Kontraksi Otot Rangka (1)

Copyright © 2011 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

KONTRAKSI OTOT RANGKA

Dr. Yusni., M. Kes., AIF


Anatomi otot rangkaOrganisasi makro:

Gambar 1


Organisasi seluler

serabut otot• sel tunggal• berinti banyak• diselubungi oleh sarkolema

Miofibril• elemen kontraktil• diliputi oleh sarkoplasma

Organela seluler - berada antara miofibril (mitokondria, retikulum sarkoplasma dll.)

Gambar -2


Organisasi molekuler

Gambar -3


Sarkomer

Pita A

Pita IDiskus Z

sarkomer

Filamen tebal (miosin)Filamen tipis (aktin)

titin (protein struktur filamentosa)

Garis M

Zona H


Mekanisme “Filamen Geser”

Kontraksi berasal dari bergesernya (sliding action) filamen aktin dan miosin sehingga tumpang tindih

RELAKSASI:

KONTRAKSI:


F-aktin • heliks beruntai ganda• terdiri dari G-aktin terpolimerisasi• ADP terikat pada setiap G-aktin (sisi aktif)• kepala miosin terikat pada sisi aktif

tropomiosin • menutupi sisi aktif• mencegah interaksi dengan miosin

troponin • I – mengikat aktin• T - mengikat tropomiosin• C - mengikat Ca2+

Filamen Aktin− Filamen pita I− ditambatkan pada salah satu

ujung akhir ke diskus Z− panjang 1 mm: v. nebulin yang

seragam membentuk panduan untuk sintesis

Gambar -7


Molekul Miosin

• dua rantai berat (BM 200,000)• empat rantai ringan (BM 20,000) • regio “kepala” – tempat aktivitas ATPase

Fig. 6.5Gambar -6


Mekanisme Kontraksi Otot

Teori: Terikatnya Ca2+ pada troponin menyebabkan perubahan konformasi pada tropomiosin yang tidak lagi menutupi sisi aktif molekul aktin, yang diikuti pengikatan miosin.


Teori “Walk-Along”

Gambar -8


Teori “Walk-Along”

1. Kepala Miosin melekat pada aktin

3. Kepala miosin “cocked”(terikat ADP dan Pi )

hidrolisis

4. Kepala miosin tertancap ke sisi baru

(terikat ADP)

Pi

2. Pelepasan kepala miosin (terikat ATP)

ATP

POWER STROKE

ADP


Rigor mortis: • keadaan kontraktur yang terjadi pada kematian • berkaitan dengan hilangnya ATP

RIGOR

ATP1. Kepala miosin melekat pada aktin


Mekanika Otot


Hubungan Panjang-Tegangan untuk otot skm

• Tegangan aktif (TA) tidak dapat diukur secara langsung

• Apakah yang dapat diukur?(1) Tegangan pasif (TP) - tegangan yang

dibutuhkan untuk memperpanjang otot istirahat

(2) Tegangan total (TT) – kombinasi tegangan aktif dan pasif

• Aktif dihitung dari 1 & 2 (TA = TT – TP)

• Perhatikan bahwa tegangan aktif menurun tajam, linier dengan peningkatan panjang Panjang (proporsi panjang

keadaan istirahat)

1.0 2.00

Tega

ngan

(%ko

ntr a

k si m

aks)

50

100

Tegangan aktif

Tegangan pasif

Tegangan total

Rentang TeganganNormal


Hubungan panjang dan tegangan - Percobaan

100

50

0

0 1x 2x Panjang (proporsi panjang pada keadaan istirahat)

Tega

ngan

(%ko

ntra

ksi m

aks)

pasif

Tegangan pasif

Tegangan nol

1

rangsangan

2

2

3

3

Tegangan total aktif

total

(preload)

(afterload = ∞ )

1


Rentang Panjang Normal

Tegangan sebagai fungsi dari panjang sarkomer

• Stres digunakan untuk membandingkan tegangan (gaya) yang dihasilkan otot dengan ukuran berbeda

– stres = kekuatan/area otot melintang; satuan kg/cm2)

• Pada otot rangka, stres aktif maksimal muncul pada panjang normal pada keadaan istirahat ~ 2 mm

• Pada yang lebih panjang, stress menurun -

• Pada yang lebih pendek, stres juga menurun -

• Otot jantung normalnya bekerja pada panjang dibawah panjang optimalnya -

Stres aktif(tegangan)

Panjang sarkomer (m)

0

1

0 1 2 3 4

0.5


Hubungan kecepatan kontraksi terhadap beban

Tidak ada afterload:• kecepatan maksimum pada beban minimum

Peningkatan afterload:• kecepatan kontraksi menurun

Kecepatan kontraksi nol ketika afterload = kekuatan kontraksi maks

A

B

A: otot lebih besar, lebih cepat (otot putih)B: otot lebih kecil, lebih lambat (otot merah)


Jenis otot skeletal - kecepatan kontraksi kedutan -

• Kecepatan kontraksi ditentukan oleh Vmaks miosin ATPase.

– Vmaks tinggi (cepat, putih)• Siklus jembatan silang (cross

bridge) cepat• Pemendekan dengan laju

cepat (serabut cepat)– Vmaks rendah (lambat, merah)

• Siklus jembatan silang lambat • Pemendekan dengan laju

lambat (serabut lambat)• Sebagian besar otot terdiri dari kedua

jenis serabut tetapi dengan proporsi berbeda

• Semua serabut dalam bagian “motor unit” termasuk dalam jenis yang sama, misal cepat atau lambat.

Gambar 6-13


• serabut cepat dan lambat menunjukkan perbedaan ketahanan terhadap kelelahan

• serabut lambat (Tipe I)– oksidatif

• Diameter kecil• Kandungan mioglobin tinggi• Densitas kapiler tinggi• Mitokondria banyak• Kandungan enzim glikolitik rendah

• serabut cepat (Tipe II)– glikolitik

• Diameter lebar• Kandungan mioglobin rendah• Densitas kapiler rendah• Mitokondria sedikit• Kandungan enzim glikolitik tinggi

Kek

uata

n (%

aw

al)

waktu (menit)50 60

Cepat (otot putih)

Lambat (otot merah)

Tipe otot rangka- Ketahanan terhadap kelelahan -


Apakah yang dilakukan oleh tipe yang berbeda?

• Tipe otot serabut cepat, lambat, dan intermediet dapat diidentifikasi melalui histokimia

• Pada beberapa otot terdapat campuran tipe serabut lambat dan cepat

• “Motor unit” yang mengandung serabut lambat akan direkrut pertama untuk menguatkan kontraksi normal

• Serabut cepat membantu pada saat kekuatan tambahan diperlukan

Orang yang berbeda mempunyai proporsi tipe otot yang berbeda

Sedikit penelitian yang menyebutkan bahwa program latihan dapat mempengaruhi proporsi tipe serabut pada manusia

serabut serabut cepat lambat

Pelari 18% 82%Maraton

Renang 26 74

Rerata pria 55 45

Angkat besi 55 45

Pelari cepat 64 37

Pelompat 63 37


Konversi tipe serabut - cepat ke lambat -

• Tibialis anterior– – Predominan otot tipe kedut cepat (bagian

atas)– Pewarnaan terang: mitokondria sedikit– Kapiler sedikit, kecil– Serabut besar

• Ragsangan listrik (10 Hz) melalui saraf motorik (60 hari)

– Perangsang an otot cepat pada kecepatan yang lambat akan mengubah predominansi serabut kedut cepat menjadi serabut kedut lambat (bagian bawah)

– Pewarnaan gelap: lebih banyak mitokondria– Kapiler besar, banyak– serabut lebih kecil

left AT

right AT


Motor Unit:

• Semua serabut adalah sama (cepat atau lambat) pada motor unit yang ada• Motor unit kecil (misal laring, ekstraokular)

− sejumlah 10 serabut/unit − Pengontrolan tepat− reaksi cepat

• Motot unit besar (misal, otot quadrisep) − sebanyak 1000 serabut/unit− Pengontrolan kasar− reaksi lebih lambat

•Tumpang tindih motor unit, yang menyediakan koordinasi• Tidak ada hubungan antara tipe serabut dan

ukuran motor unit

Kumpulan serabut otot dipersarafi oleh neuron motorik tunggal


Kekuatan sumasi: peningkatan intensitas kontraksi sebagai hasil efek tambahan kontraksi kedut yang individual

(1) Sumasi serabut multipel: hasil dari peningkatan jumlah motor unit yang berkontraksi secara simultan (serabut yang terlibat)

Kontraksi otot – kekuatan sumasi

(2) Frekuensi sumasi: hasil dari peningkatan frekuesi kontraksi dari motor unit tunggal

Gambar 6-14


Frekuensi sumasi dari kedutan dan tetani

• Ca2+ mioplasma menurun (mengawali relaksasi) sebelum terbentuk nya kekuatan kontraksi maksimal

• Jika otot dirangsang sebelum benar-benar relaksasi terjadi, kedutan baru akan dijumlah dengan yang sebelumnya, begitu seterusnya.

• Jika frekuensi potensial aksi cukup tinggi, kontraksi individu tidak diselesaikan dan ‘gabungan kontraksi’ diselesaikan.

Mioplasma [Ca2+]

Kekuatan

PAWaktu (1 detik)

Tetani menyeluruh


Apakah yang menyebabkan tonus otot?

Otot bertonus Otot anda dalam keadaan konstan pada kontraksi parsial,

sehingga mempertahankan struktur otot. Ini dinamakan tonus otot. Bahkan saat otot relaksasi, gelombang saraf dari otak anda merangsang sekelompok serabut otot untuk berkontraksi dan mempertahankan tonus otot anda. Kondisi ini adalah involunter, tetapi latihan fisik teratur benar-benar dapat meningkatkan tonus otot.

Otot lemas Jika saraf yang mensuplai otot dirusak, contoh pada

kecelakaan, serabut otot tersebut tidak lagi terangsang kontraksi. Hal tersebut akan mengakibatkan otot kehilangan tonus dan menjadi lemas. Akhirnya otot akan tidak berfungsi.


Remodeling Otot - pertumbuhan

hiperplasia

hipertrofi

pemanjangan

• Hipertrofi (sering, beberapa minggu)– Disebabkan oleh pertumbahan yang hampir

maksimal (misal: angkat berat)– Peningkatan pada aktin dan myosin– Miofibril terbagi

• Hiperplasia (jarang)– Pembentukan serabut otot baru– Dapat disebabkan oleh latihan daya tahan

• Hipertrofi dan hiperplasia– Peningkatan kekuatan pembentukan– Tidak ada perubahan pada kapasitas atau

kecepatan kontraksi

• Pemanjangan (normal) – Terjadi selaras dengan pertumbuhan normal– Tidak ada perubahan pada kekuatan

pertumbuhan– Penngkatan kapasitas pemendekan – Peningkatan kecepatan kontraksi


Mengapa penambahan sejumlah sarkomer mengakibatkan pemendekan lebih cepat? pemendekan?

Sarcomer A dan B mempunyai kecepatan kontraksi masing-masing 1 m/detik.

A. B. Jika sarkomer B tidak berkontraksi, ujungnya akan tetap bergerak dengan kecepatan 1m/detik (mengikuti kecepatan sarkomer A). Jika sarkomer B juga berkontraksi dengan kecepatan 1 m/detik, kedua sarkomer akan mempunyai kecepatan pemendekan 1+1=2 m/detik, dst.

Gabungan serial delapan sarkomer mempunyai dua kali kecepatan pemendekan seperti gabungan empat sarkomer. Lihat animasi di bawah.


Remodeling Otot - atropi

Atropi dengan kehilangan serabut

atropi

• Penyebab atrofi– Denervasi/ neuropati– Tenotomi– Gaya hidup sedenter– Gips– Penerbangan luar angkasa (gravitasi nol)

• Performa otot– Degenerasi protein kontraktil– Penurunan kecepatan maksimal kontraksi– Penurunan kecepatan kontraksi

• Atropi dengan kehilangan serabut– Tidak digunakan 1-2 tahun– Sangat sulit mengembalikan serabut yang

hilang

Beberapa minggu

Beberapa bulan/tahun

Kontraksi Otot Rangka (1)

Documents