SISTEM OTOT

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVFISIOLOGI OTOTDetty IryaniBagian FisiologiFakultas Kedokteran UNAND

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVSIFAT-SIFAT KHUSUS OTOTMudah terangsang (irritability)Mudah berkontraksi (contractility)Dapat melebar (extensibility)Dapat diregang (elasticity)Mempunyai irama kontraksi (otot jantung)Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVJENIS OTOTOtot rangkaOtot polosOtot jantungMuscle TypesFigure 12-1: Three types of muscles

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVPERBEDAAN OTOTItem pembedaOtot rangkaOtot polosOtot jantungStrukturBergaris lintangTidak ada syncitiumPolosAda syncitiumBergaris lintangAda syncitiumPersarafanSaraf tepiSaraf otonomSaraf otonomFungsivolunterinvolunterinvolunterLetakPada rangkaPada alat dalam, p.d.Pada jantungKontraksiTdk ada iramaTdk ada iramaAda irama

6Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVFISIOLOGI ANATOMI OTOT RANGKASerat 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 tulangKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVSerat Otot Rangka (contd)Serat otot terdiri atas ratusan-ribuan miofibrilMiofibril terdiri atas 1500 filamen miosin dan 3000 filamen aktinMiofibril 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 kontraksiKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVFilamen 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 CaKarakteristik Molekular Filamen KontraktilFilamen mosin

- Kepala dari cross-bridges miosin mengandung ATP- ase Filamen aktinFilamen miosinBodyHingesCross bridgesKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVMekanisme Umum Kontraksi Otot1. Potensial aksi dari syaraf motorik sampai ke neuro- muscular junction (end-plate) potensial end-plate2. Sekresi neurotransmitter asetilkolin dari ujung syaraf3. Acetylcholine-gated channel di membran otot terbuka4. Ion Na masuk ke dalam serat otot potensial aksi5. Potensial aksi menyebar di sepanjang membran serat otot6. Timbul depolarisasi sampai ke retikulum sarkoplasmik ion Ca di lepaskan ke miofibril7. Ion Ca menginisiasi proses atraksi aktin dan miosin sliding aktin dan miosin kontraksi8. Pompa Ca mengembalikan ion Ca ke retikulum sarkoplasmik kontraksi berhenti (relaksasi) Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVInteraksi miosin, filamen aktin, dan ion Ca menyebabkan kontraksiMekanisme Molekular Kontraksi OtotFilamen miosinFilamen aktinActive sitesPower strokeHingesMovementInhibisi 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 miosinKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVPeristiwa kimia pada gerakan kepala miosin1. 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 miosin3. 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 ATP4. 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 aktin5. ATP berikatan power stroke dan seterusnya sampai filamen aktin menarik membran Z kontraksiSkeletal Muscle Contraction: MechanismFigure 12-11a: Excitation-contraction coupling

Skeletal Muscle Contraction: MechanismFigure 12-11b: Excitation-contraction coupling

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVEnergi Kontraksi Otot Pemakaian energi pada kontraksi ototSupply 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 IVEnergi Kontraksi Otot Sumber energi- Konsentrasi ATP di dalam serat otot: 4 milimolar hanya cukup untuk kontraksi selama 1-2 detik- ADP dari pemecahan ATP segera di reposforilasi menjadi ATP- Sumber energi untuk reposforilasi:> posfokreatin (konsentrasi hanya 5xATP memperpanjang kontraksi sampai 5-8 detik)> glikolisis: glikogen otot asam piruvat dan asam laktat> metabolisme oksidatif: >95% dari seluruh energi yang diperlukan untuk kontraksi otot jangka panjangKuliah 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 laktatJumlah O2 yang harus dibayar ini disebut hutang O2Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVKarakteristik Kontraksi OtotKontraksi isometrik:

Sewaktu kontraksi:- Panjang otot tetap (tidak terjadi pemendekan otot)- Tonus otot meningkatStimulating electrodeElectronic forcetransducerKe electronic recordrKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVKarakteristik Kontraksi Otot (contd)Kontraksi isotonik:

Sewaktu kontraksi:- Otot memendek- Tonus otot tetapStimulating electrodeKimografototTimbanganKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVKarakteristik Kontraksi Otot (contd)Serat otot cepat- Ukuran serat besar- Perlu banyak ion Ca retikulum sarkoplasmik ekstensif, - Metabolisme utama non- oksidatif (anaerobik) > Jumlah enzim glikolitik banyak, > Suplai darah sedikit, > Mitokondria sedikit> Mioglobin sedikit warna otot lebih pucatSerat 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 Karakteristik kontraksi berbagai serat otot: Otot kontraksi cepat dan lambatKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVMekanika Kontraksi Otot RangkaUnit 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 serat-serat otot dari motor unit yang lain Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVMekanika Kontraksi Otot Rangka (contd)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 IVMekanika Kontraksi Otot Rangka (contd) 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 relaksasiKekuatan kontraksi ototKecepatan stimulasil l l l l l l l l l l5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55tetanisasiKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVMekanika Kontraksi Otot Rangka (contd)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 spinalisKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVMekanika Kontraksi Otot Rangka (contd)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 O2Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVRemodelling 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 > penghancuranAtrofi otot:- otot yang tidak digunakan replacement < penghancuranKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVPenyesuaian panjang:- Penambahan atau pengurangan sarkomer

Hiperplasia serat otot:- Jarang terjadi- Penambahan jumlah serat otot- Menyertai hipertrofi

Efek denervasi:- Signal kontraksi hilang > atrofi > kontraktur (pemendekan)

Recovery pada poliomielitis: kompensasi- Terbentuk macromotor unit penambahan akson- 1 motorunit mensarafi banyak serat ototKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVRigor MortisKontraktur 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 tinggiKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVFISIOLOGI ANATOMI OTOT POLOSTipe 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 IVOtot polos multi-unit:Serat ototnya terpisah, tidak menyatuSetiap serat otot bekerja secara terpisahSetiap serat otot disyarafi satu serat syarafContoh: m. ciliaris mata, m. erector pili

Otot polos single-unit: Serat otot menyatu, membran selnya membentuk gap junction penyebaran ion potensial aksiBerkontraksi bersamaanContoh: usus, saluran empedu, ureter, uterus, beberapa pembuluh darahDisebut juga otot polos singsisium atau otot polos viseralTipe Otot Polos Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVProses Kontraksi Otot PolosDasar 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 rangkaFilamen aktinFilamen miosinDensebodiesKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVProses kontraksi otot polosKekhasan otot polos visera : ketidakmantapan potensial membrannya dan adanya kontraksi yang berkesinambungan, tidak teratu dan tidak tergantung persarafanPotensial membran tidak memiliki nilai potensial istirahat yang sebenarnya

Smooth Muscles: CharacteristicsFigure 12-27: Anatomy of smooth muscle

Smooth Muscle Contraction: MechanismFigure 12-28: Smooth muscle contraction

Smooth Muscle Relaxation: MechanismFigure 12-29: Relaxation in smooth muscle

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IV

OTOT JANTUNGKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVOtot jantungMemiliki diskus interkalaris dan sistem T, yang memudahkan penyebaran potensial aksi, seperti sinsitiumMempunyai miosin, aktin, tropomiosin dan troponin dalam berbagai isoform, juga mengandung distrofinPotensial aksi dipertahankan oleh saluran kalsium lambatMemiliki masa refrakter absolut, sehingga otot jantung tidak bisa mengalami tetaniHubungan antara panjang serat otot dan tegangan (Hukum Frank Starling)Metabolisme otot jantungMechanism of Cardiac Muscle Excitation, Contraction & RelaxationFigure 14-11: Excitation-contraction coupling and relaxation in cardiac muscle

Modulation of ContractionFigure 14-12: Modulation of cardiac contraction by catecholamines

Kuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVReferensiText Book of Medical Physiology (11th) by Guyton and HallPrinciples 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 SherwoodKuliah Pengantar Blok 1.3 Minggu IVSelamat Belajar