Adanya Pengaruh Kalsium dan Vitamin D terhadap Kontraksi Otot dan Pemulihan

Tulang

Apriandy Pariury

102011299/F5

Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida Wacana

Jl. Terusan Arjuna No. 6 Jakarta Barat 11510

ria_pariury@rocketmail.com

Pendahuluan

Tulang merupakan salah satu dari jaringan-jaringan tubuh yang paling keras. Fungsinya

adalah sebagai kerangka utama pada manusia dewasa, penunjang otot, pelindung organ-organ

vital seperti otak dan rongga toraks dan merupakan tempat sumsum tulang. Tulang juga

merupakan tempat penyimpanan kalsium, fosfor dan ion-ion lainnya yang dapat dilepaskan atau

disimpan untuk mempertahankan kadar yang tetap ion-ion tersebut dalam cairan tubuh. Tulang

adalah jaringan ikat khusus terdiri dari sel dan matriks. Sel tulang adalah osteoblas, osteosit dan

osteoklas di luarnya. Matriks adalah komponen anorganik yaitu Ca fosfat, Ca karbonat, sedikit

Ca fluoride, Mg fluoride dan komponen organik yaitu serat kolagen dan substansi dasar.

Sehubungan dengan tulang, pada makalah ini dibahas mengenai patah tulang paha yang dialami

oleh seorang anak kecil yang terjatuh dari tangga. Namun, tidak membahas kasus ini secara

patologi/klinis tetapi secara makro, mikro, dan pengaruh kalsium dan vitamin D terhadap

kontraksi otot dan pemulihan tulang dari proses patah tulang tersebut.

Dalam penulisan makalah ini bukan saja membahas mengenai isinya tanpa memiliki

tujuan yang jelas terhadap isi makalah. Sehingga tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk

memberikan suatu gambaran maupun penjelasan yang lebih mendalam mengenai proses

pembentukan tulang dan gangguan metabolisme tulang seperti contoh kasus fraktur femur pada

skenario yang dibahas dalam makalah ini. Oleh karena itu, dengan adanya tujuan dari penulisan

makalah ini penulis berharap bahwa makalah ini dapat dijadikan sebagai pedoman dan literatur

dalam masa sekarang atau pun masa yang akan datang dan masyarakat dapat melakukan

pencegahan dan pengobatan dini dengan cara yang tepat.

1

Skenario

Seorang anak kecil terjatuh dan patah tulang pahanya ketika sedang menuruni tangga.

Setelah ditangani oleh dokter, anak tersebut diberikan suplemen kalsium dan vitamin D untuk

mempercepat pertumbuhan tulangnya dan agar ototnya dapat berkontraksi dengan baik.

Istilah Yang Tidak Diketahui

Tidak ada istilah yang tidak diketahui.

Rumusan Masalah

1. Anak kecil terjatuh dan patah pada tulang paha

2. Dokter memberikan sumplemen Ca dan vitamin D

Hipotesis

Ca dan vitamin D mempengaruhi kontraksi otot dan pertumbuhan tulang.

Patah Tulang Paha (Fraktur Femur)

Berdasarkan kasus/skenario yang dibahas, untuk itu saya terlebih dahulu menjelaskan

tentang stuktur makro dan mikro dari tulang paha (femur).

Struktur Makro (Anatomi) Femur

Os. Femur merupakan tulang panjang dalam tubuh, yang dibagi atas

caput, corpus, dan collum dengan distal dan proximal. Tulang ini bersendi

dengan ocetabulum dalam struktur persendian panggul dan bersendi dengan

tulang tibia pada sendi lutut.1

Tulang paha ini termasuk tulang panjang dan terbesar pada tubuh

yang merupakan seperempat panjang tubuh. Tulang ini terdiri dari 3 bagian

yaitu: epiphysis, diaphysis, dan epiphysis distalis.1

Epiphysis proximalis membuat bulatan dua pertiga bagian bola disebut caput femoris

yang punya facies articularis untuk bersendi dengan acetabulum, di tengahnya terdapat

cekungan yang disebut fovea capatis. Caput melanjutnya diri sebagai collum femoris, yang

kemudian di sebelah lateral membulat yang disebut trochantor minor. Dilihat dari depan, kedua

bulatan mayor dan minor ini dihubungkan oleh rigi disebut crista intertrochanterica dilihat dan

belakang pula, maka disebelah tengah trochantor mayor terdapat cekungan fossa trochanterica.

2

Diaphysis merupakan bagian yang panjang disebut corpus. Penampang melintang merupakan

sepertiga dengan basis menghadap ke depan pada diaphysis mempunyai 3 dataran yaitu facies

medialis, facies lateralis dan facies anterior. Batas antara facies medialis dan lateralis nampak di

bagian belakang berupa garis yang disebut linea aspera, yang dimulai dari bagian proximal

dengan tonjolan kasar yang disebut tuberositas glutea, kemudian linea ini terbagi menjadi dua

bibir yaitu labium mediale dan labium laterale. Linea mediale sendiri merupakan lanjutan dari

linea intertrohanterica. Linea aspera bagian distal membentuk segitiga yang yang disebut

planum popliteum. Dari trochantor minor terdapat suatu garis disebut linea pectinea. Pada

dataran belakang terdapat foramen nutricium, labium mediale atau laterale disebut linea

supracondylaris medialis atau laterale.1

Epiphysis distalis merupakan bulatan sepasang yang disebut condylys medialis dan

condylus lateralis. Disebelah proximalis tonjolan ini terdapat masing-masing sebuah bulatan

kecil disebut epicondylus medialis dan epicondylus lateralis. Epicondylus ini merupakan akhir

perjalanan linea aspera yang melebar ke lateral disebut facies patellaris untuk bersendi dengan

os patella, dilihat dari belakang, diantara condylus terdapat cekungan yang disebut fossa

intercondyloid kemudian di bagian proximalnya terdapat garis yang disebut linea intercondyloid.

3

Struktur Mikro (Histologi)

Tulang adalah jaringan yang tersusun oleh sel dan didominasi oleh matrix kolagen

ekstraselular (tipe I kolagen) yang disebut sebagai osteoid. Osteoid ini termineralisasi oleh

deposit kalsium hydroxyapatite, sehingga tulang menjadi kaku dan kuat.1

Sel-sel pada tulang adalah: 

- Osteoblast

Osteoblast yang mensintesis dan menjadi perantara mineralisasi osteoid. Osteoblast

ditemukan dalam satu lapisan pada permukaan jaringan tulang sebagai sel berbentuk

kuboid atau silindris pendek yang saling berhubungan melalui tonjolan-tonjolan pendek.

- Osteosit

Osteosit merupakan komponen sel utama dalam jaringan tulang. Mempunyai peranan

penting dalam pembentukan matriks tulang dengan cara membantu pemberian nutrisi

pada tulang. 

- Osteoklas

Sel fagosit yang mempunyai kemampuan mengikis tulang dan merupakan bagian yang

penting. Mampu memperbaiki tulang bersama osteoblast. Osteoklas ini berasal dari

deretan sel monosit makrofag.

- Sel osteoprogenitor

Sel osteoprogenitor merupakan sel mesenkimal primitif yang menghasilkan osteoblast

selama pertumbuhan tulang dan osteosit pada permukaan dalam jaringan tulang. 

Tulang membentuk formasi endoskeleton yang kaku dan kuat dimana otot-otot skeletal

menempel sehingga memungkinkan terjadinya pergerakan. Tulang juga berperan dalam

penyimpanan dan homeostasis kalsium. Kebanyakan tulang memiliki lapisan luar tulang kompak

yang kaku dan padat.1

Tulang dan kartilago merupakan jaringan penyokong sebagai bagian dari jaringan

pengikat tetapi keduanya memiliki perbedaan pokok antara lain:  Tulang memiliki sistem

kanalikuler yang menembus seluruh substansi tulang, tulang memiliki jaringan pembuluh darah

untuk nutrisi sel-sel tulang, tulang hanya dapat tumbuh secara aposisi dan substansi interseluler

tulang selalu mengalami pengapuran.1 

Pada potongan tulang terdapat 2 macam struktur : 

1. Substantia spongiosa (berongga)

4

2. Substantia compacta (padat) 

Bagian diaphysis tulang panjang yang berbentuk sebagai pipa dindingnya merupakan tulang

padat, sedang ujung-ujungnya sebagian besar merupakan tulang berongga yang dilapisi oleh

tulang padat yang tipis. Ruangan dari tulang berongga saling berhubungan dan juga dengan

rongga sumsum tulang.1

Jenis Jaringan Tulang

Secara histologis tulang dibedakan menjadi 2 komponen utama, yaitu:

- Tulang muda/tulang primer 

- Tulang dewasa/tulang sekunder 

Kedua jenis ini memiliki komponen yang sama, tetapi tulang primer mempunyai serabut-serabut

kolagen yang tersusun secara acak, sedang tulang sekunder tersusun secara teratur.1 

Jaringan Tulang Primer 

Dalam pembentukan tulang atau juga dalam proses penyembuhan kerusakan tulang,

maka tulang yang tumbuh tersebut bersifat muda atau tulang primer yang bersifat sementara

karena nantinya akan diganti dengan tulang sekunder. Jaringan tulang ini berupa anyaman,

sehingga disebut sebagai woven bone. Jaringan tulang primer merupakan komponen muda yang

tersusun dari serat kolagen yang tidak teratur pada osteoid. Woven bone terbentuk pada saat

osteoblast membentuk osteoid secara cepat seperti pada pembentukan tulang bayi dan pada

dewasa ketika terjadi pembentukan susunan tulang baru akibat keadaan patologis. Selain tidak

teraturnya serabut-serabut kolagen, terdapat ciri lain untuk jaringan tulang primer, yaitu

5

sedikitnya kandungan garam mineral sehingga mudah ditembus oleh sinar-X dan lebih banyak

jumlah osteosit kalau dibandingkan dengan jaringan tulang sekunder. Jaringan tulang primer

akhirnya akan mengalami remodeling menjadi tulang sekunder (lamellar bone) yang secara fisik

lebih kuat dan resilien. Karena itu pada tulang orang dewasa yang sehat itu hanya terdapat

lamella saja.1

Jaringan Tulang Sekunder 

Jenis ini biasa terdapat pada kerangka orang dewasa. Dikenal juga sebagai lamellar bone

karena jaringan tulang sekunder terdiri dari ikatan paralel kolagen yang tersusun dalam

lembaran-lembaran lamella. Ciri khasnya: serabut-serabut kolagen yang tersusun dalam

lamellae(lapisan) setebal 3-7μm yang sejajar satu sama lain dan melingkari konsentris saluran di

tengah yang dinamakan Canalis Haversi. Dalam Canalis Haversi ini berjalan pembuluh darah,

serabut saraf dan diisi oleh jaringan pengikat longgar. Keseluruhan struktur konsentris ini

dinamai Systema Haversi atau osteon. Sel-sel tulang yang dinamakan osteosit berada di antara

lamellae atau kadang-kadang di dalam lamella. Di dalam setiap lamella, serabut-serabut kolagen

berjalan sejajar secara spiral meliliti sumbu osteon, tetapi serabut-serabut kolagen yang berada

dalam lamellae di dekatnya arahnya menyilang.1 

Di antara masing-masing osteon seringkali terdapat substansi amorf yang merupakan

bahan perekat.2 Susunan lamellae dalam diaphysis mempunyai pola sebagai berikut:

- Tersusun konsentris membentuk osteon. 

- Lamellae yang tidak tersusun konsentris membentuk sistema interstitialis. 

- Lamellae yang malingkari pada permukaan luar membentuk lamellae circumferentialis

externa. 

- Lamellae yang melingkari pada permukaan dalam membentuk lamellae circumferentialis

interna. 

Periosteum 

Bagian luar dari jaringan tulang yang diselubungi oleh jaringan pengikat pada fibrosa

yang mengandung sedikit sel. Pembuluh darah yang terdapat di bagian periosteum luar akan

bercabang-cabang dan menembus ke bagian dalam periosteum yang selanjutnya samapai ke

dalam Canalis Volkmanni. Bagian dalam periosteum ini disebut pula lapisan osteogenik karena

memiliki potensi membentuk tulang. Oleh karena itu lapisan osteogenik sangat penting dalam

proses penyembuhan tulang. Periosteum dapat melekat pada jaringan tulang karena: 

6

pembuluh-pembuluh darah yang masuk ke dalam tulang, terdapat serabut Sharpey (serat

kolagen) yang masuk ke dalam tulang dan terdapat serabut elastis yang tidak sebanyak serabut

Sharpey.1 

Endosteum

Endosteum merupakan lapisan sel-sel berbentuk gepeng yang membatasi rongga sumsum

tulang dan melanjutkan diri ke seluruh rongga-rongga dalam jaringan tulang termasuk Canalis

Haversi dan Canalis Volkmanni. Sebenarnya endosteum berasal dari jaringan sumsum tulang

yang berubah potensinya menjadi osteogenik.1 

Komponen Jaringan Tulang

Sepertinya halnya jaringan pengikat pada umumnya, jaringan tulang juga terdiri atas

unsur-unsur: sel, substansi dasar, dan komponen fibriler. Dalam jaringan tulang yang sedang

tumbuh, seperti telah dijelaskan pada awal pembahasan, dibedakan atas 4 macam sel:

Osteoblas 

Sel ini bertanggung jawab atas pembentukan matriks tulang, oleh karena itu banyak

ditemukan pada tulang yang sedang tumbuh. Selnya berbentuk kuboid atau silindris pendek,

dengan inti terdapat pada bagian puncak sel dengan kompleks Golgi di bagian basal. Sitoplasma

tampak basofil karena banyak mengandung ribonukleoprotein yang menandakan aktif

mensintesis protein.1 

Pada pengamatan dengan M.E tampak jelas bahwa sel-sel tersebut memang aktif

mensintesis protein, karena banyak terlihat RE dalam sitoplasmanya. Selain itu terlihat pula

adanya lisosom.1

Osteosit 

Osteosit merupakan komponen sel utama dalam jaringan tulang. Pada sediaan gosok

terlihat bahwa bentuk osteosit yang gepeng mempunyai tonjolan-tonjolan yang bercabang-

cabang. Bentuk ini dapat diduga dari bentuk lacuna yang ditempati oleh osteosit bersama

tonjolan-tonjolannya dalam canaliculi. Dari pengamatan dengan M.E dapat diungkapkan bahwa

kompleks Golgi tidak jelas, walaupun masih terlihat adanya aktivitas sintesis protein dalam

sitoplasmanya. Ujung-ujung tonjolan dari osteosit yang berdekatan saling berhubungan melalui

gap junction. Hal-hal ini menunjukkan bahwa kemungkinan adanya pertukaran ion-ion di antara

osteosit yang berdekatan. 

7

Osteosit yang terlepas dari lacunanya akan mempunyai kemampuan menjadi sel

osteoprogenitor yang pada gilirannya tentu saja dapat berubah menjadi osteosit lagi atau

osteoklas. 

Osteoklas

Osteoklas merupakan sel multinukleat raksasa dengan ukuran berkisar antara 20 μm-

100μm dengan inti sampai mencapai 50 buah. Sel ini ditemukan untuk pertama kali oleh

Köllicker dalam tahun 1873 yang telah menduga bahwa terdapat hubungan sel osteoklas (O)

dengan resorpsi tulang. Hal tersebut misalnya dihubungkan dengan keberadaan sel-sel osteoklas

dalam suatu lekukan jaringan tulang yang dinamakan Lacuna Howship (H). keberadaan

osteoklas ini secara khas terlihat dengan adanya microvilli halus yang membentuk batas yang

berkerut-kerut (ruffled border). Gambaran ini dapat dilihat dengan mroskop electron. Ruffled

border ini dapat mensekresikan beberapa asam organik yang dapat melarutkan komponen

mineral pada enzim proteolitik lisosom untuk kemudian bertugas menghancurkan matriks

organik. Pada proses persiapan diklasifikasi (a), osteoklas cenderung menyusut dan memisahkan

diri dari permukaan tulang. Relasi yang baik dari osteoklas dan tulang terlihat pada gambar (b).

resorpsi osteoklatik berperan pada proses remodeling tulang sebagai respon dari pertumbuhan

atau perubahan tekanan mekanikal pada tulang. Osteoklas juga berpartisipasi pada pemeliharaan

homeostasis darah jangka panjang.2 

Selain pendapat di atas, ada sebagian peneliti berpendapat bahwa keberadaan osteoklas

merupakan akibat dari penghancuran tulang. Adanya penghancuran tulang osteosit yang terlepas

akan bergabung menjadi osteoklas. Tetapi akhir-akhir ini pendapat tersebut sudah banyak

ditinggalkan dan beralih pada pendapat bahwa sel-sel osteoklas-lah yang menyebabkan

terjadinya penghancuran jaringan tulang.2 

Sel Osteoprogenitor

Sel tulang jenis ini bersifat osteogenik, oleh karena itu dinamakan pula sel osteogenik.

Sel-sel tersebut berada pada permukaan jaringan tulang pada periosteum bagian dalam dan juga

endosteum. Selama pertumbuhan tulang, sel-sel ini akan membelah diri dan mnghasilkan sel

osteoblas yang kemudian akan akan membentuk tulang. Sebaliknya pada permukaan dalam dari

jaringan tulang tempat terjadinya pengikisan jaringan tulang, sel-sel osteogenik menghasilkan

osteoklas.2 

8

Sel-sel osteogenik selain dapat memberikan osteoblas juga berdiferensiasi menjadi

kondroblas yang selanjutnya menjadi sel kartilago. Kejadian ini, misalnya, dapat diamati pada

proses penyembuhan patah tulang. Menurut penelitian, diferensiasi ini dipengaruhi oleh

lingkungannya, apabila terdapat pembuluh darah maka akan berdiferensiasi menjadi osteoblas,

dan apabila tidak ada pembuluh darah akan menjadi kondroblas. Selain itu, terdapat pula

penelitian yang menyatakan bahwa sel osteoprogenitor dapat berdiferensiasi menjadi sel

osteoklas lebih-lebih pada permukaan dalam dari jaringan tulang.2 

Pengaruh Kalsium dan Vitamin D

Kalsium dan vitamin D sangat berpengaruh dalam pembentukan maupun pemulihan

tulang. Kalsium diperlukan untuk pembentukan tulang sedangkan vitamin D sebagai penyokong

atau yang membantu kalsium dalam proses pembentukan dan pemulihan dari tulang itu sendiri.

Kalsium

Kalsium sangat berperan dalam berbagai proses biologik seperti koagulasi darah,

aktivitas enzim, kontraksi otot, eksitabilitas saraf, pembebasan hormon, permeabilitas membran,

dan sebagai unsur esensial struktur tulang.3 Aktivitas tersebut di atas dapat berlangsung normal

apabila kadar kalsium dalam darah berada dalam kisaran normal. Untuk mempertahankan dalam

keadaan normal kalsium dipengaruhi oleh PTH, vitamin D, dan kalsitonin.4

Penyerapan kalsium sebagian besar terjadi di duodenum dan jejunum bagian proksimal

karena keadaannya lebih bersifat asam daripada bagian usus yang lainnya. Penyerapan kalsium

di usus halus berlangsung melalui dua mekanisme, yaitu dengan transpor aktif dan transpor pasif.

Mekanisme transpor aktif diatur oleh 1,25 - Dehidroxycholecalciferol [1,25-(OH)2 D], suatu

bentuk vitamin D paling aktif yang diproduksi dalam ginjal. Transpor aktif diatur dengan tujuan

untuk memenuhi kebutuhan kalsium tubuh yang meningkat, misalnya pada periode

9

pertumbuhan, kehamilan, laktasi, atau pada saat diet rendah kalsium. Dehidroxycholecalciferol

[1,25-(OH)2D] menyebabkan terbentuknya protein pengikat kalsium di sel-sel epitel usus.

Protein tersebut berfungsi untuk mengangkut kalsium ke dalam sitoplasma sel, selanjutnya

kalsium bergerak melewati membran basolateral dengan cara difusi terfasilitasi.5 Protein

pengikat kalsium tetap di dalam sel plasma beberapa minggu sesudah [1,25-(OH)2D]

dikeluarkan dari tubuh sehingga memperpanjang waktu absorbsi kalsium. Absorbsi kalsium

dalam saluran pencernaan biasanya berkisar antara 30-80 % dari total asupan kalsium. Tubuh

manusia menyerap sekitar 20 % hingga 40 % kalsium dari makanan yang dikonsumsi, namun

pada umumnya disesuaikan dengan kebutuhan tubuh. Penyerapan kalsium meningkat apabila

terjadi penurunan kadar kalsium darah. Sebaliknya penyerapan kalsium menurun apabila kadar

kalsium darah tinggi.6

Kadar kalsium plasma normal berkisar antara 9,2-10,4 mg/dl (2,4 mEq/L), dari jumlah

tersebut sekitar 6 % berikatan dengan sitrat, fosfat dan anion lain, sedangkan sisanya 94 %

terbagi dua, yaitu bentuk yang terikat protein plasma dan bentuk terionisasi atau tidak terikat.

Bentuk terikat protein plasma terutama dengan albumin (47 %) dan bentuk yang terionisasi atau

yang tak terikat (47 %), dapat berdifusi melalui membran sel semipermeabel.6

Kalsium dalam bentuk ion diperlukan untuk mengatur sejumlah proses fisiologik dan

biokimia penting termasuk eksitabilitas neuromuskuler, koagulasi darah, proses-proses yang

sifatnya sekresi, integritas membran serta pengangkutan membran plasma, reaksi enzim,

pelepasan hormon serta neurotransmiter, dan kerja intrasel sejumlah hormon.5 Aktivitas biologik

seperti tersebut di atas dapat berjalan normal apabila kadar kalsium berada dalam kisaran normal.

Kadar kalsium ion dipertahankan oleh mekanisme homeostasis. Adanya perubahan 1-5 % dari

kalsium darah menyebabkan mekanisme homeostasis mulai berperan untuk mengembalikan

kadar kalsium pada kadar yang normal. Kalsium plasma berada dalam keseimbangan dengan

kadar kalsium tulang yang siap melakukan pertukaran. Jumlah kalsium dalam cairan ekstrasel

diatur oleh PTH, kalsitriol, dan kalsitonin yaitu dengan cara memengaruhi transpor kalsium

melalui membran yang memisahkan cairan ekstrasel dengan cairan periosteum.

Kalsium dibutuhkan untuk pertumbuhan normal dan perkembangan kerangka tubuh.

Kalsium harus tersedia dengan cukup pada makanan untuk mempertahankan kadar normalnya

dalam serum. Nutrisi rendah kalsium menyebabkan individu akan memasuki kehidupan dewasa

dengan massa tulang yang kurang padat. Hal ini merupakan faktor risiko untuk terjadinya

10

osteopenia dan osteoporosis. Mulai usia sekitar 50-an pada pria dan saat menopause pada wanita,

keseimbangan tulang menjadi negatif dan terjadi kehilangan massa tulang pada seluruh bagian

dari kerangka. Kehilangan kalsium ini dihubungkan dengan makin meningkatnya kejadian patah

tulang, khususnya pada wanita. Apabila kekurangan kalsium pada usia awal, maka dapat

mengalami patah tulang pada usia 57-58 tahun.6

Kekurangan asupan kalsium atau gangguan penyerapan kalsium dari usus memberikan

pengaruh berbeda pada berbagai tingkat usia. Apabila kondisi ini terjadi pada masa anak-anak

maka akan menimbulkan penyakit rhakhitis atau osteomalasia pada orang dewasa.6 Sejumlah

besar kalsium difiltrasi di dalam ginjal, 98-99 % dari jumlah kalsium yang difiltrasi akan diserap

kembali. Penyerapan kembali dari kalsium 65 % terjadi di tubulus proksimal, sedangkan sisanya

sebagian besar diserap kembali melalui tubulus distal dan sebagian kecil melalui bagian asendens

jerat Henle. Penyerapan kembali di tubulus distal merupakan proses transpor aktif yang diatur

oleh hormon paratiroid.6 Sebagian besar kalsium diekskresikan lewat tinja dan hanya sebagian

kecil lewat urin. Ekskresi kalsium lewat urin maupun tinja menurun apabila terjadi

hipokalsemia.6

Vitamin D

Vitamin D merupakan vitamin yang larut dalam lemak dan merupakan turunan dari

senyawa sterol serta mempunyai beberapa bentuk senyawa dengan fungsi yang sama. Sebagian

besar vitamin D terdapat dalam bentuk vitamin D2 (ergokalsiferol) dan vitamin D3

(kolekalsiferol). Kedua vitamin tersebut mempunyai aktivitas biologik dan aktivitas nutrisional

yang sama. Vitamin ini secara umum merupakan senyawa organik yang selalu dibutuhkan tubuh

untuk kelangsungan proses metabolisme sel normal, pertumbuhan dan pemeliharaan jaringan

tubuh. Vitamin D merupakan salah satu vitamin yang terkait dengan pembentukan jaringan

tulang. Fungsi utama dari vitamin D adalah mempertahankan konsentrasi kalsium dan fosfor

serum dalam kisaran normal dengan meningkatkan efisiensi usus halus untuk menyerap mineral

dari makanan.6

Vitamin D2 dibentuk melalui irradiasi sinar ultraviolet dari suatu sterol atau ergosterol

yang disintesis di dalam tanaman. Vitamin D3 dibentuk di dalam kelenjar sebaseus kulit 7-

dehidrokolesterol yang diubah oleh sinar ultraviolet menjadi previtamin D3.8 Vitamin D3 yang

11

disintesis dalam kulit diangkut oleh α-1-globulin atau α-2-globulin yang terkandung di dalam

serum untuk selanjutnya dibawa ke hati, demikian halnya dengan vitamin D2 atau vitamin D3

suplemen yang berasal dari makanan, setelah diserap di dalam usus (jejenum dan ileum)

selanjutnya dibawa ke hati.6 Vitamin tersebut dapat berfungsi setelah diaktifkan melalui beberapa

tahapan. Pengaktifan tahap pertama melalui hidroksilasi kolekalsiferol pada posisi C-25

dilakukan oleh enzim 25-hidroksilase, sehingga terbentuk 25-hidroksikolekalsiferol (25-HCC).

Proses ini terjadi di dalam sitoplasma sel hati.6 Perubahan vitamin D3 menjadi 25- HCC

diperlukan ion magnesium, NADPH, oksigen molekuler, protein sitoplasmik, dan sitokrom P450

untuk mengaktivasi enzim 25- hidroksilase.6 Aktivitas enzim 25-hidroksilase untuk mengubah

kolekalsiferol menjadi 25-HCC juga diatur oleh suatu mekanisme umpan balik, oleh karena itu

jumlah 25-HCC yang dihasilkan relatif tetap meskipun diberikan vitamin D3 dosis tinggi.7

Kolekalsiferol yang tidak mengalami hidroksilasi disimpan di dalam hati sebagai cadangan

dengan demikian toksisitas akibat tingginya vitamin D3 dapat dicegah.

Setelah terjadi proses hidroksilasi, senyawa 25-HCC berikatan dengan protein pembawa

yang terdapat di dalam plasma secara cepat meninggalkan hati menuju ginjal. Pengaktifan tahap

ke dua, proses metabolik mengalami hidroksilasi di dalam mitokondria sel tubulus proksimal

ginjal menjadi metabolik aktif yaitu 1,25-dehidrokolekalsiferol (1,25-DHCC) yang bertanggung

jawab terhadap fungsi biologis utama vitamin D untuk mempertahankan serum kalsium dalam

kondisi fisiologis normal melalui perannya pada usus, ginjal, dan tulang. Reaksi pembentukan

senyawa 1,25-DHCC di dalam ginjal dirangsang oleh rendahnya kadar kalsitriol dalam plasma,

kalsium, fosfor dan hormon paratiroid. Penurunan konsentrasi kalsium darah akan merangsang

kelenjar hipofise untuk meningkatkan sintesis dan sekresi PTH.5

Metabolisme kalsium tulang tidak lepas dari peran vitamin D3 (kalsitriol) pada saluran

pencernaan dan sintesis vitamin D3 endogen. Apabila terjadi kekurangan vitamin D, absorbsi

kalsium dan fosfor berkurang sehingga menyebabkan hipokalsemi.5 Kondisi ini menstimulasi

kelenjar paratiroid untuk mensekresi PTH dalam jumlah tinggi, yakni dengan menstimulasi

secara tidak langsung aktivitas osteoklas untuk meningkatkan proses resorbsi tulang sehingga

kalsium dan fosfor masuk ke dalam darah. Hormon paratiroid juga merangsang ginjal untuk

mengabsorbsi kalsium pada tubuli dan meningkatkan ekskresi fosfat, serta mengubah 25-

hidroksikolekalsiferol (25-OHD) menjadi 1,25-dihidroksikolekalsiferol [1,25-(OH)2D3] yang

12

merupakan metabolit aktif vitamin D, yaitu vitamin D3. Selanjutnya vitamin D3 ini menstimuli

usus halus untuk menyerap lebih banyak kalsium dan fosfor.

Vitamin D berpengaruh pada kemampuan osteoblas dalam memelihara kesehatan tulang.

Pengaruh ini ditentukan oleh kemampuan vitamin D mempertahankan kadar kalsium dan fosfat

ekstraseluler yang cukup, agar dapat dideposisi ke dalam matriks tulang. Matriks tulang

merupakan hasil sintesis osteoblas dan vitamin D memengaruhi osteoblas melalui lintasan

genomik maupun nongenomik. Lintasan genomik memengaruhi osteoblas melalui stimulasi

biosintesis matriks yaitu meningkatkan produksi osteopontin (OPN) dan osteoklasin (OCN).6

Vitamin D memengaruhi metabolisme kalsium dan fosfor pada organ target, yaitu usus

halus, tulang, dan ginjal. Metabolit aktif vitamin D3 (kalsitriol) mempermudah penyerapan

kalsium secara aktif di dalam usus halus dengan merangsang sintesis kalsium yang terikat

dengan protein. Vitamin D3 mempermudah masuknya kalsium ke dalam sel melalui protein

pengikat kalsium kalmodulin.5

Kontaksi Otot

Di sebagian besar otot, serat berjalan di seluruh panjang otot. Masing serat disarafi oleh

satu ujung saraf.

Miofibril terdiri dari filamen aktin dan miosin. Setiap serat mengandung ratusan sampai

ribuan miofibril; dan, setiap miofibril sendiri terdiri dari sekitar 1500 filamen miosin dan 3000

filamen aktin yang terletak berdampingan satu sama lain. Filamen-filamen ini adalah moekur

polimer protein besar yang menentukan kontraksi otot.5

Di gambar, filamen tebal adalah miosin, dan filament tipis adalah aktin; perhatikan

gambaran berikut.

Pita gelap dan terang. Filamen aktin dan miosin secara parsial saling menjalin sehingga

miofibril tampak memiliki pita terang dan gelap bergantian. Pita terang hanya mengandung

filamen aktin dan disebut pita I. Pita gelap mengandung filamen miosin serta ujung filamen

aktin. Bagian filamen aktin yang bertumpuk (overlap) dengan miosin dinamai pita A.7

Jembatan silang. Tonjolan-tonjolan kecil dari samping filamen miosin adalah jembatan

silang (cross bridge). Jembatan ini menonjol dari permukaan filamen miosin di seluruh

panjangnya kecuali di bagian tengah. Interaksi antara jembatan-jembatan silang ini dan

filamen aktin menyebabkan kontraksi.7

13

Lempeng Z (Z discs). Ujung-ujung filament aktin melekat ke lempeng Z. Lempeng Z berjalan

melewati miofibril dari satu ke yang lain, melekatkan miofibril-miofibril tersebut. Karena itu,

serat otot keseluruhan memiliki pita-pita terang dan gelap, menyebabkan otot rangka dan

jantung tampak lurik (berseran-lintang).7

Sarkomer. Bagian miofibril yang terletak antara dua lempeng Z yang berurutan disebut

sarkomer. Sewaktu istirahat, filamen aktin bertumpang-tindih dengan filamen miosin dan

sedikit bertumpang-tindih satu sama lain.7

Mekanisme Umum Kontraksi Otot

Inisiasi dan eksekusi kontraksi otot berlangsung dalam tahap-tahap berurutan berikut

1. Potensial aksi menjalar di sepanjang suatu saraf motorik hingga keujungnya di serat otot;

dan saraf tersebut mengeluarkan sejumlah kecil bahan neurotransmitter asetilkolin.7

2. Asetilkolin bekerja pada suatu daerah di membran otot untuk membuka saluran

bergerbang-asetilkolin, yang memungkinkan ion natrium mengalir ke dalam serat otot.

14

3. Potensial aksi berjalan di sepanjang membran serat otot, menyebabkan retikulum

sarkoplasma membebaskan ion kalsium yang telah tersimpan di retikulum ke dalam

miofibril.

4. Ion kalsium memicu gaya-gaya tarik antara filamen aktin dan miosin menyebabkan

keduanya saling bergeser (sliding); ini adalah proses kontraksi.

5. Setelah sepersekian detik, ion kalsium dipompa kembali ke dalam retikulum

sarkoplasma, tempat ion-ion ini disimpan sampai datang potensial aksi otot; pengeluaran

ion kalsium dari miofibril ini menyebabkan kontraksi otot berhenti.7

Mekanisme Molekular Kontraksi Otot

Kontraksi otot terjadi melalui mekanisme pergeseran filamen. Gaya-gaya mekanis yang

timbul oleh interaksi jembatan silang miosin dengan filamen aktin menyebabkan filamen

aktin bergeser ke dalam di antara filamen miosin. Pada keadaan istirahat, gaya-gaya ini

terhambat; tetapi jika terdapat potensial aksi merambat di membran serat otot, retikulum

sarkoplasma akan membebaskan sejumlah besar ion kalsium, yang mengaktifkan gaya-gaya

antara filament miosin dan aktin yang kemudian memulai kontraksi.7

Filamen miosin terdiri dari banyak molekul miosin. Ekor molekul miosin berkumpul untuk

membentuk badan filamen, sementara kepala miosin dan sebagian dari setiap molekul miosin

menggantung keluar ke arah samping bagian badan, membentuk lengan yang menjulurkan

kepala keluar dari badan. Kepala dan lengan yang menonjol bersama-sama dinamai jembatan

silang. Gambaran penting kepala miosin adalah bahwa struktur ini berfungsi sebagai enzim

adenosine tripfosfatase (ATPase), yang memungkinkannya memecah adenosine tripfosfat

(ATP) sehingga proses kontraksi dapat berjalan.7

Filamen aktin terdiri dari aktin, tropomiosin, dan troponin. Masing-masing filamen aktin

memiliki panjang sekitar I mikrometer. Pangkal filamen aktin melekat secara kuat ke

lempeng Z, sementara ujung-ujung lainnya menonjol dalam dua arah ke sarkometer terdekat

dan berada di antara molekul-molekul miosin.7

Pemulihan Tulang

Tulang merupakan suatu organ yang mengalami metabolisme aktif berupa proses

penyerapan dan pembentukan tulang. Proses ini berlangsung secara simultan dan menyangkut

semua perubahan yaitu modeling dan remodeling.

15

Modeling adalah perubahan struktur atau bentuk pada jaringan tulang akibat formasi dan

resorbsi matriks tulang dalam proses pertumbuhan (contoh: perubahan bentuk tulang kepala dari

bayi sampai tua). Pada manusia, memasuki usia 20 sampai 30 tahun (Gambar 6) terjadi

peningkatan pembentukan massa tulang dengan tercapainya massa tulang puncak.8 Proses

modeling terjadi pada bagian growth plate (lempengan tulang rawan yang aktif berproliferasi

atau disebut juga sasaran epifise) atau pada lokasi perubahan tulang rawan menjadi tulang

termineralisasi. Selama proses pertumbuhan terjadi pemisahan badan tulang (corpus) dengan

area ujung tulang (epifisis) oleh sasaran epifisis.

Gambar 6. Perubahan massa tulang berdasarkan umur pada manusia

Pertumbuhan memanjang terjadi karena sasaran epifise tersebut terisi oleh tulang baru

pada ujung badan tulang. Lebar sasaran epifise sebanding dengan kecepatan pertumbuhan tubuh

dan dipengaruhi oleh sejumlah hormon terutama hormon pertumbuhan yang dihasilkan oleh

hipofisa dan insulin growth factor-1 (IGF-1). Sementara itu menyatakan bahwa modeling

dimulai sejak di dalam kandungan sampai mencapai puncak massa tulang yang dipengaruh oleh

faktor-faktor fisiologis dan mekanis. Pembentukan tulang terjadi melalui mekanisme pengerasan

tulang endokondrial. Hal itu termasuk perubahan dari garis turunan sel mesenkim menjadi

kondroblas selanjutnya menjadi kondrosit dengan mensintesis proteoglikan sebagai dasar dari

matriks ekstraseluler. Ketika terjadi kalsifikasi matriks ekstraseluler, berlangsung juga invasi

pembuluh darah termasuk prekursor osteoklas (yang menurunkan kalsifikasi tulang rawan) dan

prekursor osteoblas. Proses kalsifikasi tulang rawan menghasilkan the primary spongiosum,

sedangkan tulang yang terbentuk di antara jaringan disebut the secondary spongiosum yang

nantinya dikenal sebagai tulang woven.8

Remodeling adalah proses yang berlangsung terus-menerus secara aktif dengan

membangun dan memperbaiki pembentukan tulang yang dilakukan oleh osteoklas (resorbsi

16

tulang) dan osteoblas (formasi tulang). Proses remodeling pada kondisi normal adalah massa

tulang yang diresorbsi seimbang dengan jumlah massa tulang yang diformasi, terutama pada

individu berusia sekitar 30- 40 tahun.8 Remodeling juga berfungsi untuk mempertahankan

keseimbangan biokimia tulang, memelihara dan memperbaiki kerusakan tulang. Keseimbangan

ini mulai terganggu melewati usia 40 tahun. Pada usia tersebut proses remodeling tulang mulai

tidak seimbang yaitu, kecepatan formasi tulang tidak sama dengan resorbsi tulang dan lebih

cenderung ke arah penyerapan tulang ketika wanita mencapai menopause. Pada saat ini terjadi

proses uncoupling, yaitu awal proses penuaan.8 Tahapan proses remodeling tulang normal

meliputi enam tahap, yaitu quiescence (istirahat), aktivasi, resorbsi, proses balik (reversal),

formasi, dan berakhir pada tahap istirahat.

Proses remodeling diatur oleh sel osteoblas dan osteoklas.yang tersusun dalam struktur

yang disebut“bone remodeling unit”(BRU). BRU merupakan suatu struktur temporer yang unik

aktif saat modeling dan remodeling. Struktur dari BRU terdiri dari osteoklas di depan diikuti

oleh osteoblas, di belakang dan di tengah-tengah terdapat kapiler, jaringan syaraf dan jaringan

ikat.8

Panjang BRU 1-2 mm dengan lebar 0,24 mm bekerja memahat tulang, meresorpsi tulang

dan membentuk tulang baru. Pada orang dewasa sehat diperkirakan 1 juta BRU aktif bekerja

sedangkan 2-3 juta BRU dalam keadaan non aktif. BRU bekerja pada tulang kortikal maupun

trabekular.8

Pada tulang trabekula, BRU bergerak melewati permukaan memahat dan menggali oleh

osteoklas dan menutup bekas galian tadi mengganti sel – sel yang rusak dan membentuk tulang

baru oleh osteoblas. Proses penyerapan tulang terjadidalam tiga minggu sedangkan proses

17

pembentukan tulang membutuhkan waktu sekitar tiga bulan. Masa hidup BRU enam sampai

sembilan bulan, lebih lama darimasa hidup osteoblas yaitu tiga bulan dan masa hidup osteoklas

dua minggu sehingga diperlukan persediaan banyak sel osteoblas yang dibentuk oleh

selmesenkim dan osteoklas.8

Menurut Frost, BRU terjadi pada permukaan tulang trabekular dan kortikal sebagai

ilacuna howsip ireguler berlangsung selama 2 minggu. Proses aktifitas remodeling tulang

dimulai dengan aktifitas prekusor hemopoetik menjadi osteoklas yang secara normal akan

berinteraksi dengan linning cell osteoblas. Dalam fase reversal osteoklas menghilang, digantikan

oleh sel monosit yang bekerja menempelkan bahan yang akan menjadi ‘lapisan cement’,

kemudian pada fase formasi tulang oleh pengaruh sinyal tertentu osteoblas menempel di

permukaan lubang lacuna howsip dan mensintesis kolagen, protein non-kolagen dan

mensekresinya membentuk osteoid yang pada akhirnya termineralisasi ekstrasel menjadi

‘tulang’. Densitas tulang akan terus meningkat sampai pada dekade keempat atau kelima dengan

kecepatan paling tinggi pada massa pertumbuhan akil balik atau adolescent . Tulang trabekular

mengalami remodeling atau bone turnover sekitar 20-30% pertahun sedangkan tulang korteks

3% - 10% pertahunnya.

Tahapan siklus remodeling tulang sebagai berikut

1. Quiescence

Quiescence yaitu fase tenang, permukaan tulang sebelum terjadi resorpsi.

2. Aktivation

Dimulai saat osteoklas teraktivasi dan taksis (pergerakan dan arah perpindahan

dipengaruhi oleh arah datangnya rangsangan) ke permukaan tulang.

3. Resorption

Dimana osteoklas berada pada permukaan tulang. Osteoklas akan mengikis permukaan

tulang, melarutkan mineral, matriks tulang, membuat lubang (resorption pit) dan

selanjutnya tertarik dalam resorption pit.

4. Bone formation

Dimana osteoblas akan membentuk tulang baru dengan memproduksi matriks tulang

osteoid.

5. Mineralization

18

Dimana permukaan tulang telah ditutupi dengan sel-sel pelapis oleh proses modeling dan

remodeling.

Remodeling tulang dipengaruhi oleh beberapa hormon seperti hormon paratiroid (PTH),

kalsitonin, sitokin, kalsitriol dan faktor-faktor lokal nutrisi, faktor pertumbuhan, TGFβ,

fibroblast growth factor (FGF), IL, prostaglandin, dan aktivitas individu. Beberapa tahun setelah

puncak massa tulang terjadi, proses remodeling tulang masih berjalan normal dengan jumlah

massa tulang yang masih stabil. Memasuki usia 40 tahun atau tepatnya memasuki usia

menopause, proses remodeling mulai berjalan tidak seimbang.8

Secara fisiologis, pada wanita pascamenopause karena kadar estrogen yang mulai

menurun akan mengakibatkan gangguan keseimbangan antara sel osteoklas dan osteoblas.

Kekurangan estrogen akan menyebabkan menurunnya kadar kalsium darah sehingga akan

memacu kelenjar paratiroid untuk meningkatkan sekresi PTH dan memengaruhi osteoblas untuk

merangsang pembentukan sitokin (IL-1, IL-6, dan TNF). Sitokin mengaktivasi osteoklas untuk

merangsang resorbsi tulang.8

Secara mikroskopis, proses remodeling tulang dimulai dengan sekresi kolagen,

glikoprotein, dan proteoglikan oleh osteoblas. Kolagen mengalami polimerisasi membentuk

serabut kolagen atau semacam tulang rawan yang belum mengalami proses mineralisasi yang

disebut osteoid. Osteoblas yang terperangkap di dalam osteoid akan menjadi osteosit dan

berperan dalam regulasi mineral tulang. Penumpukan mineral terjadi beberapa hari setelah

terbentuknya osteoid dengan susunan berselang seling dengan serabut kolagen menjadi kristal

hidroksiapatit. Pada remodeling proses pembentukan mineral diikuti juga oleh proses penyerapan

mineral dan berlangsung dalam keseimbangan yang dinamis di dalam tulang.8

19

Kesimpulan

Dengan adanya pemberian suplemen kalsium dan vitamin D untuk penderita fraktur

femur secara cepat, membuat pertumbuhan tulang semakin cepat dan kontraksi otot dapat pulih

kembali atau berfungsi dengan baik lagi. Karena pada dasarnya kalsium memiliki peran dalam

berbagai proses biologik seperti koagulasi darah, aktivitas enzim, kontraksi otot, eksitabilitas

saraf, pembebasan hormon, permeabilitas membran, dan sebagai unsur esensial struktur tulang.

Sedangkan vitamin D berfungsi untuk mempertahankan konsentrasi kalsium tetap normal dan stabil serta

berperan untu membantu kemampuan osteoblas dalam memelihara kesehatan tulang. Oleh karena

itu, hipotesis yang dibuat dalam makalah ini dapat diterima karena sudah ada penjelasan mengenai

pengaruh kalsium dan vitamin D terhadap kontraksi otot dan pemulihan tulang.

Daftar Pustaka

1. Putz R, Pabst R. Atlas anatomi manusia sobbota: batang badan, panggul, extremitas bawah. Edisi

ke-22. Jakarta: EGC; 2006.h.275-277.

2. Fawcett DW. Buku ajar histologi. Edisi ke-12. Jakarta: EGC; 2002.h.95-99.

3. Nieves JW. Calcium, vitamin D, and nutrition in elderly adults. Clin Geriatr Med 2003;

19: 321-35.

4. Zhang YH, Huang BL, Jialal I, Northrup H, McCabe ER, Diple KM. Asymptomatic

isolated human glycerol kinase deficiency associated with splice-site and nonsence-

mediated decay of mutant RNA. Pediatric Res 2006; 59(4 Pt 1): 590-2.

5. Sherwood, L. Fisiologi manusia dari sel ke sistem. Edisi ke-6. Jakarta: EGC; 2011.

6. Ganong WF. Buku ajar fisiologi kedokteran. Edisi ke-22. Jakarta: EGC.2008.

7. Hall JE. Buku saku fisiologi kedokteran Guyton dan Hall. Dalam: Adair TH. Kontraksi

otot rangka. Edisi ke-11. Jakarta: EGC; 2009.h.44-7.

8. Helmi ZN. Buku ajar gangguan muskuloskeletal. Edisi ke-3. Jakarta: Salemba Medika;

2011.

20