2. Potensial membran dan potensial aksi

2.1 Potensial membran dan potensial aksi

Pada dasarnya diseluruh tubuh kita terdapat potensial listrik yang melintas membran. Selain itu, pada beberapa sel, misalnya sel saraf dan sel otot, bersifat “dapat dirang sang’’-artinya, mampu membangkitkan impuls elektrokimia pada membrannya. Pada beberapa keadaan, impuls ini dapat digunakan untuk menghantarkan sinya sepanjang membran. Pada macam-macam sel lainnya, seperti sel kelenjar, makrofag, dan sel yang bersilia, perubahan jenis lain pada potensial membran mempunyai peran yang penting dalam pengaturan banyak fungsi sel. Pembicaraan kita saat ini berhubungan dengan potensial membran yang dibangkitkan baik pada keadaan istirahat maupun selama kerja oleh sel saraf dan sel otot.

2.2 Ada beberapa tahap yang terjadi dalam membran :

Tahap Depolarisasi : pada saat ini, membran tiba-tiba menjadi permeabel terhadap ion natrium, sehingga banyak sekali ion natrium bermuatan positif mengalir kedalam akson. Keadaan “polarisasi”normal sebesar – 90 milivolt akan hilang, dan potensial meningkat dengan cepat dalam arah positif. Keadaan ini disebut depolarisasi. Pada serat saraf besar, potensial membran “melampaui” nilai nol dan menjadi sedikit positif, namun pada serat yang lebih kecil juga pada banyak neuron sistem saraf pusat, potensial hanya mendekati nilai nol dan tidak melampaui sampai keadaan positif.

Tahap Repolarisasi : dalam waktu seperbeberapa puluh ribu detik sesudah membran menjadi sangat permeabel terhadap ion natrium, saluran natrium mulai tertutup dan saluran kalium terbuka lebih daripada normal. Selanjutnya, difusi ion kalium yang berlangsung cepat kebagian luar akan membentuk kembali potensial membran istirahat negatif yang normal. Peristiwa ini disebut repolarisasi membran.

Potensial aksi timbul bila suatu rangsangan depolarisasi mencapai ambang letup suatu neuron atausel otot. Terjadi peningkatan permeabilitas membran secara menyeluruh terhadap ion Natrium.

2.3 Potian sial lokal atau lokal respons

Adalah suatu respons yang timbul bila rangsangan yang diberikan tidak cukup kuat untuk mencapai ambang letup atau firing level

Timbul akibat perubahan permeabilitas membran terhadap ionion, dan hanya bersifat setempat (tidak pada seluruh permukaan membran sel)

4. Neuromuscular junction dan Kontraksi otot 4.1 Anatomi fisiologi otot rangka

Serat otot rangka

Semua otot rangka dibentuk oleh sejumlah serat yang diameternya berkisar dari 10 sampai 80 mikrometer. Masing-masing serat ini terbuat dari rangkaian subunit yang lebih kecil, pada sebagian besar otot, serat-seratnya membentang di seluruh panjang otot; kecuali pada sekitar 2 persen serat, masing-masing hanya dipersarafi oleh satu ujaung saraf, yang terletak didekat bagian tengah serat.

Oto terdiri dari miofibril : filamen aktin dan filamen miosin. Setiap serat otot mengandung beberapa ratus sampai beberapa ribu miofibril, setiap miofibril yang berdampingan, memiliki sekitar 1500 filamen miosin dan 3000 filamen aktin, yang merupakan molekul protein polimer besar yang bertanggung jawab untuk kontraksi otot. Dilihat pada pandangan longitudinal dengan mikrograf elektron, terlihat adanya filamen tebal yg biasa disebut miosin dan filamen tipis adalah aktin.

Perhatikan bahwa filamen miosin dan filamen aktin sebagian saling bertautan sehingga menyebabkan miofibril memiliki pita terang dan gelap yang berselang seling. Pita-pita terang hanya mengandung filamen aktin dan disebut pita I karena merreka bersifat isotrofik terhadap cahaya yang dipolarisasikan. Pita-pita gelap mengandung filamen miosin, juga ujung-ujung filamen aktin tempat mereka menumpang tindih miosin, dan disebut pita A karena mereka bersifat anisotropik terhadap cahaya yang dipolarisasikan. Ujung-ujung filamen aktin melekat pada lempeng I.

Bagian miofibril (atau seluruh serat otot) yang terletak antara dua lempeng Z yang berurutan disebut sarkomer. Bila serat otot dalam keadaan normal, panjang sarkomer dalam keadaan istirahat teregang penuh kira-kira 2 mikrometer. Pada ukuran panjang ini, filamen aktin bertumpang tindih dengan filamen miosin dan mulai bertumpang tindih dengan sama lain.

Sarkoplasma : Miofibril-miofibril terpendam dalam serat otot didalam suatu matriks yang disebut sarkoplasma, yang terdiri dari unsur-unsur intra selular. Cairan sarkoplasma mengandung kalium, magnesium, fosfat, dan enzime protein dalam jumlah besar. Juga terdapat mitokondria dalam jumlah yang banyak , yang terletak diantara dan sejajar dengan miofibril, suatu keadaan yang menunjukkan bahwa miofibril-miofibril yang berkontraksi membutuhkan sejumlah besar adenosin trifosfat (ATP) yang dibentuk oleh mitokondria.

Retikulum Sarkoplasma : Didalam sarkoplasma juga terdapat banyak retikulum endoplasma, yang didalam otot disebut retikulum sarkoplasma. Retikulum ini mempunyai susunan khusus yang sangat penting dalam pengaturan kontraksi otot. semakin cepat kontraksi suatu otot, maka ia mempunyai banyak retikulum sarkoplasma, menunjukan bahwa struktur ini penting untuk menimbulkan kontraksi otot yang cepat.

4.2 MEKANISME UMUM KONTRAKSI OTOT

Ada beberapa tahap timbul dan terjadinya kontraksi otot :

1. Suatu potensial aksi berjalan disepanjang sebuah saraf motorik sampai keujungnya pada serat otot.

2. Pada setiap ujung, saraf menyekresi substansi neurotransmiter, yaitu asetilkonin, dalam jumlah sedikit.

3. Asetilkolin bekerja pada membran serat otot, menempel pada reseptor asetilkulin untuk membuka banyak saluran bergerbang asetilkolin melalui molekul-molekul protein dalam membran serat otot.

4. Terbukanya saluran asetilkolin memungkinkan sejumlah besar ion natrium untuk mengalir kebagian dalam membran serat otot pada titik terminal saraf. Peristiwa ini akan menimbulkan potensial aksi dalam serat otot.

5. Potensial aksi akan berjalan di sepanjang membran serat otot dalam cara yang sama seperti potensial aksi yang berjalan disepanjang membran saraf.

6. Potensial aksi akan menimbulkan depolarisasi membran serat otot, dan juga berjalan secara dalam didalam serat otot, pada tempat dimana potensial aksi menyebabkan retikulum sarkoplasma melepaskan sejumlah besar ion kalsium, yang telah disimpan didalam retikulum sarkoplasma, kedalam miofibril.

7. Ion-ion kalsium ini akan berikatan dengan troponion di filamen aktin; yang menyebabkan tropomiosin secara fisik bergeser untuk membuka penutup tempat pengikatan jembatan silang di filamen aktin.

8. Kepala filamen aktin yang telah terbuka sehingga menyebabkan berikatannya filamen miosin dengan filamen aktin sehingga terjadi kayuhan bertenaga yang dibantu oleh adenosin trifosfat (ATP), sehingga terjadilah kontraksi.

3. SINAPS

Sinaps adalah hubungan antara satu terminal akson suatu neuron, yang dikenal sebagai neuron neuron prasinaps, dan dendrit atau badan sel neuron lain, yang dikenal sebagai neuron pascasinaps. (pra artinya sebelum dan pasca artinya sesudah) neuron prasinaps terletak sebelum sinaps dan neuron pascasinaps terletak sesudah sinaps.

Neurotransmiter membawa sinyal menyebrangi suatu suatu sinaps

Ada beberapa kejadian yang berlangsung di sinaps :

1. Ketika potensial aksi di neuron prasinaps telah menjalar keterminal akson, perubahan potensial lokal ini memicu terbukanya saluran ion kalsium berpintu voltase di sinaptic knob.

2. Karena kaslsium lebih pekat di CES dan gradien listriknya mengarah kedalam maka ion ini mengalir kedalam sinaptic knob melalui saluran-saluran yang trbuka.

3. Kalsium memicu pelepasan neurotransmiter dari bagian vesikel sinaps kedalam celah sinaps. Pelepasan ini terlaksana dengan eksositosis.

4. Neurotransmiter yang dibebaskan berdifusi menyebrangi celah dan berikatan dengan reseptor protein spesifik di membran subsinaps, bagian membran pasca sinaps yang tepat berada di bawwah sinaptic knob.

5. Pengikatan ini memicu terbukanya saluran ion spesifik dimembran subsinaps merubah permeabilitas nouron pasca sinaps terhadap ion. Ini adalah saluran-saluran pintu berkimiawi yang berbeda dari saluran ber pintu voltase yangberperan dalam pembentukan potensial aksi dan impluks kalsium kedalam sinaptic knob.

6. Muscle Spindel dan Golgi Tendon

Setiap otot memiliki persarafan eferen dan persarafan aferen sendiri. Neuron eferen yang mempersarafi serat intrafusal otot dekenal sebagai neuron mototrik gama, sedangkan motorik yang mempersarafi ekstra fusal disebut dengan neuron motorik alfa. Neuron eferen yang mempersarafi serat intrafusal dari muscle spindel dikenal sebagai neuron motorik gama, sedangkan neuron mototrik yang mempersarafi neuron ekstrafusal dinamai neuron motorik alfa. Kedua jenis ujung aferen berakhir di serat intrafutsal dan berfungsi sebagai reseftor muscle spindel, dimana keduanyta diaktifakan oleh suatu regangan.

Ujung primer (anolospiral) : membungkus bagian sentral serat intrafusal; ujung ini mendeteksi perubahan pada panjang serat sewakktu peregangan serta kecepatan peregangan itu.

Ujung sekunder (flower-spray), yang berkumpul disegmen-segmen ujung dari banyak serat intrafusal, hanya peka terhadap perubahan panjang.

Muscle sepindel berperan kunci dalam refleks regang .

Muscle spindel dan Golgi Tendon

5. Jenis-jenis kontraksi isometrik dan isotonik

5.1 Kontraksi isometrik

Isometrik berasal dari kata iso = sama, dan metric = ukuran. Kontraksi isometrik menimbulkan tenaga dengan cara peningkatan tenag intramuskular tanpa disertai perubahan panjang eksternal otot. Kontraksi otot melibatkan unsur kontraktil, tetapi karena otot mempunyai unsur elastis dalam rangkaian kontraktil, maka mungkin kontraksi timbul tanpa suatu penurunan yang berarti dalam panjang otot secara keseluruhan. Kontraksi isometrik tidak memerlukan banyak pergeseran miofibril satu sama lainnya. Panjang otot saat kontraksi mempengaruhi tegangan intramuskular yang terjadi. Tegangan intramuskular yang berkembang sembanding dengan jumlah hubungan silang antar filamen aktin dan filamen miosin. Bila otot diregangkan, maka tumpang tindih antar filamen aktin dan miosin berkurang sehingga hubungan silang berkurang sebaliknya bila otot dipendekkan maka tumpang tindih antara filamen aktin dan miosin juga mengurangi hubungan silang.

5.2 Kontraksi isotonik

Kontraksi isotonik merupakan terjadinya tegangan intramuskular disertai dengan perubahan panjang otot baik memendek maupun memanjang. Kontraksi isitonik kadang-kadang disebut kontraksi konsentrik atau kontraksi dinamik. Konsentrik berarti terjadi pemendekan otot pada saat kontraksi. Sebenarnya lebih akurat menggunakan istilah kontraksi dinamik. Isotonik berarti tegangan sama atau konstan, dengan kata lain kontraksi isotonik adalah terjadinya tegangsn yang sama pada saat memendek selama menahan tegangan yang konstan. Hal teraseebut tidak benar karena tegangan yang digunakan oleh otot yang memendek dipengaruhi oleh beberapa faktor penting, tiga diantaranya adalah samadengan : (1). Panjang awal dari serabut otot (2). Sudut tarika dari otot terhadap tulag. (3). Kecepatan memendek yang dipengaruhi oleh distribusi jenis otot yaitu tipe1atau tipe 2

Pada kontraksi isotonik sebuah beban digerakkan yang melibatkan perubahan inersia yaitu beban atau obyek lain yang digerakkan mula-mula harus dipercepat, dan bila kecepatan itu telah dicapai, maka beban mempunyai daya gerak yang menyebakan ia dapat terus bergerak walaupun kontraksinya telah berhenti. Oleh karena itu kontraksi isotonik pada hakekatnya berlangsung lebih lama daripada kontraksi isometrik pada otot yang sama. Kontraksi isitonik mengikuti pelaksanaan kerja luar, oleh karena itu sesuai dengan efek Fenn sejumlah besar energi diperlukan oleh otot.

1. Biolistrik

Biolistrik adalah listrik yang terdapat pada mahluk hidup. Listrik pada tubuh berkaitan dengan ion-ion yang terdapat dalam tubuh. Komposisi ion ekstra berbeda dengan komposisi ion yang terdapat pada dalam sel.

1.1 Terdapat macam-macam transfor zat pada membran sel :

Transport pasif – difusi terjadi perpindahan zat dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah melalui

membran sel

Contoh : difusi Na,k,cl melalui saluran dan pintu ion pada membran sel

Transport aktif – membutuhkan energi Terjadi perpindahan zat yang dapat melawan gradien konsentrasi

Contoh : transport melalui pompa Natrium-kalium

1.2 Membran sel :

pada membran sel terjadi mekanisme perpindahan ionion secara terus menerus. Hal ini dimungkinkan karena pada membran sel terdapat :

Saluran ion, contoh : - sodium leaked channel, potassium leaked channel

- Pintu ion, contoh : pintu Natrium,pintu Kalium, pintu Cl-

- Pompa ion, contoh : pompa Natrium-kalium

1.3 Jenis-jenis pintu ion :

Terdapat 3 jenis pintu ion :- Voltage gate :Membuka bila dilalui aliran listrik

- Ligand gate / chemical gate :Terbuka bila reseptornya berikatan dengan zat tertentu

- Mechanical gate :Terbuka bila terjadi perubahan mekani pada permukaan membran sel

1.4 Tahap-tahap pada yang terjadi pada biolistrik :

1. Polarisasi : muatan-muatan dipisahkan dikedua sisi membran sehingga membran memiliki potensial. Besar potensial berbanding lurus dengan jumlah muatan positif dan muatan negatif yang dipisahkan oleh membran dan bahwa tanda potensial (+atau-) masing-masing selalu menunjukan bahwa tejadi kelebihan muatan positif atau kelebihan muatan negatif dibagian dalam membran. Di sel saraf, pada potensial istirahat, membran mengalami polarisasi pada -70 mV.

2. Depolarisasi : penurunan potensial membran negatif; membran menjadi kurang terpolarisasi dibandingkan dengan potensial istirahat. Selama depolarisasi potensial memebran bergerak mendekati 0 mV, menjadi kurang negatif ( contoh , perubahan dari -70 mV menjadi 60 mV); muatan yang dipisahkan lebih sedikit dibandingkan dengan potensial istirahat.

3. Repolarisasi : membran kembali ke potensial istirahat nya setelah mengalami depolarisasi.

4. Hiperpolarisasi : peningkatan besar potensial membran negatif; membran menjadi lebih terpolarisasi dibandingkan pada potensial istirahat. Selama hiperpolarisasi potensial membran Semakin menjauhi 0 mV, menjadi lebih negatif (misalnya perubahan dari -70 mV menjadi -80 mV); lebih banyak muatan yang dipisahkan dibandingkan dengan potensial istirahat.

7. Kesimpulan

Suatu kontraksi otot mula-mula memerlukan adanya rangsangan yang diberi melalui rangsangan listrik dari saraf dan yang akan dihantarkan kebagian serat-serat otot hingga terjadi kayuhan bertenaga dari kepala miosin dengan kepala aktin melalui beberapa mekanisme dalam tubuh yaitu melalui biolistrik hingga terjadi potensial aksi dan akan dihantar kan melalui sinaps dan akan berlanjut kedalam serat otot dan terjadi rangsangan otot yang menimbulkan pengluaran kalsium dari retikulum sarkoplasma yang akan membuka ikatan silang di kepala aktin, dan adanya ATP yang membantu kayuhan bertenaga dari kepala miosin dan kepala aktin yang biasa disebut kontraksi otot.

Relaksasi otot memerlukan kembali adanya bantuan dari ATP.

Daftar Pustaka

1 Guyton AC, Hall JE. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran. Edisi 11. Penterjemah: Irawati, Ramadani D, Indriyani F. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC, 2006

2 Moller AR. Hearing: Anatomy, Physiology, and Disorders of the Auditory System. Burlington: Elsevier Science, 2006

3 Sherwood, L. 2010. Human Physiology: From Cells to Systems. 7th Ed. Canada: Yolanda Cossio

4 Chudri Juni. Biolistrik. Materi Pengantar BS-2A. Fakultas Kedokteran Universitas Trisakti. 2013

5 Wheather P.R, Burkitt H.G, Daniels V.G. : Functional Histology A Text and Color Atlas. Churchill Livingstone. London

6 Sherwood, Lauralee. Fisiologi Manusia. Ed 6. Jakarta: ECG. 2013

7 Guyton and Hall. Fisiologi kedokteran edisi 12. penerbit sounders elsevier: singapura. 2011.