struktur dan mekanisme kerja otot
Post on 29-Dec-2015
161 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Struktur dan Mekanisme Kerja Otot serta Tulang
Priskila Regina Maria
Mahasiswa Fakultas Kedokteran Universitas Krida Wacana
102011281
Email : priz_regina@hotmail.com
Pendahuluan
Kerangka manusia terdiri dari kedua tulang menyatu dan didukung oleh tendon, otot dan
ligamen ( pita jaringan ikat dimana dua atau lebih tulang ditempatkan bersama-sama dengan satu
sama lain pada sendi ). Tulang dan otot merupakan jaringan yang paling banyak mengisi tubuh
manusia. Tulang merupakan jaringan tubuh yang berfungsi untuk menopang tubuh dan bagian-
bagiannya. Otot berfungsi untuk menggerakkan bagian-bagian tubuh. Ada yang untuk
menggerakkan tulang dan sendi, ada yang untuk menggerakkan organ tubuh, dan ada yang
khusus untuk memompa darah di jantung.
Tungkai merupakan bagian dari anatomi dari kerangka tubuh manusia. Tungkai ( tungkai
atas dan tungkai bawah ) terdiri dari beberapa tulang dan otot yang saling berhubungan satu
dengan yang lain. Apabila mekanisme kerja dari keduanya tidak berjalan dengan semestinya,
dapat menimbulkan gangguan pada kinerja organ tersebut. Dalam makalah ini akan dibahas
struktur otot dan tulang pada tungkai, baik tungkai atas maupun tungkai bawah secara
makroskopis dan mikroskopis. Selain itu, juga akan dibahas mekanisme kerja otot yang
mencakup kontraksi otot, relaksasi otot, penyediaan energi, penimbunan asam laktat serta
kelelahan otot.
Diskusi
1. Struktur Tulang dan Otot pada Tungkai
Tungkai adalah bagian kaki yang memanjang dari bagian atas paha ke telapak kaki.
Tungkai dibagi menjadi dua bagian, yaitu tungkai atas dan tungkai bawah. Tungkai atas adalah
paha (dari sesudah lutut sampai pangkal paha). Sedangkan tungkai bawah adalah bagian kaki
dari lutut ke bawah.¹
A. Secara Makroskopis ( Anatomi )
Tungkai bawah secara anatomis, bagian proksimal dari tungkai bawah antara girdle
pelvis dan lutut adalah paha: bagian antara lutut dan pergelangan kaki adalah tungkai.
Tulang
a) Femur, bahasa latin yang berarti paha adalah tulang terpanjang, terkuat,
dan terberat dari semua tulang pada rangka tubuh.
Ujung proksimal femur memiliki kepala yang membulat untuk berartikulasi dengan
asetabulum. Permukaan lembut dari bagian kepala mengalami depresi. Fovea kapitis,
untuk tempat perlekatan ligamen yang menyangga kepala tulang agar tetap di
tempatnya dan membawa pembuluh darah ke kepala tersebut.
- Femur tidak berada pada garis vertikal tubuh. Kepala femur masuk dengan pas ke
asetabulum untuk membentuk sudut sekita 125o dari bagian leher femur; dengan
demikian, batang tulang pada dapat bergerak bebas tanpa terhalang pelvis saat
paha bergerak.
- Sudut femoral pada wanita biasanya lebih miring (kurang dari 125o) karena pelvis
lebih lebar dan femur lebih pendek.
Gambar 1. Femur tampak posterior. Sumber: Gambar 2. Femur tampak anterior. Sumber:
www.doctorology.net www.doctoroly.net
Di bawah bagian kepala yang tirus adalah bagian leher yang tebal, yang terus
memanjang sebagai batang. Garis interokanter pada permukaan anterior dan krista
interokanter di permukaan posterior tulang membatasi bagian leher dan bagian
batang.
Ujung atas batang memiliki dua prossesus yang menonjol, trokanter besar dan
trokanter kecil, sebagai tempat perlekatan otot untuk menggerakkan persendian
panggul.
Bagian batang permukaannya halus dan memiliki satu tanda saja, linea aspera yaitu
lekuk kasar perlekatan beberapa otot.
Ujung bawah batang melebar ke dalam kondilus medial dan kondilus lateral.
- Pada permukaan posterior, dua kondilus tersebut membesar dengan fosa
interkondilar yang terletak di antara keduanya. Area tringular di atas fosa
interkondilar disebut permukaan popliteal.
- Pada permukaan anterior, epikondilus medial dan lateral berada di atas dua
kondilus besar. Permukaan artikular halus yang terdapat di antara kedua kondilus
adalah permukaan patelar, yang berbentuk konkaf untuk menerima patela
(tempurung lutut).
b) Tulang tungkai adalah tulang tibia medial dan fibula lateral.
Tibia adalah tulang medial yang besar; tulang ini membagi berat tubuh
dari femur ke bagian kaki.
- Bagian kepala tulang tibia melebar ke kondilus medial dan lateral, yang berbentuk
konkaf untuk beratikulasi dengan kondilus femoral.
- Kartilago pipih berbentuk baji, kartilago semilunar (meniskus) medial dan
lateral (meniskus), berada di pinggir kondilus untuk memperdalam permukaan
artikular.
- Tonjolan interkondilar terletak antara dua kondilus.
- Kondilus lateral menonjol untuk membentuk faset fibular, yang menerima bagian
kepala fibula.
- Tuberisitas tibial, yang berfungsi untuk tempat perletakan ligamen patela,
menonjol pada permukaan anterior diantara dua kondilus.
- Krista tibial (anterior), lebih umum disebut tulang kering, adalah punggung
batang tulang dengan permukaan anterior yang tajam dan melengkung ke bawah.
- Ujung bawah tibia melebar untuk berartikulasi dengan tulang talus pergelangan
kaki. Maleolus medial adalan tonjolan yang membentuk benjolan (mata kaki)
pada sisi medial pergelangan kaki.
Gambar 3. Tibia dan fibula. Sumber : http://homepage.mac.com
Fibula adalah tulang yang paling ramping dalam tubuh, panjangnya
proporsional, dan tidak turut menopang berat tubuh, panjangnya tulang ini adalah
untuk menambah area yang tersedia sebagai tempat perlekatan otot pada tungkai.
- Bagian kepala fibula berartikulasi dengan faset fibular di bawah
bagian kondilus lateral tulang fibula.
- Ujung bawah batang beratikulasi secara medial dengan taktik
fibular pada tulang tibia, dan memanjang ke arah lateral menjadi maleolus
lateral, yang seperti maleolus tibia lateral, dapat diraba di pergelangan kaki.
c) Pergelangan kaki dan kaki tersusun dari 26 tulang yang teratur dalam
tiga rangkaian. Tulang tarsal menyerupai tulang karpal pergelangan tangan, tetapi
berukuran lebih besar; tulang metatarsal juga menyerupai tulang metakarpal tangan, dan
falang pada jari kaki juga menyerupai falang dari jari tangan.
Ada tujuh tulang tarsal
- Tulang talus beratikulasi dengan maleolus media tibia dan
maleolus lateral fibula untuk membentuk persendian pergelangan kaki. Oleh
karena itu, bagian ini menopang seluruh berat tungkai, yang tersebar ke bawah ke
arah tumit dan setengah lagi ke depan pada tulang-tulang pembentuk lengkung
kaki.
- Tulang kalkaneus terletak di bawah talus dan menonjol di
belakang talus menjadi tulang utmit. Tulang ini menopang talusa dan merendam
goncangan saat tumit menginjak tanah.
- Tulang navikular memiliki permukaan posterior terbentuk
konkaf untuk beratikulasi dengan talus dan permukaan anterior berbentuk
konveks untuk berartikulasi dengan tiga tulang tarsal.
- Ketiga tulang kuniform yang terbentuk baji, diberi nomor
dari sisi medial ke sisi lateral, sebagai kuniform pertama, kedua dan ketiga.
Masing-masing tulang berartikulasi dengan tulang tarsal bernomor sama; tulang
kuniform ketiga juga berartikulasi dengan tulang tarsal ketujuh, yaitu tulang
kuboid. Tulang kuniform ini membentuk arkus transversa yang terdapat di
bawah permukaan kaki.
- Tulang kuboid berartikulasi di sisi anterior dengan tulang
metatarsal keempat dan kelima. Disisi posterior, tulang ini beratikulasi dengan
kalkaneus.
Gambar 4. Anatomi kaki. Sumber : http://sasanachildcare.files.wordpress.com
Telapak kaki dan arkus longitudinal terbentuk dari lima tulang metatarsal yang
ramping. Setiap metatarsal memiliki bagian dasar, batang, dan bagian kepala.
- Tulang-tulang metatarsal dikenali dengan urutan nomor dari satu sampai lima,
mulai dari sisi medial ke ibu jari kaki.
- Bagian dasar metatarsal berartikulasi dengan tarsal. Bagian kepalanya beratikulasi
dengan falang.
- Bagian kepala dari dua metatarsal pertama membentuk tumit kaki.
- Bagian kepala metatarsal pertama memiliki dua tulang sesamoid yang melekat
pada permukaan planarnya.
- Ke-14 falang pada jari-jari kaki, seperti halnya jari tangan, tersusun dalam barisan
proksimal, medial, dan distal, ibu jari kaki hanya memiliki falang proksimal dan
distal. 2
Otot
Otot tungkai semuanya melekat pada kaki dan jari-jari kaki dengan perantara tendon
(urat-urat panjang), yang semuanya diikat didaerah pergelangan kaki. Terdapat tendo yang
terbesar yaitu tendo akhiles. Otot yang terdapat di tungkai :
Otot tungkai atas (paha) adalah otot yang menggerakkan tungkai dan persendian lutut, terdiri
dari :
a) Otot anterior
Kuadriseps tungkai adalah otot berdaging yang sangat besar yang melapisi bagian
depan dan samping paha serta tersusun dari empat otot terpisah (rektus tungkai,
vastus lateralis, vastus medialis, dan vastus intermedius) yang sama-sama memiliki
tendon insersi besar, tendon patelar, yang terdiri dari patela (tempurung lutut yang
memanjang sampai ke tibia. Kuadriseps tungkai adalah otot ekstensor yang besar
pada tungkai dan penting untuk memanjat dan berlari.
o Rektus tungkai : bagian tengah di depan paha anterior; merentang dari pelvis
bagaian bawah melewati persendian femur dan panggul menuju tibia anterior.
o Vastus lateralis : Otot terbesar dari keempat vastus lainnya, terletak di sisi lateral
paha; merentang dari sisi proksimal paha ke sisi superior tibia.
o Vastus medialis : Otot tebal yang terletak pada permukaan medial paha;
membentuk tonjolan yang besar di sisi inferior medial paha.
o Vastus intermedius : Terletak pada bagian anterior tulang femur di antara vastus
lateralis dan vastus medialis, lebih dalam dari rektus tungkai.
o Sartorius : Otot superfisial yang panjang berbentuk pita yang berasal dari bagian
atas sisi lateral pelvis, melewati paha secara melintang dan berdesenden ke lutut;
otot terpanjang dalam tubuh.
o Grasilis : Otot superfisial tipis yang panjang pada paha bagian dalam, terletak di
antara sisi medial bawah pelvis dan sisi medial atas (tibia).
b) Otot posterior
Urat paha adalah tiga otot di bagian belakang paha : biseps femur, semitendinosus,
dan semimembranosus. Otot ini merentang dari panggul sampai persendian lutut.
o Biseps femur : Otot berkepala dua yang melapisi sisi posterior dan lateral paha ;
terletak di antar pelvis inferior dan tibia superior serta fibula.
o Semitendinosus : Terletak di bagian belakang di antara pelvis bagian bawah dan
tungkai bagian atas (tibia).
o Semimembranosus : Otot dengan tendon membranosus yang origonya terletak
lebih dalam dari semitendinosus.
Gambar 5. Muscle of thigh. Sumber :www.evan-biomekanik-ankle.blogspot.com
Otot tungkai bawah adalah otot yang menggerakkan tungkai dan kaki, terdiri dari :
a) Otot superfisial anterior
o Tibialis anterior : Otot superfisial tebal dan besar yang terletak di sisi lateral dari
tepi superfisial tibia (tulang kering).
o Ekstensor ibu jari kaki longus : Otot pada sisi anterior tungkai di antara bagian
tengah tungkai dan ibu jari.
o Ekstensor jari kaki longus : Bagian anterior lateral tungkai, terletak di sisi lateral
tibialis anterior.
o Peroneus tersier : Otot kecil terletak antara sisi inferior fibula lateral dan kaki; dan
bagian lateral bawah ekstensor ibu jari kaki longus.
b) Otot superfisial lateral
o Peroneus longus : Otot superfisial pada tungkai lateral antara tungkai supeior dan
kaki.
o Peroneus brevis : Otot pendek pada bagian inferior tungkai lateral terletak lebih
dalam dari peroneus longus; tendon insersi melapisi malleolus lateral menuju kaki.
c) Otot superfisial posterior
Triseps surae (betis) terdiri dari tiga otot yang dibentuk dari dua kepala
gastroknemius dan soleus.
o Gastroknemius : Otot betis superfisial berkepala dua; terletak antara bagian bawah
paha dan tumit; menyilang pada dua persendian; membentuk tonjolan besar pada
betis atas.
o Soleus : Otot betis yang besar dan lebar terletak di bawah gastroknemius; terletak
antara tungkai superior dan tumit; bersilangan hanya pada persendian di
pergelangan kaki.
o Plantaris : Otot betis dengan badan otot kecil di dekat dua kepala gastroknemius;
tendon ramping panjang yang merentang sampai tumit; mungkin tidak selalu ada.
d) Otot dalam posterior
o Popliteus : Otot triangular tipis dan pipih pada belakang lutut; terletak lebih ke
dalam dari kepala gastroknemius.
o Tibialis posterior : Otot panjang lebih di dalam dari soleus; terletak di sepanjang
lateral tibia di belakang tibialis anterior.
o Fleksor ibu jari kaki longus : Otot lateral di sepanjang lateral fibula bawah; tendon
melintang di belakang pergelangan kaki, berkelok-kelok di balik malleolus medial
dan memanjang ke dasar telapak kaki sampai ujung ibu jari kaki.
o Fleksor jari kaki longus : Otot medial tipis di sepanjang tibia; tendon insersi
membentang di balik malleolus medial, melewati telapak kaki secara melintang;
dan terbagi menjadi empat bagian masing-masing ke setiap sisi lateral empat jari
kaki. 2
Gambar 6. Muscle of thigh. Sumber :www.evan-biomekanik-ankle.blogspot.com
B. Secara Mikroskopis ( Histologi )
Tulang
Secara Mikroskopis tulang terdiri dari :
o Sistem Havers (saluran yang berisi serabut saraf, pembuluh darah, aliran limfe)
o Lamella (lempeng tulang yang tersusun konsentris).
o Lacuna (ruangan kecil yang terdapat di antara lempengan–lempengan yang
mengandung sel tulang).
o Kanalikuli (memancar di antara lacuna dan tempat difusi makanan sampai ke
osteon).
Gambar 7. Sistem havers. Sumber : www.courses.stu.qmul.ac.uk
Tulang adalah jaringan yang tersusun oleh sel dan didominasi oleh matrix kolagen
ekstraselular (type I collagen) yang disebut sebagai osteoid. Osteoid ini termineralisasi oleh
deposit kalsium hydroxyapatite, sehingga tulang menjadi kaku dan kuat. Tulang dewasa dan
yang sedang berkembang mengandung empat jenis sel berbeda: sel osteogenik (osteoprogenitor),
osteoblas, osteosit, dan osteoklas.
Sel osteogenik adalah sel induk pluripoten yang belum berdiferensiasi, berasal dari
jaringan ikat mesenkim. Selama perkembangan tulang, sel osteogenik berproliferasi melalui
mitosis dan berdiferensiasi menjadi osteoblas. Pada tulang dewasa, sel osteogenik dijumpai di
luar (pada jaringan ikat periosteum dan di dalam lapisan tunggal endosteum internal). Periosteum
dan endosteum menghasilkan osteoblas baru untuk pertumbuhan, semodelling dan perbaikan
tulang.
Osteoblas terdapat pada permukaan jaringan tulang. Fungsinya adalah untuk membuat,
meyekresikan dan mengendapkan unsur organik matriks tulang baru yang disebut osteoid.
Osteoid adalah matriks tulang belum mengapur yang baru dibentuk yang tidak mengandung
mineral; namun, tidak lama setelah deposisi osteoid segera mengalami mineralisasi dan menjadi
tulang.
Osteosit adalah sel utama tulang. Seperti kondrosit pada tulang rawan, osteosit ini pun
terperangkap di dalam matriks tulang di sekitarnya dan berada di dalam lakuna. Tetapi berbeda
dengan tulang rawan, hanya terdapat satu osteosit dalam satu lakuna. Fungsi utama osteosit
adalah mempertahankan matriks tulang.
Osteoklas adalah sel multiklear besar yang teradapat di sepanjang permukaan tulang
tempat terjadinya resorpsi, remodelling, dan perbaikan tulang. Fungsi utamanya adalah
meresorpsi tulang selama remodelling. Osteoklas ini sering terdapat di dalam sebuah lekuk
dangkal pada tulang yang teresorpsi atau terkikis secara enzimatik yang disebut lakuna howskip.
Osteoklas mula-mula berada di dalam tulang berasal dari prekursor mirip moniosit. 6
Tulang terdiri dari dua material yang cukup berbeda ditambah air : kolagen, pecahan
organik utama, yang sekitar 40% dari berat tulang padat dan 60% dari volumenya, dan mineral
tulang, komponen “tidak organik”, yang sekitar 60% dari berat tulang padat dan 40% dari
volumenya. Tidak satupun komponen-komponen ini dapat dihilangkan dari tulang, dan sisa yang
hanya terbentuk dari kolagen atau mineral tulang, akan terlihat seperti tulang asli. Sisa kolagen
cukup lentur, terlihat seperti gumpalan karet, dan bahkan dapat dibengkokkan seperti setengah
lingkaran. Sementara kolagen memiliki jumlah kekuatan tekanan yang seimbang, kolagen dapat
membengkokkan dengan mudah bila ditekan. Ketika kolagen dihilangkan dari tulang, mineral
tulang yang tersisa sangat rapuh dan dapat dihancurkan dengan jari.
Kolagen ternyata diproduksi oleh sel-sel osteoblas; mineral kemudian dimasukan dalam
kolagen untuk memproduksi tulang. Kolagen tulang tidak sama dengan kolagen yang ditemukan
pada banyak bagian lain pada tubuh seperti kulit. Strukturnya tampak seperti dimensi rumit dari
mineral-mineral tulang dan membentuk pola dimana kristal-kristal mineral tulang tersusun secara
tepat.
Mineral tulang diyakini terbentuk dari kalsium hydroksiapatite. Kristal sejenis yang
terdapat dialam; fluorapitite fluorine menggantikan kedudukan OH. Fluorine dalam air minum
dapat mencegah pengeroposan dan pelubangan pada gigi dengan mengubah mikroskopis gigi
menjadi batu fluorapitite, yang lebih stabil daripada mineral tulang. 3
Otot Rangka
Otot rangka bersifat volunter karena kontraksi dan relaksasinya dikendalikan kesadaran.
Di dalam sitoplasma otot rangka, susunan filamen aktin dan miosin sangat teratur. Akibatnya,
filamen kontraktil ini membentuk gurat-gurat melintang jelas yang di bawah mikroskop tampak
sebagai pita I yang terang dan pita A yang gelap, melintang terhadap serat ototnya. Karena gurat-
gurat melintang inilah, maka otot rangka disebut juga otot bergurat melintang/lurik. 4
Organisasi mikroskopik serabut otot rangka :
a) Miofibril adalah unit kontraktil yang mengalami spesialisasi volumenya mencapai 80%
volume tersebut.
b) Setiap miofibril silindris terdiri dari miofilamen tebal dan miofilamen tipis
Miofilamen tebal terdiri terutama dari protein miosin. Molekul miosin disusun
untuk membentuk ekor berbentuk cambuk dengan dua kepala globuler, mirip
dengan tongkat golf berkepala dua.
Miofilamen tipis tersusun dari protein aktin. Dua protein tambahan pada filamen
tipis adalah tropomiosin dan troponin, melekat pada aktin.
c) Pemitaan ditentukan berdasarkan susunan miofilamen
Pita A yang lebih gelap (anisotropik, atau mampu mempolarisasi cahaya) terdiri
dari susunan vertikal miofilamen tebal yang berselang-seling dengan miofilamen
tipis.
Pita I yang lebih terang (isotropik, atau nonpolarisasi) terbentuk dari miofilamen
aktin tipis, yang memanjang kedua arah dari garis Z ke dalam susunan filamen
tebal.
Garis Z terbentuk dari protein penunjang yang menahan miofilamen tipis tetap
menyatu di sepanjang miofibril.
Zona H adalah area yang lebih terang pada pita A miofilamen miosin yang tidak
tertembus filamen tipis.
Garis M membagi dua pusat zona H. Pembagian ini merupakan kerja protein
penunjang lain yang menahan miofilamen tebal tetap bersatu dalam susunan.
Sarkomer adalah jarak antara Z ke garis Z lainnya. 4,5
Gambar 8. Miofibril. Sumber : www.biologi.lkp.web.id
2. Mekanisme Kerja Otot
Proses yang mendasari pemendekan elemen-elemen kontraktil di otot adalah pergeseran
filamen-filamen tipis dan filamen-filamen tebal. Lebar pita A tetap, sedangkan garis Z bergerak
saling mendekat ketika otot berkontraksi dan menjauh bila otot diregangkan. Saat otot
memendek, filamen tipis dari kedua ujung sarkomer berhadadapn dan saling mendekat; pada
pemendekan otot yang kuat, filamen-filamen tersebut saling tumpang tindih.
Pergeseran selama kontraksi otot terjadi bila kepala-kepala miosin berikatan erat dengan
aktin, melekuk pada sisa dari molekul miosin, dan kemudian lepas lagi. Daur ini berulang
berkali-kali. Struktur kepala miosin-II kini telah dapat ditentukan dengan menggunakan teknik
kristalografi sinar-X. Tiap kepala memiliki tempat untuk mengikat aktin dan 3,5 nm
dibelakangnya terdapat tempat untuk mengikat ATP. Tempat pengikatan ATP merupakan suatu
celah terbuka, dan bila ATP masuk kedalamnya dan terhidrolisis, celah akan tertutup. Hal ini
akan mendistorsi kepala miosin akan melurus menghasilkan “kayuhan tenaga” (“poser stroke”)
yang akan menggerakan miosin pada aktin. setiap kayuhan tenaga akan memendekkan otot
sebesar 1%. Setiap filamen tebal mengandung 500 kepala miosin, dan siklus ini terulang 5 kali
per detik selama berlangsungnya kontraksi cepat. Hidrolisis senyawa fosfat berenergi tinggi
dalam ATP dikatalisis oleh aktifitas adenosin trifosfatase (ATPase) yang terdapat di kepala
molekul miosin, di tempat kontaknya dengan aktin.
Proses penggiatan kontarktil oleh depolarisasi dinamakan proses eksitasi-kontraksi.
Potensial aksi dihantarkan ke seluruh fibril yang terdapat dalam serat otot melalui sistem T.
Implus di sistem R ini memicu pelepasan ion Ca2+ dari sisterna terminal, yaitu kantung lateral
retikulum sarkoplasmik yang bersebelahan dengan sistem T. Ion Ca2+ membangkitkan kontraksi.
Ca2+ membangkitkan kontraksi karena diikat olehh troponin C. Pada keadaan otot yang
istirahat, troponin I terikat erat pada aktin, dan tropomiosin menutupi tempat-tempat untuk
mengikat kepala miosin di molekul aktin. Jadi, kompleks troponin-troponin membentuk “protein
relaksan” (relaxing protein”) yang menghambat interaksi aktin dengan miosin. Bila ion Ca2+
dilepaskan oleh potensial aksi oleh troponin C, ikatan antara troponin I dengan aktin tampaknya
melemah, dan hal ini memungkinkan tropomiosis bergerak ke arah lateral. Gerakan ini membuka
tempat-tempat pengikatan bagi kepala-kepala miosin. ATP kemudian terurai dan terjadi
kontraksi. Tujuh tempat pengikatan miosin terbuka untuk setiap satu molekul troponin yang
mengikat ion kalsium.
Gambar 9. Troponin dan tropomiosin. Sumber :
www.otm.oxfordmedicine.com
Segera setelah melepaskan Ca2+ retikulum sarkoplasmik mulai mengembalikan Ca2+
melalui mekanisme transpor aktif ke dalam bagian longitudinal retikulum. Pompa tersebut adalah
Ca2+ -Mg2+ ATPase. Ca2+ kemudian berdifusi kedalam sisterna terminal, tempat penyimpanannya,
sampai dilepaskan oleh potensial aksi berikutnya. Bila kadar Ca2+ diluar retikulum sudah cukup
rendah, interaksi kimiawi antara miosin dan aktin terhenti dan otot relaksasi. Perhatikan bahwa
ATP menyediakan energi, baik untuk kontraksi maupun untuk relaksasi. Bila transpor Ca2+
kedalam retikulum terhambat, relaksasi tidak terjadi meskipun tidak ada lagi potensial aksi:
kontraksi yang bertahan sebagai akibat dari kejadian itu dinamakan kontraktur. Kekuatan setiap
kontraksi otot bervariasi dari waktu ke waktu tergantung beberapa faktor : Intensitas stimulus,
lemah kuatnya stimulus, besarnya beban yang diterima otot, panjang serabut pada awal
kontraksi, panjang serabut pada awal relaksasi dan juga kondisi metabolik yang menyertainya.
Gambar 10. Mekanisme kontraksi otot. Sumber : www.otm.oxfordmedicine.com
Tahap-tahap kontraksi :
Penggiatan neuron motorik
Pelepasan transmiter (asetilkolin) di end-plate motorik
Pengikatan asetilkolin oleh reseptor asetilkolin nikotin
Peningkatan kondukrans Na+ dan K+ di membran end-plate
Terbentuknya potensial end-plate
Tercetusnya potensial aksi diserat-serat otot
Penyebaran depolarisasi ke dalam tubulus T
Pelepasan Ca2+ dari sisterna terminal retikulum sarkoplasmik serta difusi Ca2+ ke
filamen tebal dan filamen tipis
Pengikatan Ca2+ oleh troponin C membuka tempat pengikatan miosin di molekul
aktin
Pembentukan ikatan-silang (cross linkage) antara aktin dan miosin dan pergeseran
filamen tipis pada filamen tebal, menghasilkan pemendekan
Tahap-tahap relaksasi :
o Ca2+ dipompakan kembali ke dalam retikulum sarkoplasmik
o Pelepasan Ca2+ dari troponin
o Penghentian interaksi antara aktin dan miosin. 5
Mekanisme Kontraksi Otot Rangka
Otot sehubungan dengan fungsinya sebagai alat gerak maupun penghasil panas,
melakukan kerjanya dengan kontraksi yaitu memendekkan otot, kontraksi otot akan terjadi bila
mendapatkan rangsang dengan kekuatan tertentu yang dikenal dengan nilai ambang. Agar terjadi
respon, maka besarnya pacu minimal sama dengan nilai ambang. Rangsang yang pacunya sama
dengan nilai ambang disebut pacu luminal, sedang yang kurang dari nilai ambang disebut
subminimal, kalu lebih dari nilai ambang dinamakan supraliminal. Hokum “All or nothing”
berlaku untuk kontraksi otot tersebut yang artinya bila sel otot kontraksi maka akan melakukan
kontraksi secara penuh, jika nilai ambang telah tercapai, walaupun ditambah rangsang maka
kontraksi tak akan bertambah, sebaliknya jika rangsang kurang dari nilai ambang, maka sama
sekali otot tidak kontraksi.
Dasar mekanisme kontraksi otot adalah adanya pemendekan elemen kontraktil otot
(actin-myosin), sebagai respon terhadap adanya impuls saraf motorik yang diterima motor end
plate. Hal ini akan mengakibatkan pemendekan fibra otot dan selanjutnya akan memendekkan
fasciculi sehingga terjadilah kontraksi otot, sebagaimana skema berikut ini : Impuls saraf
motorik motor end plate impuls dihantarkan myofibrill pergeseran actin-myosin
fibra otot memendek fasciculus memendek kontraksi. Pada dasarnya dapat dikatakan
bahwa fibra otot skelet melakukan respon terhadap rangsang eksternal (berasal dari luar
individu).
Unit motorik, setiap motoneuron yang meninggalkan medula spinalis akan mempersarafi
beragam serabut otot, dan jumlahnya bergantung pada jenis otot. Semua serabut yang dipersarafi
oleh satu serabut daraf disebut unit motorik. Pada umumnya, otot-otot kecil yang bereaksi
dengan cepat dan yang pengaturannya harus tepat mempunyai lebih banyak serabut saraf untuk
serabut otot yang lebih sedikit jumlahnya (misalnya, hanya dua sampai tiga serabut otot per unit
motorik pada beberapa otot laring. Sebaliknya, otot besar yang tidak memerlukan pengaturan
halus seperti otot soleus, mungkin mempunyai beberapa ratus serabut otot dalam unit motorik.
Gambaran umum untuk semua jenis otot tubuh masih dipertanyakan, tetapi dugaan kuat adalah
sekitar 80 sampai 100 serabut otot untuk satu unit motorik.
Serabut-serabut otot dalam setiap unit motorik tidak seluruhnya terkumpul bersama-sama
dalam satu otot menumpang tindih unit motorik lain dalam suatu berkas mikro yang terdiri dari 3
sampai 15 serabut. Pertautan ini menyebabkan unit motorik yang terpisah akan berkontraksi
untuk membantu unit yang lain dan bukan secara keseluruhan sebagai segmen tersendiri. 5,6
Metabolisme Otot
Tiga langkah berbeda pada proses kontraksi-relaksasi memerlukan ATP:
Penguraian ATP oleh ATPase miosin menghasilkan energi bagi jembatan silang untuk
melakukan gerakan mengayun yang kuat.
Pengikatan (bukan penguraian) molekul ATP segar ke miosin memungkinkan
terlepasnya jembatan silang dari filamen aktin pada akhir gerakan mengayun, sehingga
siklus dapat diulang. ATP ini kemudian diuraikan untuk menghasilkan energi bagi
ayunan jembatan silang berikutnya.
Transportasi aktif Ca++ kembali ke retikulum sarkoplasma selama relaksasi bergantung
pada energi yang berasal dari penguraian ATP. 3,5
ATP merupakan satu-satunya sumber energi yang dapat secara langsung digunakan untuk
aktivitas-aktivitas tersebut. Terdapat tiga jalur yang dapat memasok ATP yaitu: 1. Pemindahan
fosfat berenergi-tinggi dari kreatin fosfat ke ADP, 2. Fosforalisasi oksidatif (siklus asam sitrat
dan sistem transportasi elektron), dan 3. Glikolisis.
Kreatin fosfat adalah simpanan energi pertama yang digunakan pada awal kontraktil.
Seperti ATP, kreatin fosfat mengandung sebuah gugus fosfat berenergi tinggi, yang dapat
diberikan secara langsung ke ADP untuk membentuk ATP. Seperti terjadinya pelepasan energi
sewaktu ikatan fosfat terminal di ATP diputuskan, energi juga dibebaskan ketika ikatan fosfat
dan kreatin diputuskan. Energi yang dibebaskan dari hidroksilasi kreatin fosfat, bersama dengan
fosfatnya, dapat diberikan secara langsung ke ADP untuk membentuk ATP. Reaksi ini, yang
dikatalisis oleh enzim sel otot kreatin kinase bersifat reversibel; energi dan fosfat dari ATP
dapat dipindahkan ke kreatin untuk membentuk kreatin fosfat:
Kreatin kinase
Kreatin fosfat + ADP kreatin + ATP
Ketika cadangan energi bertambah pada otot yang beristirahat, peningkatan konsentrasi
ATP cenderung menyebabkan pemindahan gugus fosfat berenergi tinggi ke kreatin fosfat, sesuai
dengan hukum aksi massa. Dengan demikian, kreatin fosfat adalah sumber energi pertama
memasok ATP tambahan kerika olahraga dimulai.
Fosforilasi oksidatif, berlangsung di dalam mitokondria otot apabila tersedia cukup O2.
Jalur ini memiliki bahan bakar glukosa atau asam lemak, bergantung pada intensitas dan durasi
aktivitas untuk menghasilkan banyak molekul glukosa yang diolah, fosforilasi oksidatif relatif
lambat, karena banyaknya langkah yang terlibat, dan jalur ini memerlukan pasokan O2 dan
nutrien yang konstan.
Selama olahraga ringan (misalnya berjalan) sampai sedang (misalnya jogging atau
berenang), sel-sel otot mampu membentuk cukup ATP melalui fosforilasi oksidatif yang dapat
mengimbangi kebutuhan energi tingkat sedang perangkat kontraktil untuk jangka waktu yang
cukup panjang.
O2 yang diperlukan untuk fosforilasi oksidatif terutama dihantarkan oleh darah.
Peningkatan ketersediaan O2 bagi otot selama berolahraga terjadi melalui beberapa mekanisme:
pernapasan yang lebih dalam dan lebih cepat membawa lebih banyak O2 masuk; jantung
berkontraksi lebih cepat dan lebih kuat untuk memompa darah dialihkan ke otot-otot yang
berolahraga melalui dilatasi pembuluh darah yang memasok otot-otot tersebut; dan molekul-
molekul hemoglobin yang mengangkut O2 di dalam darah membebaskan lebih banyak O2 di otot-
otot yang berolahraga. Selain itu, jenis-jenis serat otot tertentu memiliki banyak mioglobin yang
serupa dengan hemoglobin. Mioglobin banyak menyimpan sejumlah kecil O2, tetapi yang lebih
penting, mioglobin meningkatkan kecepatan pemindahan O2 dari darah ke serat otot.
Glukosa dan asam lemak, yang akhirnya berasal dari makanan, juga disalurkan ke sel-sel
otot oleh darah. Kelebihan zat-zat gizi yang tidak segera digunakan akan disimpan di hati
sebagai glikogen (rantai-rantai glukosa) dan di jaringan lemak (adiposa) sebagai lemak. Selain
itu, sel-sel otot mampu menyimpan glukosa dalam bentuk glikogen dalam jumlah terbatas.
Walaupun O2 tersedia, sistem fossforilasi oksidatif yang relatif lambat tidak mampu
menghasilkan ATP dengan cukup cepat untuk memenuhi kebutuhan otot selama aktivitas yang
intensif. Jika penyaluran O2 atau fosforilasi oksidatif tidak dapat mengimbangi kebutuhan ATP
seiring peningkatan aktivitas olahraga, serat-serat otot semakin mengandalkan glikolisis untuk
menghasilkan ATP.
Pada glikolisis, sebuah molekul glukosa diuraikan menjadi dua molekul asam piruvat
yang menghasilkan dua ATP selama proses berlangsung. Asam piruvat dapat diuraikan lebih
lanjut oleh fosforilasi oksidatif untuk mendapatkan lebih banyak energi. Namun, glikolisis
sendiri memiliki dua keunggulan dibandingkan dengan jalur fosforilasi oksidatif: 1. Glikolisis
dapat membentuk ATP pada keadaan tanpa O2 (bekerja secara anaerobik, yaitu tanpa O2), dan 2.
Glikolisis dapat berjalan lebih cepat daripada fosforilasi oksidatif, karena memerlukan lebih
sedikit langkah reaksi. Walaupun glikolisis mengekstraksi lebih sedikit molekul ATP dari setiap
molekul nutrien yang diolahnya, proses ini dapat mengalahkan produk posforilasi oksidatif
dalam periode waktu tertentu apabila cukup tersedia glukosa. 7
Energi yang membentuk ATP berasal dari penguraian gula otot atau glikogen yang tidak
larut. Glikogen dilarutkan menjadi laktasidogen (pembentuk asam laktat) dan diubah menjadi
glukosa (gula darah) + asam laktat. Glukosa akan dioksidasi menghasilkan energi dan
melepaskan CO2 dan H2O. Perhatikan skema di bawah.
Secara singkat proses penguraian glikogen sebagai berikut. Proses penguraian glikogen
terjadi pada saat otot dalam keadaan relaksasi. Pada saat relaksasi diperlukan oksigen sehingga
disebut fase aerob. Asam laktat atau asam susu merupakan hasil samping penguraian
laktasidogen. Penimbunan asam laktat di dalam otot dapat mengakibatkan pegal dan linu atau
menyebabkan kelelahan otot. Penguraian asam laktat memerlukan banyak oksigen.
Kelelahan otot
Proses rinci yang mengakibatkan kelelahan otot belum diketahui benar. Bell, Davidson
dan Emislie-Smith (1972) menduga bahwa penurunan daya kontraksi mungkin disebabkan oleh
kegagalan sejumlah tempat, termasuk di sinapsis pusat, lempeng ujung motoris dan proses
kontraksi, tetapi penyebab kelelahan otot terletak dalam serabut otot itu sendiri. Horbin (1986)
mengatakan bahwa kelelahan tidak disebabkan oleh kegagalan dalam transmisi neurotranskular,
selain itu bukti-bukti eksperimen mengisyaratkan bahwa kelelahan dikarenakan kegagalan
pasokan darah untuk memasok elemen metabolisme yang esensial atau membuang hasil
metabolisme atau untuk melaksanakan kedua fungsi itu. Kurangnya oksigen dan akumulasi
metabolit asam mungkin terlibat disini. Kemungkinan lain adalah keterlibatan respon volunter
terhadap kelelahan oleh pusat-pusat yang lebih tinggi yang akan menyebabkan kelelahan atau
upaya yang lebih lanjut, keduanya dapat mengganggu fungsi yang efisien. Kelelahan otot dapat
diakibatkan karena :
Habisnya bahan atau zat sebagai sumber energi untuk kontraksi otot,
seperti glokogen dan sejenisnya.
Akumulasi hasil metabolisme karena kontraksi otot, seperti asam laktat.
Asam laktat menghambat motor endplate akibatnya hantaran impuls dari saraf ke otot
terganggu, tetapi bila masih terdapat cadangan glikogen, maka otot tersebut masih
dapat mengadakan kontrasi.
Ketidakpastian lain adalah timbulnya nyeri akibat kelelahan. Telah lama diketahui bahwa
metabolit fungsi otot berpotensi mengiritasi ujung saraf sensoris yang berada di dalam otot.
Respon terhadap stimulan demikian itu dapat menginterpretasikan sebagai nyeri yang akan
mereda ketika ototnya menyembuh. 8
Kontraksi otot normal bergantung hampir secara total pada fosforilasi oksidatif
karbohidrat, lemak, dan protein untuk menghasilkan ATP. Kelelahan otot tampaknya terjadi
apabila sumber-sumber ATP di otot habis. Apabila suatu otot kekurangan oksigen walaupun
sebentar, kelelahan cepat timbul.
Sewaktu mengalami kelelahan, otot mula-mula bergabung pada glikolisis anaerob (yang
dapat menghasilkan ATP kepada otot dalam jangka waktu singkat) dan metabolisme simpanan
glikogen. Kelelahan otot dapat diperkirakan secara eksperimental akibat berkurangnya simpanan
glikogen di otot. Asam laktat adalah produk sampingan glikolisis anaerob dan dapat tertimbun di
otot dan daerah darah pada kontraksi otot yang intensif dan berkepanjangan. 9
Penutup
Otot-otot rangka dan tulang berfungsi menunjang dan menggerakkan tubuh. Tulang
melindungi organ-organ bagian dalam dan digerakkan oleh otot. Otot bertanggung jawab
menimbulkan tonus vaskular dan kontraksi. Kedua tungkai yang lemas dan lelah dapat
dipengaruhi oleh struktur tulang dan otot yang tidak normal maupun melalui mekanisme kerja
otot yang tidak berjalan sebagaimana mestinya. Otot dapat mengalami kelelahan sehingga
menimbulkan rasa nyeri. Penimbunan asam laktat yang mungkin menghambat enzim-enzim
kunci pada jalur-jalur penghasil energi atau proses penggabungan eksitasi-kontraksi atau
kehabisan cadangan dari energi yang menjadi faktor penyebab timbulnya kelelahan otot.
Daftar Pustaka
1. Kamus kesehatan. Definisi : Tungkai. Edisi November 2008. Diunduh dari
www.kamuskesehatan.com, 17 Maret 2012.
2. Sloane E. Anatomi dan fisiologi untuk pemula. Jakarta : EGC; 2003.h.109-50.
3. Sardy LI. Fisika tubuh manusia. Ed. 2. Jakarta : CV. Agung Seto; 2003.h. 97-9.
4. Eroschecko VP. Atlas histologi di flore. Ed. 9. Jakarta : EGC; 2003.h. 45-73.
5. Ganong WF. Fisiologi kedokteran. Ed. 22. Jakarta : EGC; 2008. h. 55-66.
6. Guyton AC, Hall JE. Fisiologi kedokteran. Ed. 11. Jakarta : EGC; 2007.h. 74-83.
7. Sherwood L. Fisiologi manusia dari sel ke sistem. Ed. 2. Jakarta : EGC;2001.h. 232-
5.
8. Thomson H. Okulasi. Ed.2 . Jakarta : EGC; 2007.h. 57.
9. Elizabeth. Patophysiologi. Jakarta : EGC; 2001.h.280-7.
top related