinin fosfat (creatinine phosphate,

CP) yang disimpan di otot, (2) fosforilasi oksidatif bahan makanan

yang disimpan di atau dikirim ke otot, dan (3) glikolisis anaerob.

Keletihan otot terjadi apabila penggunaan ATP di otot menjadi

berlebihan.

Ketika otot pertama kali mulai berkontraksi, otot mulai

menggunakan simpanan CP-nya untuk mendorong kontraksi. CP

mengandung molekul fosfat energy-tinggi yang dipindahkan ke

ADP untuk menghasilkan ATP:

CP + ADP = C + ATP

Sumber ATP ini mudah diakses, tetapi dibatasi oleh jumlah

CP yang terdapat di sel pada permulaan kontraksi. Setelah beberapa

detik, otot mulai mengandalkan sebagian besar fosforilasi oksidatif.

Sumber energy untuk fosforilasi oksidatif adalah glikogen yang

disimpan di otot dan setelah itu, glukosa dan asam lemak yang

dikirimkan ke otot dalam suplai darah. Sumbar energy ini tersedia

selama 30 menit atau lebih bergantung pada intensitas kontraksi.

Apabila aintensitas olahraga sangat tinggi, atau durasinya sangat

lama. Otot mulai semakin mengandalkan glikolisis anaerob.

Glikolisis anaerob menghasilkan ATP dalam jumlah terbatas dari

metabolism glikogen otot dan glukosa darah yang bersirkulasi. Otot

yang mengggunakan glikolisis anaerob untuk sebagian besar

produksi ATP-nya dengan cepat mengalami keletihan. Keletihan

otot dapat diperkirakan secara eksperimental akibat deplesi

glikogen yang disimpan di otot. Asam laktat adalah produk

sampingan glikolisis anaerob dan dapat tertimbun di otot dan darah

pada kontraksi otot yang intens atau berkepanjangan sehingga

menimbulkan keletihan. Asam laktak juga dapat menimbulkan

nyeri otot yang terasa satu atau dua hari setelah olahraga yang

intens.

Page 12: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

g) Hubungan Panjang-Tegangan

Panjang otot serabut otot menentukan jumlah maksimum

tegangan yang dapat dihasilkannya. Panjang serabut otot

mempengaruhi pembentukan tegangan akibat peregangan

sarkomer. Apabila sarkomer diregangkan melebihi panjang

optimum, sebagian jembatan silang myosin akan terlalu jauh

berhubungan dengan tempat aktin sehingga tidaka akan berayun.

Hal ini akan mengurangi tegangan total. Sebaliknya, apabila

sarkomer kurang teregang secara optimal, jembatan silang akan

menyatu terlalu dekat untuk dapat berayun secara bebas sehingga

membatasi pergeseran filament dan kembali mengurangi tegangan

total. Pada otot rangka yang normal, panjang otot saat istirahat akan

menghasilkan jumlah tegangan maksimum.

h) Kontraksi Isometrik

Kontraksi isometric adalah kontraksi ketika terjadi ayunan

jembatan silang dan terbentuk tegangan tanpa pemendekan otot.

Kontraksi isometric terjadi ketika individu mencoba mengangkat

beban yang memerlukan tegangan yang lebih bear daripada

tegangan yang dapat dihasilkan oleh otot. Tidak ada kerja mekanis

yang dilakukan. Tehangan terbentuk, tetapi otot tidak memendek.

i) Kontraksi Isotonik

Kontraksi isotonic terjadi saat otot memendek karena

mengangkat beban yang konstan. Kerja tejadi untuk mengangkat

beban tersebut. Salah satu contoh kontraksi isotonic adalah ketika

seorang atlet angkat berat mengangkat barbel. Sebagian besar

kontraksi otot mencangkup periode isotonic dan isometric.

j) Elemen Elastik Serial

Page 13: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

Biasanya terdapat penundaan antara eksitasi otot dan

kontraksi isotonic. Penundaan tersebut terjadi karena komponen

elastic otot dan kontraksi isotonic. Penundaan tersebut terjadi

karena komponen elastic otot, termasuk tendon dan perlekatan

sarkomer, harus memendek sebelum otot itu sendiri memendek.

Komponen elastic otot disebut elemen elastic serial. Apabila terjadi

kontraksi otot kedua sebelum elemen elastic serial mengalami

relaksasi, tidak terjadi, penundaan dan tegangan otot dapat

ditingkatkan segera. Konsep elemen elastic serial ini dapat lebih

mudah dipahami dengan membayangkan per yang dihubungkan ke

suatu benda. Sebelum benda dapat dingkat dengan menarik per, per

tersebut mula-mula harus diregangkan. Hal ini menunda

pengangkatan tersebut.

k) Serabut Kedut- Cepat dan Serabut Kedut- Lambat

Otot yang berbeda berisi jenis otot yang berbeda,

bergantung pada rentang pekerjaan yang dilakukan. Otot yang

harus berfungsi secara kontinu, seperti otot system pernapasan,

harus memiliki daya tahan yang lama dan banyak suplai oksigen.

Otot yang lain berfungsi secara singkat dan intens dan kemudian

mengalami relaksasi, otot ini harus dapat menghasilkan letupan

singkat energy tinggi. Biasanya otot akan berisi campuran jenis

serabut, dengan satu jenis serabut mendominasi, namun tidaksecara

eksklusif. Dua bagian utama serabut otot adalah serabut kedut-

cepat dan serabut kedut-lambat.

Serabut kedut-cepat (fast-twich fiber) melepaskan kalsium

dengan cepat dari reticulum sarkoplasma, dan dengan cepat

memecah ATP menjadi ADP pada kepala myosin. Hal ini

menyebabkan laju ayunan jembatan silang menjadi cepat. Serabut

kedut-cepat dapat bergantung terutama pada fosforilasi oksidatif

Page 14: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

atau glikolisis anaerob untuk energy, bergantung pada jenis kerja

yang biasanya dilakukan.

Serabut kedut cepat-cepat yang sering menghasilkan energi

dalam jumlah besar untuk ;etupan cepat tegangan memiliki banyak

simpanan enzi, glikolitik dan menghasilkan banyak ATP dari

glikolosis anaerob. Serabut kedut-cepat biasanya adalah serabut

besar. Serabut ini kurang memerlukan vaskularisasi: karena kurang

mengandalkan fosforilasi oksidatif: oleh karena itu, serabut ini

tampak berwarna putih. Serabut ini disebut serabut glikolitik-cepat.

Serabut glikolisis-cepat ini cepat letih dan dominan pada otot atlet

angkat berat dan pelari cepat jarak dekat.

Serabut kedut-cepat yang mengandalkan sebagian besar

fosforilasi oksidatif, yang disebut serabut glikolitik-cepat, memiliki

vaskularisasi yang baik dan mengandung banyak simpanan protein

otot mioglobin. Mioglobin bergabung di otot dengan oksigen, yang

berfungsi sebagai tempat penyimpanan oksigen. Serabut oksidatif-

cepat kurang cepat letih dan dominan pada otot pelari jaraj jauh.

Serabut kedut-lambat (slow-twitch fiber) merupakan

serabut berukuran kecil, sangat tervaskularisasi, dan terutama

bergantung pada fosforilasi oksidatif untuk produksi ATP. Otot

dengan serabut kedut-lambat tampak aneh karena vaskularisasinya

yang tinggi dan adanya protein mioglobin. Serabut oksidatif-lambat

memiliki daya tahan lama dan dominan pada otot yang diperlukan

untuk membentuk tegangan selama periode yang lama, misalnya

otot punggung.

l. Refleks Regang

Banyak otot rangka memiliki serabut otot khusus yang

bekerja sebagai reseptor regang, yang disebut serabut gelendong.

Serabut gelendong otot adalah serabut yang di bungkus oleh ujung

Page 15: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

saraf aferen, yang meningkatkan kecepatan pencetusan potensial

aksinya ketika otot teregang. Impuls disalurkan ke medula spinalis

melalui neuron aferen. Di medula spinalis, neuron aferen secara

langsung bersinaps dengan neuron motorik yang mempersarafi otot

(refleks monosinaptik) atau bersinaps dengan interneuron, yang

kemudian menstimulasi neuron motorik (refleks multisinaptik).

Aktivasi neuron motorik menyebabkan otot berkontraksi sehingga

menghilangkan regangan pada gelendong otot dan mengembalikan

kecepatan pencetusan potensial aksi saraf menjadi normal. Proses

ini disebut refleks regang. Hal yang sebaliknya terjadi apabila

regangan pada gelendong mendadak berkurang (yang disebut

refleks regang negatif). Hasil kedua jenis refleks regang tersebut

adalah dipertahankannya otot pada panjang istirahat. Gerakan otot

volunter melibatkan kontraksi serabut otot biasa dan serabut

gelendong otot secara bersamaan. Kontraksi ini memungkinkan

gerakan menjadi lancar. Neuron aferen yang mempersarafi serabut

gelendong otot disebut neuron gama.

2. Otot Jantung

Kontraksi otot jantung sama dengan kontraksi otot rangka, dengan

perbedaan sebagai berikut:

a) Sel jantung dapat berkontraksi secara spontan; yaitu kontraksi tanpa

stimulasi saraf. Stimulasi saraf dapat meningkatkan atau menurunkan

kecepatan kontraksi jantung.

b) Serabut otot jantung dihubungkan satu sama lain melalui daerah

dengan resistensi rendah, yang disebut diskus interkalatus. Diskus

interkalatus memungkinkan terjadinya depolarisasi, yang dimulai pada

satu serabut otot jantung, untuk menyebar ke serabut di sekitarnya

dengan cepat sehingga memastikan kontraksi semua serabut otot

jantung secara bersamaan pada satu waktu. Kontraksi secara

Page 16: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

bersamaan diperlukan untuk mempertahankan curah jantung dan

tekanan darah.

c) Terdapat dua sumber kalsium yang terlibat dalam menghasilkan

kontraksi sel otot jantung. Pada otot jantung, seperti pada otot rangka,

ion kalsium dilepaskan ke intrasel dari retikulum sarkoplasma, namun

ion kalsium juga masuk ke sel dari cairan ekstrasel melalui saluran

natrium-kalsium yang ada di tubulus T. Saluran ini juga peka voltase,

namun lambat untuk terbuka sehingga memperlama durasi potensial

aksi jantung. Dengan demikian, kekuatan kontraksi jantung sangat

bergantung pada kadar kalsium ekstrasel. Sebaliknya, kontraksi otot

rangka tidak bergantung kalsium ekstrasel.

d) Karena adanya saluran kalsium yang lambat, kontraksi sel otot jantung

berlangsung sekitar 10 kali lebih lama daripada kontraksi otot rangka.

Akibatnya, otot jantung tidak mampu mencetuskan potensial aksi

secara cepat dan tidak mampu mencetuskan atau tetani. Apabila otot

jantung berada dalam status kontraksi menetap, jantung tidak akan

dapat terisi darah.

e) Dalam keadaan istirahat, sel otot jantung mengalami sedikit regangan

daripada yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan maksimum,

yang memungkinkan jantung meningkatkan tegangan ketika

mengalami regangan selama peningkatan pengisian jantung (misal,

selama olahraga)

3. Otot Polos

Kontraksi otot polos dan kontraksi otot rangka memiliki beberapa

kesamaan dan beberapa perbedaan penting. Kontraksi otot polos tidak

sama pada semua otot polos. Beberapa karakteristik kontraksi otot polos

adalah:

a) Otot polos dipersarafi dan distimulasi oleh saraf simpatis dan

parasimpatis sistem saraf otonom. Saraf ini tidak mempersarafi otot

Page 17: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

polos di end plate spesifik, namun bercabang melingkupi sel otot dan

secara difus melepaskan zat transmiter di atas serabut.

b) Sebagian otot polos berfungsi sebagai suatu unit yang terdiri atas

jutaan serabut. Serabut ini berkontraksi sebagai respons terhadap

potensial aksi yang dihasilkan dari regangan mekanis, pelepasan

mediator kimia lokal, atau stimulasi saraf atau hormonal. Pencetusan

potensial aksi secara spontan dapat juga terjadi. Pada otot polos jenis

ini, disebut otot polos unit-tunggal. Otot polos jenis ini dijumpai di

usus, di seluruh saluran genitourinari, dan banyak pembuluh darah.

c) Sebagian serabut otot polos berkontraksi secara individual dan hanya

sebagai respons terhadap stimulasi saraf. Serabut ini biasanya

dipersarafi oleh satu neuron yang melepaskan ACH atau norepinefrin.

Serabut ini mengalami depolarisasi dan berkontraksi, namun biasanya

tidak mencetuskan potensial aksi. Otot polos jenis ini disebut otot

polos multi-unit. Otot polos jenis ini dijumpai pada otot mata dan

otot yang mengelilingi folikel rambut. Ketika berkontraksi, otot ini

menyebabkan rambut berdiri pada kulit.

d) Walaupun otot polos memiliki aktin dan miosin, dan memecahkan

ATP untuk menghasilkan tegangan, filamen tipis pada serabut otot

polos tidak memiliki troponin. Ketika kadar kalsium intrasel

meningkat pada serabut otot polos, kalsium berikatan dengan suatu

protein yang disebut kalmodulin, yang menyebabkan fosforilasi

memungkinkan kepala miosin berikatan dengan aktin dan

memecahkan ATP.

e) Sarkomer otot polos tidak memperlihatkan gambaran serabut lintang

di bawah mikroskopis, namun polanya lebih difus dan kurang teratur

sehingga memungkinkan otot berkontraksi dalam rentang panjang

yang berbeda-beda. Pada serabut otot polos terdapat lebih banyak

molekul aktin daripada molekul miosin walaupun pembentukan

tegangan maksimalnya sama.

Page 18: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

f) Pada otot polos, sebagian besar kalsium masuk dari cairan ekstrasel

melalui saluran kalsium peka-voltase. Sebagian kalsium kader kalsium

intrasel-selalu cukup untuk mempertahankan tingkat rendah hubungan

jembatan silang. Hal ini menimbulkan tonus otot istirahat pada otot

ini.

g) Kecepatan siklus jembatan silang dan kontraksi otot lebih lambat pada

otot polos dibandingkan dengan otot rangka, kemungkinan besar

karena kepala miosin memiliki lebih sedikit ATPase. Dengan

demikian, diperlukan waktu lebih lama untuk memecahkan ATP

sehingga memperlama waktu miosin untuk berlekatan dengan aktin.

Waktu pelekatan yang lebih lama menyebabkan peningkatan

pembentukan tegangan. Kecepatan pompa kalsium yang lambat di

otot polos juga memperlama kontraksi.

h) Mekanisme latch pada otot polos memungkinkan kontraksi otot

dipertahankan dalam periode waktu yang lama pada fraksi

pengeluaran energi oto rangka. Mekanisme ini mungkin berkaitan

dengan lama waktu miosin tetap berlekatan dengan aktin.

I. OTOT MENGUBAH ENERGI KIMIA MENJADI ENERGI MEKANIS

Otot adalah transducer (mesin) biokimia  utama yang mengubah

energi potensial (kimiawi) menjadi energi kinetik (mekanis).  Otot,

jaringan tunggal terbesar di tubuh manusia membentuk sekitar 25%

massa tubuh saat lahir, lebih dari 40% pada orang dewasa muda dan

sedikit lebih kecil 30% pada usia lanjut. 

Otot lurik terdiri dari sel-sel serabut otot  multinukleus   yang di

kelilingi oleh membran plasma yang dapat tereksitasi oleh listrik,yaitu

sarkolema. Sel serabut individual yang panjangnya dapat menyamai

panjang keseluruhan otot, mengandung berkas banyak miofibril yang

tersusun sejajar yang terbenam dalam cairan intrasel yang di sebut

Page 19: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

sarkoplasma. Di dalam cairan ini terdapat glikogen,senyawa berenergi

tinggi, ATP dan fosfokreatin, serta enzim-enzim glikolilsis.

Miofibril otot rangka mengandung filamen tebal dan tipis. Filamen

tebal mengandung miosin. Filamin tipis mengandung aktin, tropomiosin,

dan kompleks troponin (troponin T,I, dan C). Model jembata-silang

filamen geser adalah dasar dari pandangan terkini tentang kontraksi otot.

Dasar dari model-model ini adalah bahwa filamen-filamen yang saling

tumpang tindih bergeser satu sama lain sewaktu otot berkontraksi dan

jembatan silang antara miosin dan aktin menghasilkan dan

mempertahankan ketegangan otot.

II. AKTIN DAN MIOSIN MERUPAKAN PROTEIN UTAMA OTOT

Monomer G aktin membentuk 25% protein otot berdasarkan berat.

Pada kekuatan ionik fisiologis dan dengan keberadaan Mg2+,G aktin

mengalami polimerisasi secara nonkovalen untuk membentuk filamen

heliks ganda tak larut yang disebut F aktin. Serabut F aktin memiliki

tebal 6-7nm dan memiliki puncak dan struktur berulang setiap 35,5.

Miosin adalah suatu famili protein,dengan paling sedikit 12 kelas

yang telah berhasil diidentifikasi dalam genom manusia. Miosin I adalah

suatu spesies monomer yang berikatan dengan membran sel. Miosin I

dapat berfungsi sebagai penghubung antara mikrofilamen dan membran

sel di lokasi tertentu. Miosin membentuk 55% protein otot berdasarkan

berat dan membentuk filamen tebal. Mision II adalah heksamer asimetris

dengan massa molekol sekitar 460kDa.

Miosin merupakan protein otot yang paling besar jumlahnya yang

terdiri atas 6 sub-unit; yaitu 2 rantai berat dan 4 rantai ringan. Terdiri atas

bagian globular dan bagian fibrosa. Bagian globular mengandung enzim

ATPase .

Bagaimana hidrolisis ATP menghasilkan gerakan yang dapat

terlihat kasat mata? Kontraksi otot pada hakikatnya terdiri dari perlekatan

dan pembebasan siklik kepala S-1 miosin ke filamen F-aktin. Proses ini

Page 20: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

juga dapat disebut sebagai siklus penyusun dan perombakan jembatan

silang. Perlekatan aksin pada miosin juga diikuti perubahan konformasi

yang sangat penting di kepala S-1 dan bergantung pada nukleotida mana

yang tersedia (ADP atau ATP). Perubahan ini menghasilkan power

stroke  (kayuhan bertenaga), yang mendorong pergerakan filamen aktin

melewati filamen miosin. Energi unutk power stroke pada akhirnay

dipasok oleh ATP yang dihidrolisis menjadi ADP dan P1. Namun,

kayuhan bertenaga itu sendiri terjadi karena perubahan konformasi di

kepala miosim pada saat ADP meninggalkannya.

                                               ATP      ATPase          ADP + P1 + energi

Selain itu, bagian globular juga dapat berinteraksi dengan aktin. 

Apabila miosin direaksikan dengan tripsin akan putus menjadi HMM dan

LMM. HMM apabila direaksiakan dengan PAPAIN akan putus menjadi

HMMS-1 dan HMMS-2. Miosin HMM dan HMMS-1 memiliki aktivitas

ATP-ase dan masih dapat berinteraksi dengan aktin.

Apabila terjadi rangsangan, aktin G  aktin F. Kemudian 

tropomiosim dan ketiga troponim berinteraksi dengan aktin F. Interaksi

aktin F, trompomiosin dan troponin kemudian berinterksi dengan

miosin Ca3+ kontraksi.  Di dalam sel otot terdapat organel subsel

retikulum sarkoplasmik. Di dalam retikulum sarkoplasmik terdapat

protein kalsequestrin. Kalsequestrin merupakan ‘pool’ Ca2+ pada

keadaan otot istirahat. Ketika terjadi rangsangan, kalsequestrin

melepaskan Ca2+, kemudian Ca2+ diikat oleh troponin C sehingga

terjadi kontraksi. Pada relaksasi, Ca2+ kembali diikat oleh kalsequestrin

dalam retikulum sarkoplasmik.

Nitrogen oksida adalah regulator otot polos vaskular. Hambatan

pembentukannya dari arginin menyebebkan peningkatan mendadak

tekanan darah yang menunjukkan bahwa regulasi tekanan darah salah

satu dari banyak fungsinya.

Page 21: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

III. DUA TIPE SERABUT OTOT

Otot rangka berfungsi dalam kondisi aerob (istirahat) maupun

anaerob (misalnya lari cepat), jadi baik glikolisis aerob maupun anaerob

bekerja, bergantung pada kondisi. Otot rangka mengandung mioglobulin

untuk menyimpan oksigen.

Secara fungsional, otot rangka dibedakan atas dua tipe yaitu; (tipe

1) otot merah/ aerob dan (tipe2) otot putih/ anaerob. Contoh dari otot tipe

I adalah pelari maraton dimana sumber energi dari geerakan ototnya

adalah glikolisis aerobik, siklis asam sitrat, dan oksidasi asam lemak

sangat penting pada fase-fase terakhir. Contoh dari tipe otot II adalah

pelari sprint  dimana sember energi dari gerakan ototnya adalah ATP,

kreatinin kinase dan glikolisis anaerobik. Berikut adalah penjelasan lebih

rinci;

Sumber Energi pada Otot Putih

1) ATP ATPase  ADP + P1 + energi

ATP dalam otot hanya terdapat untuk kontraksi otot selama 1 detik,

2) Kreatinfosfat + ADP    kreatin kinase kreatin + ATP

Hal ini hanya berlangsung 4 detik,

3) 2 ADP   Adenilat Kinase AMP + ATP

Glikolisis anaerobik

Glikogen  Glikolisis anaerobik      2 laktat +3 ATP

Sumber Energi pada Otot Merah

1) Glikolisis aerobik

Glikogen piruvat CO2 + H2O + 39 ATP

Pada maraton glikogen hepar habis dalam waktu 18 menit

2) Glikogen otot melalui glikolisisaerobik habis dalam waktu 70 menit

3) Oksidasi β asam lemak (tahan sampai 4000 menit).

Page 22: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

B. BIOKIMIA TULANG

1. Struktur Tulang

Tulang matur terdiri dari 30 % materi organik (hidup) dan 70 %

deposit garam. Materi organik disebut matriks, dan terdiri atas lebih dari

90 % serabut kolagen dan kurang dari 10 % proteoglikogen (protein plus

polisakarida). Deposit garam terutama adalah kalsium dan fosfat, dengan

sedikit natrium, kalium karbonat, dan ion magnesium. Garam menutupi

matriks dan berikatan dengan serabut kolagen melalui proteoglikan.

Matriks organik menyebabkan tulang memiliki kekuatan tensil (resistensi

terhadap tarikan yang meregangkan). Garam tulang menyebabkan tulang

memiliki kekuatan kompresi (kemampuan menahan kompresi).

Tulang selalu berada dalam keadaan “Dynamic Equilibrium”

atau “peristiwa tukar ganti”. Peristiwa ini terlaksana karena ada dua jenis

sel , yaitu :

Osteoblas : - Deposisi tulang (Mineralisasi)

- Sintesis matriks baru

Osteoklas : - Resorpsii tulang (Demineralisasi)

- Menghancurkan matriks lama

2. Kalsium Tukar

Sebagian besar kalsium di tulang tidak mengalami kristalisasi.

Gram nonkristal ini dianggap sebagai kalsium tukar, yaitu dapat

dipindahkan dengan cepat antara tulang, cairan interstisial, dan darah.

3. Kandungan Kalsium Dalam Tulang

Terdapat kelenjar paratiroid, yaitu :

a) Hormon PTH (Paratiroid Hormon)

Fungsinya :

- Memacu Osteoklas pada tulang

- Menghambat Osteoblast pada tulang

Page 23: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

- Memicu pelepasan kalsium (Ca2+) dari tulang ke plasma.

- Meningkatkan reabsorpsi kalsium (Ca2+) ke ginjal.

b) Sel parafolikuler (Sel C) menghasilkan Calsitonin

Fungsinya :

- Menurunkan kadar Ca2+ dalam plasma dengan cara penghambatan

osteoklas (menurunkan laju pelepasan Ca2+ dari tulang

- Memacu eksresi Ca2+ melalui ginjal.

4. Pembentukan Tulang

Pembentukan tulang berlangsung secara terus-menerus dan

dapat berupa pemanjangan dan penebalan tulang. Kecepatan

pembentukan tulang berubah selama hidup. Pembentukan tulang

ditentukan oleh stimulasi hormonal, faktor makanan, dan banyaknya stres

yang dibebankan pada tulang, dan terjadi akibat aktivitas sel

pembentukan tulang, osteoblas.

Osteoblas dijumpai pada permukaan luar dan bagian dalam

tulang osteoblas berespons terhadap berbagai sinyal kimia untuk

menghasilkan matriks organik. Ketika pertama kali dibentuk, matriks

organik disebut osteoid. Dalam beberapa hari, garam kalsium mulai

mengendap pada osteoid, dan disebut osteosit atau sel tulang sejati.

Ketika tulang terbentuk, osteosit di matriks membentuk tonjolan ke

setiap tulang yang lain sehingga membentuk sistem kanal mikroskopik

(kanalikuli) di tulang.

Aktivitas osteoblas dipengaruhi oleh diet stimulasi hormonal,

dan, olahraga. Faktor ini berinteraksi dan bersifat dinamis sehingga

menyebabkan kecepatan pembentukan tulang yang berbeda sepanjang

hidup.

a) Olahraga dan Aktivasi Osteoblas

Aktivitas osteoblas distimulasi oleh olahraga dan menahan

beban, akibat arus listrik yang dihasilkan ketika stres mengenai

Page 24: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

tulang. Fraktur tulang secara dramatis menstimulasi aktivitas

osteoblas, namun mekanisme pastinya belum jelas.

b) Stimulasi Hormonal dan Aktivasi Osteoblas

Estrogen, testosteron, dan hormon pertumbuhan

meningkatkan aktivitas osteoblas dan pertumbuhan tulang.

Pertumbuhan tulang di percepat selama pubertas akibat melonjaknya

kadar hormon tersebut. Estrogen dan testosteron akhirnya

menyebabkan tulang panjang berhenti tumbuh dengan menstimulasi

penutupan lempeng epifisis (ujung pertumbuhan tulang). Ketika

kadar estrogen turun setelah menopause, aktivitas osteoblas

berkurang. Defisiensi hormon pertumbuhan mengganggu

pembentukan tulang.

c) Diet dan Aktivitas Osteblas

Diet yang adekuat selama masa kanak-kanak dan remaja

sangat penting untuk pertumbuhan tulang yang maksimal. Defisiensi

ion kalsium selama masa remaja akan menghasilkan tulang yang

kurang padat pada masa selanjutnya dalam kehidupan. Sebagian

besar kalsium yang terdapat dalam tulang seumur hidup individu

dideposit sebelum usia 20 tahun.

d) Kontrol Vitamin D pada Aktivitas Osteoblas

Vitamin D menstimulasi klasifikasi tulang secara langsung

dengan bekerja pada osteoblas, dan secara tidak langsung dengan

menstimulasi absorpsi kalsium di usus. Peningkatan absorpsi

kalsium meningkatkan konsentrasi kalsium darah, yang mendorong

klasifikasi tulang. Dengan demikian, vitamin D sangat penting untuk

memastikan absorpsi kalsium yang adekuat di usus. Akan tetapi,

vitamin D dalam jumlah yang sangat besar dapat meningkatkan

kadar kalsium serum. Vitamin D dalam jumlah besar tanpa kalsium

yang adekuat dalam makanan, sebenarnya dapat meningkatkan

resorpsi tulang.

Page 25: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

5. Penguraian Tulang

Penguraian tulang yang disebut resorpsi, terjadi secara

bersamaan dengan pembentukan tulang dan juga terus berlangsung

seumur hidup. Resorpsi tulang terjadi akibat aktivitas sel yang disebut

osteoklas. Osteoklas adalah sel fagosit besar multinukleus yang berasal

dari monosit (sel drah putih)yang terdapat ditulang. Osteoklas

menyekresi berbagai asam dan enzim yang mencerna tulang dan

memudahkan fagositosisnya. Osteoklas juga menyekresi berbagai sitokin

yang lebih lanjut menstimulasi resorpsi. Osteoklas biasanya hanya

terdapat pada satu bagian kecil tulang pada satu waktu, dan memfagosit

tulang sedikit demi sedikit, setelah selesai disuatu daerah, osteoklas

menghilang dan osteoblas muncul. Osteoblas mulai mengisi daerah yang

kosong tersebut dengan tulang baru. Proses ini menmungkinkan tulang

tua yang telah melemah diganti dengan tulang baru yang lebih kuat.

Factor yang mengontrol aktivitas osteoklas adalah hormone

paratiroid dan kalsitonin

a) Hormone paratiroid dan aktivitas osteoklas

Aktivitas osteoklas terutama dikontrol oleh hormone

paratiroid, yang dilepaskan oleh kelenjar paratiroid yang terletak

tepat dibelakang kelenjar tiroid. Pelepasan hormone paratiroid

meningkat sebagai respon terhadap penurunan kadar kalsium serum.

Hormone paratiroid meningkatkan aktivitas osteoklas dan

menstimulasi penguraian tulang sehingga membebaskan kalsium

kedalam darah. Peningkatan kalsium serum bekerja dengan cara

umpan balik negative untuk menurunkan pelepasan hormone

paratiroid lebih lanjut. Terdapat hipotesis bahwa estrogen

mengurangi resorpsi tulang dengan hambat efek hormon paratiroid

pada okteosklas: mekanisme ini tidak diketahui.

b) Efek Lain Hormon Paratiroid

Hormin paratiroid meningkatkan kalsium serung dengan

menurunkan ekskresi kalsium oleh ginjal. Hormon paratiroid uga

Page 26: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

meningkatkan ekskresi ion fosfat oleh ginjal sehingga menurunkan

kadar fosfat darah. Aktivasi vitamin D di ginjal bergantung pada

hormon paratiroid.

c) Kalsitonin dan Aktivitas Okteoklas

Kalsitonin adalah hormon yang disekresi oleh kelenjar

tiroid sebagai respons terhadap kalsium serum yang tinggi.

Kalsitonin memiliki efek yang lemah dalam menghambat aktivitas

dan pembentukan okteoklas. Efek ini meningkatkan kalsifikasi

tulang sehingga menurunkan kadar kalsium serum.

6. Remodelling

Keseimbangan antara aktivitas osteoblas dan okteoklas

menyebabkan tulang terus-menerus diperbarui atau mengalami

remodeling. Pada anak dan remaja, aktivitas osteoblas melebihi aktivitas

okteoklas sehingga menyebabkan penebalan dan pemajangan skelet.

Aktivitas osteoblas juga melebihi aktivitas osteoklas pada tulang yang

pulih dari fraktur. Pada dewasa muda, aktivitas osteoblas dan aktivitas

okteoklas biasanya seimbang sehingga jumlah total massa tulang

konstan. Pada usia pertengahan, aktivitas okteoklas melebihi aktivitas

osteoblas dan densitas tulang mulai berkurang. Aktivitas osteoklas juga

meningkat pada tulang yang mengalami imobilisasi. Pada usia dekade

ketujuh atau kedelapan, dominasi aktivitas osteoklas dapat menyebabkan

tulang menjadi rapuh sehingga mudah patah. Aktivias osteoklas dikontrol

oleh beberapa faktor fisik dan hormon.

7. Jenis Tulang

Tulang diklasifikasikan sebagai panjang, pendek, pipih, atau tidak

beraturan. Tulang panjang ditemukan di ekstremitas, sedangkan tulang

pendek dijumpai di pergelangan kaki dan pergelangan tangan. Tulang

pipih ditemukan di tengkorak dan selubung iga. Tulang tidak beraturan

mencakup vertebra, tulang wajah, dan rahang.

Page 27: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

Tulang panjang terdiri atas batang tebal panjang, yang disebut

diafisis, dan dua ujung, yang disebut epifisis. Di sebelah proksimal dari

setiap epifisis terdapat metafisis. Di antara epifisis dan metafisis terdapat

kartilago yang tumbuh, yang disebut lempeng epifisis atau lempeng

pertumbuhan. Tulang panjang tumbuh dengan cara mengakumulasi

kartilago di lempeng pertumbuhan. Tulang panjang tumbuhn dengan cara

mengakumulasi kartilago di lempeng epifisis. Kartilago digantikan oleh

osteoblas, dan tulang memanjang. Pada akhir usia remaja, kartilago

habis, lempeng epifisis berfusi, dan tulang berhenti tumbuh. Hormon

pertumbuhan, estrogen, dan terstosterom menstimulasi pertumbuhan

tulang panjang. Estrogen, bersama dengan testosteron, menstimulasi fusi

lempeng epifisis. Batang tulang panjang memiliki rongga di sepanjang

kanalis meduralis, yang berisi sumsum tulang.

8. Sumsum Tulang

Sumsung tulang terdiri atas sel yang berperan dalam

pembentukan sel darah (sumsum merah) dan sel lemak (sumsum kuning).

Sumsum ditemukan pada tulang panjang dan tulang pipih tidak

beraturan. Biopsi sumsum tulang dilakukan pada tulang pipih.

9. Metabolisme Dalam Tulang

a) Vitamin D

Vitamin D berperan dalam meningkatkan absorpsi Ca2+ dan

Po43- (Fosfat) melalui usus. Akibatnya Ca2+ dan Po4

3- dalam darah

meningkat sampai batas tertentu sehingga terbentuk garam Ca3 (Po4)2

yang mengendap ditulang. Vitamin D memasukkan kalsium ke

tulang dari darah.

b) Vitamin C

Vitamin C penting untuk sintesis kolagen pada tulang dan

pembuluh darah.

Page 28: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

c) Vitamin A

Vitamin A penting untuk regenerasi sel-sel .

C. BIOKIMIA SENDI

Sendi adalah daerah tubuh tempat dua tulang menyatu atau tempat

pertemuan antara dua bagian atau objek yang berbeda. Sendi memungkinkan

beban pasif (tulang) bergerak. Otot melekat pada 2 tulang yang terhubung

oleh sendi. Beberapa komponen penunjang sendi,  terdiri atas;

1) Tulang rawan hialin (kartilago hialin) adalah jaringan tulang rawan yang

menutupi kedua ujung tulang. Berguna untuk menjaga benturan Terdiri

atas substansi rawan ; kondroitin sulfat, sedikit protein, dan sedikit Ca2+.

Rawan sendi ini dibuat oleh kondroblast/ kondrosit.

2) Kantung sendi (bursa articularis) di antara kedua rawan sendi.

Kantung ini berisi cairan sendi. Dalam cairan sendi terlarut glikosamino

glikan, terutama asam hialuraonat. Oleh karena sifat fisikokimia

glikosamino glikan pada cairan sendi ini membuat pergerakan tulang

halus tanpa gesekan.

3) Ligamen (ligamentum) adalah jaringan pengikat yang mengikat luar

ujung tulang yang saling membentuk persendian. Ligamentum juga

berfungsi mencegah dislokasi.

4) Cairan sinovial adalah cairan pelumas pada kapsula sendi

Otot yang melekat pada 2 tulang terhubung oleh sendi. Sendi dapat

bergerak bebas, yang disebut sendi diartrodial, atau dapat tidak bergerak,

yang disebut sendi sinartrodial.

Pada sendi diartrodial, dua ujung tulang tidak tersambung secara

langsung, namun menyatu dalam kapsul sendi fibrosa yang mengelilingi dan

menopang sendi. Terdapat dua lapisan kapsul sendi: lapisan luar dan lapisan

membran dalam yang disebut sinovium atau membran sinovial. Membran

sinovial menyekresi cairan licin, yang disebut cairan sinovial, yang melunasi

sendi. Membran sinovial juga menutupi tendon yang menghubungkan tulang

Page 29: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

dengan otot, dan ligamen yang menghubungkan tulang satu sama lain.

Terdapat suplai vaskular yang berkembang dengan baik pada sinovium, yang

dapat rusak dan trauma sendi sehingga menyebabkan pembengkakan, memar,

dan nyeri di sekitar sendi. Pada beberapa sendi, membran sinovial

membentuk kantung yang tertutup diluar sendi, yang disebut bursa. Bursa

dijumpai pada daerah tempat tulang menyatu secara fisik, atau dijumpai pada

daerah tempat tulang menyati secara fisik, atau ketika tendon melewati

tulang. Bursa juga dapat mengalami inflamasi, kondisi yang disebut bursitis.

Sebagian besar sendi pada tubuh adalah sendi diartrodial, termasuk sendi

sakroiliaka, sendi interfalangeal, sendi panggul dan lutut, dan sendi bahu dan

siku. Meskipun semua sendi diartrodial dianggap dapat bergerak, sebagian

sendi ini lebih banyak bergerak dibandingkan sendi yang lain (yaitu sendi

sakroiliaka hampir terfiksasi, sedangkan sendi bahu dapat bergerak dalam

beberapa arah yang berbeda).

Pada sinartrosis, tulang menyatu dengan jaringan penyambung,

kartilago, ligamen, atau tulang lain, dengan demikian, posisinya sangat

terfiksasi. Contoh sinartrosis adalah sendi tulang tengkorak, iga, dan diskus

intervertebralis.

a) Rawan Sendi

Rawan sendi terdiri dari substansi rawan: kondrotin sulfat,

sedikit protein dan sedikit Ca2+. Dibuat oleh kondroblas atau kondrosit.

b) Membran dan cairan sinovium

Dalam cairan sendi terlarut glikosaminoglikan, terutama asam

hialuronat.Sel sinovium akan mensintesis asam hialuronat sebagai zat

tambahan plasma dalam membentuk cairan sendi. Cairan sinovium

berwarna kuning pucat, jernih dan kental. Biasanya jumlah cairan ini

sedikit berkisar antara 1-4 ml dan lebih sedikit lagi pada sendi-sendi

kecil.

c) Ligamentum dan kapsul sendi

Page 30: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

Berperan dalam stabilisasi sendi.Secara umum strukturnya

merupakan gelendong kolagen (bersama-sama elastin merupakan protein

terbanyak yaitu 90%) dan diantaranya dapat dijumpai fibrosit.

d) Meniskus

Meniskus (lempeng firbokartilago) dijumpai pada sendi tertentu

seperti sendi lutut, sternoklavikular, radioulnar distal, dan

akromioklavikular

e) Lubrikasi sendi

Terdapat dua sistim lubrikasi yaitu sistim hidrostatik yang

berperan pada tekanan besar dan boundary system yang berperan pada

tekanan rendah 

Page 31: Biokimia Sistem Muskuloskeletal

Daftar Pustaka

Corwin, Elizabeth J. 2009. Buku Saku : Patofisiologi Edisi 3. Jakarta : EGC

K.Murray, Robbert, et all. 2009. Biokimia Harper. Jakarta : EGC

Sherwood, Lauralee. 2007. Fisiologi Manusia dari Sel ke Sistem. Jakarta : EGC