FISIOLOGI OTOT

A. PENDAHULUAN

• Sel otot berkontraksi melalui tarikan terhadap serabut kolagen.
• Pada jaringan otot, sel otot memberikan tegangan atau tarikan terhadap serabut kolagen tersebut.

B. JARINGAN OTOT SKELET(OTOT LURIK = OTOT SERANG LINTANG) DAN SISTEM OTOT

• Tiga tipe jaringan otot adalah: otot skelet, otot jantung, dan otot polos.
• Otot skelet melekat pada tulang secara langsung dan secara tidak langsung.
• Fungsi otot skelet adalah:

1.      Memproduksi gerakan skeletal (sebagai alat gerak aktif)

2.      Mempertahankan postur dan posisi tubuh.

3.      Menahan jaringan lunak

4.      Menjaga pintu masuk dan keluar rongga atau saluran dalam tubuh

5.      Mempertahankan temperatur tubuh

C.  ANATOMI OTOT SKELET

1. Organisasi jaringan ikat.

·         Setiap serabut otot dibungkus oleh endomisium.

·         1 bundel (kumpulan) serabut otot dibungkus oleh perimisium.

·         Seluruh berkas/bundel otot dibungkus oleh epimisium (fascia).

·         Akhiran berkas otot yang melekat pada tulang disebut tendo (jika gilig) atau aponeurosis (jika melebar).

2. Perdarahan dan persarafan

·         Epimisium dan perimisium mengandung banyak pembuluh darah dan saraf untuk suplai ke serabut otot.

3. Mikroanatomi (histologi)

·         Serabut otot skelet mempunyai:

-          sarkolema atau membran sel

-          sarkoplasma (sitoplasma)

-          retikulum sarkoplasma (retikulum endoplasma)

·         Tubulus Transversa (Tubulus T) dan miofibril berperan dalam proses kontraksi otot.

·         Filamen-filamen dalam miofibril terorganisasi dalam sebuah unit fungsional yang tersusun berulang, yang disebut sarkomer.

·         Miofilamen membentuk miofibril dan terdiri atas filamen tebal dan filamen tipis.

·         Filamen tipis terdiri dari F aktin, tropomiosin dan troponin.

·         Molekul tropomiosin menutupi tempat aktif (active site) pada sub unit G aktin yang membentuk pita F aktin.

·         Troponin berikatan dengan G aktin dan tropomiosin, untuk mempertahankan tropomiosin pada posisinya.

·         Filamen tebal terdiri atas sebuah bundel molekul-molekul miosin, yang masing-masing mempunyai sebuah jembatan penyeberangan.

·         Jembatan penyeberangan terdiri atas ekor yang panjang dan kepala yang globuler.

·         Pada otot yang dalam keadaan istirahat, interaksi antara tempat aktif pada sub unit G aktin dan jembatan penyeberangan miosin dihalangi oleh adanya tropomiosin.

D.  KONTRAKSI OTOT SKELET

1. Teori “Sliding Filament” (“Mekanisme berjalan-jalan”)

·         Teori ini menjelaskan bagaimana hubungan antara filamen tebal dan tipis berubah pada saat otot berkontraksi dan memendek.

2. Kontrol aktivitas otot skelet

·         Kontrol saraf terhadap aktivitas otot melibatkan hubungan antara aktivitas listrik dalam sarkolema dengan dimulainya kontraksi.

·         Aktivitas serabut otot dikendalikan oleh saraf pada neuromuscular juction (lempeng akhir motorik).

·         Ketika potensial aksi tiba pada terminal sinaptik, asetil kolin (Ach) dilepaskan ke dalam celah sinaps.

·         Ikatan antara asetil kolin dengan reseptornya yang berada pada celah subneural (junctional folds) berlanjut dengan dibangkitkannya potensial aksi dalam sarkolema.

·         Excitation-contraction coupling terjadi selama mengalirnya potensial aksi sepanjang tubulus T memicu pelepasan ion kalsium dari sisterna Retikulum Sarkoplasma.

·         Setiap kontraksi melibatkan siklus yang terdiri atas:

-          perlekatan (attachment)

-          bergerak pada sumbu (pivoting)

-          pelepasan (detachment)

-          kembali ke posisi semula (return).

·         Siklus ini dimulai ketika ion kalsium dilepaskan dari Retikulum Sarkoplasma.

·         Ion kalsium berikatan dengan troponin, yang kemudian akan berubah posisi dan menggerakkan tropomiosin menjauh dari tempat aktif aktin.

·         Bagian kepala dari jembatan penyeberangan kemudian berikatan dengan aktin (attachment).

·         Setiap kepala jembatan penyeberangan bergerak berputar pada sumbunya di bagian dasar (pivoting), menarik filamen aktin mendekati pusat sarkomer.

3. Relaksasi

·         Asetil kolin esterase (AChE) memecah asetil kolin dan membatasi durasi stimulasi.

·         Kontraksi terus berlangsung hingga:

-          konsentrasi ion kalsium kembali ke kadar semula pada saat otot beristirahat

-          serabut otot kehabisan energi (ATP)

4. Hubungan panjang otot – tegangan otot

·         Banyaknya interaksi jembatan penyeberangan dalam serabut otot menentukan besarnya tegangan yang ditimbulkan selama kontraksi.

·         Serabut otot dapat berkontraksi dengan kekuatan penuh ketika distimulasi melampaui sebuah rentang sempit dari panjang otot selama istirahat.

E.  MEKANIKA OTOT

1.   Produksi tegangan

·         Sebuah kedutan (twitch) adalah sebuah siklus kontraksi dan relaksasi yang dihasilkan dari sebuah stimulasi tunggal.

·         Stimulasi yang berulang sebelum fase relaksasi berakhir dapat menghasilkan:

-          Kedutan sumasi (gelombang sumasi), di mana satu kedutan ditambahkan pada kedutan sebelumnya.

-          Tetanus tak sempurna (incomplete tetanus), di mana tegangan memuncak karena otot tidak pernah mendapatkan kesempatan berelaksasi sempurna.

-          Tetanus sempurna (complete tetanus), di mana fase relaksasi benar-benar dihilangkan.

·         Stimulasi berulang setelah fase relaksasi telah berlangsung sempurna, menghasilkan treppe.

·         Tegangan internal dibangkitkan di dalam otot skelet yang sedang berkontraksi.

·         Tegangan eksternal dibangkitkan di luar serabut sel otot.

·         Jumlah dan besar dari sebuah unit motor mengindikasikan kerumitan kontrol gerakan yang akan dihasilkan.

·         Tonus otot dalam keadaan istirahat berperan dalam menjaga kestabilan tulang dan sendi.

·         Aktivitas otot normal meliputi:

-          Kontraksi isotonik: di mana tegangan dalam otot meningkat seiring perubahan panjang otot.

-          Kontraksi isometrik: di mana tegangan dalam otot meningkat tanpa disertai perubahan panjang otot.

·         Kembalinya otot pada panjang semula setelah berkontraksi melibatkan peran seri elemen elastic (series elastic elements), kontraksi dari kelompok otot yang saling berlawanan, dan pengaruh gravitasi.

      2.   Energetika aktifitas otot

·         Kontraksi otot membutuhkan sejumlah besar energi.

·         Otot yang beristirahat menghasilkan ATP melalui metabolisme aerobik dalam mitokondria.

·         Kreatin Fosfat dapat melepas energi yang tersimpan untuk mengubah ADP menjadi ATP.

·         Ketika serabut otot mengalami kekurangan ATP dan Kreatin Fosfat, enzim dapat memecah molekul glikogen untuk melepaskan glukosa yang selanjutnya dapat dipecah melalui proses glikolisis.

·         Pada saat istirahat atau beraktivitas sedang, metabolisme aerobik dapat menyediakan sebagian besar ATP yang dibutuhkan untuk melakukan kontraksi otot.

·         Pada puncak aktivitas otot, sel otot sangat tergantung pada glikolisis anaerobik untuk menghasilkan ATP, karena mitokondria tidak mendapatkan cukup oksigen untuk memenuhi kebutuhan ATP.

·         Otot yang mengalami kelelahan tidak dapat lagi berkontraksi karena perubahan keasaman akibat menumpuknya asam laktat, berkurangnya energi, dan masalah yang lain.

·         Segera setelah sebuah periode aktivitas otot berlangsung, periode pemulihan segera dimulai dan melanjut sampai kondisi di dalam otot telah kembali seperti sebelum kontraksi.

·         Hutang oksigen (oxygen debt) atau Excess Postexercise Oxygen Consumption (EPOC) yang dihasilkan selama periode kontraksi otot adalah banyaknya oksigen yang digunakan dalam periode pemulihan untuk kembali ke keadaan semula.

·         Hormon yang bersirkulasi dapat mengubah aktivitas metabolik dalam serabut otot.

      3.   Performa otot

·         Otot skelet terdiri atas tiga serabut, yaitu serabut cepat, serabut lambat, dan serabut intermedia.

·         Serabut cepat :

-          berdiameter paling besar

-          terdiri atas seberkas padat  miofibril

-          cadangan glikogen dalam jumlah besar

-          relatif sedikit mitokondria.

-          memproduksi kontraksi yang cepat dan kuat dalam durasi yang cukup singkat.

·         Serabut lambat :

-          berdiameter separuh diameter serabut cepat.

-          membutuhkan waktu tiga kali lebih lama untuk berkontraksi setelah mendapatkan stimulus.

-          mitokondria melimpah

-          suplai kapiler melimpah

-          kadar mioglobin tinggi

-          mampu mempertahankan kontraksi dalam jangka panjang

·         Serabut intermedia:

-     sangat mirip dengan serabut cepat, kecuali lebih tahan terhadap kelelahan.

·         Daya tahan anaerobik adalah durasi sebuah otot mampu menghasilkan dan mempertahankan kontraksi yang kuat melalui mekanisme anaerobik.

·         Otot yang dilatih secara anaerobik akan mengalami hipertrofi (pembesaran).

·         Daya tahan aerobik adalah durasi sebuah otot mampu menghasilkan dan mempertahankan kontraksi yang kuat melalui mekanisme aerobik, melalui aktivitas mitokondria.

F.   OTOT SEBAGAI SISTEM PENGUNGKIT

      1.   Sistim lever dan leverage (pengungkitan)

Lever (pengungkit) adalah tongkat yang kaku, yang bergerak pada titik fiksasi yang disebut fulcrum.

Lever beraksi pada 2 titik berbeda :

1.      Effort

2.      Resistance / load

Dikatakan sebuah lever mempunyai mechanical advantage (leverage, kemampuan mengungkit) bila dengan kekuatan yang kecil dapat memindahkan tahanan yang lebih besar.

                Berdasarkan posisi fulcrum, effort dan resistance, lever terbagi :

1.      First-class levers

2.      Second-class levers

3.      Third-class levers

2.   Koordinasi pada grup otot

Kontraksi otot lebih banyak sebagai grup daripada individual.

Ada :

1.      prime mover = agonist = penggerak utama: otot yang berkontraksi untuk menghasilkan gerakan yang diinginkan

2.      antagonis: yang terulur dan mengalah pada effort dari prime mover

3.      sinergis: otot yang berkontraksi dan mempertahankan stabilisasi sendi-sendi intermediate.

Contoh : kontraksi jari akan memerlukan stabilisasi dari pergelangan tangan.

4.      fiksator: otot yang menstabilkan origo dari prime mover.

G. PENUAAN DAN SISTEM OTOT

·         Proses penuaan menyebabkan penurunan ukuran, elastisitas, dan kekuatan dari semua jaringan otot.

·         Terjadi pula penurunan dalam toleransi terhadap latihan dan kemampuan pulih kembali setelah terluka.

H.  OTOT JANTUNG

Perbedaan antara otot jantung dan otot skelet:

·         Lokasi: otot jantung hanya terdapat pada jantung.

·         Struktur: ukuran, jumlah dan lokasi inti sel, besar dan lokasi dari tubulus T pada sarkomer, ketergantungan terhadap metabolisme aerobik ketika berkontraksi pada tingkatan puncak, keadaan cadangan metabolik, dan ada/tidaknya diskus interkalatus.

·         Fungsional:

o   Sumber stimulus untuk kontraksi

o   Hubungan dengan sistem persarafan otonom

o   Durasi kontraksi

o   Kemampuan untuk mengalami kontraksi tetanik

I.    OTOT POLOS

      Perbedaan antara otot polos dengan otot skelet:

·         Mempunyai sangat sedikit sarkomer sehingga mempunyai sangat sedikit struktur bergaris-garis.

·         Menunjukkan adanya plastisitas.

·         Filamen tipis tertambat pada badan –badan padat (dense bodies).

·         Sel otot polos multi unit adalah sel otot polos yang disarafi oleh lebih dari satu motor neuron.

·         Otot polos organ visceral tidak selalu disarafi oleh motor neuron.

·         Neuron yang mensarafi otot polos bersifat otonom (involunter)