Keseimbangan Cairan dan Elektrolit

Keseimbangan Cairan dan Elektrolit

Keseimbangan cairan dan elktrolit adalah penatalaksanaan utama pada penyakit serius. Pengukuran kadar natrium, kalium, urea, kreatinin, klorida dan bikarbonat adalah hal yang paling biasanya dinilai dalam pengukuran keseimbangan biokimiawi cairan tubuh pada pasien, terutama mengenai kadar elektrolit dan fungsi ginjal.

Kompartemen cairan tubuh

Unsur pokok dalam tubuh adalah air. Untuk (ICF) dan sepertiganya adalah cairan ekstraselular (ECF). ECF dibagi lagi menjadi plasma (3,5 l) dan cairan interstisial (10,5). Kehilangann cairan dari kompartemen tertentu dapat menunjukkan tanda dan gejala tertentu. Sebagai contoh, kehilangan cairan intraselular menyebabkan disfungsi sel, yang mana mengakibatkan lesu, confusion( kebingungan/kekacauan) dan koma. Kehilangan darah pada cairan ECF menyebabkan kegagalan sirkulasi, penunan fungsi ginjal dan shyok.

Model tangki air yang diilustrasikan berhubungan dengan volume dari setiap kompartemen dan digunakan untuk membantu menggambarkan gangguan keseimbangan cairan dan elektrolit. Istilah dehidrasi berarti kehilangan cairan dari kompartemen tubuh. Over-hidrasi terjadi bila cairan berkumpul dalam suatu kompartemen tubuh. Penilaian klinisnya meliputi turgor kulit, bola mata, membran mukosa.

Elektrolit

Natrium (Na+) adalah kation utama ekstraselular, dan kalium (K+) adalah kation utama intraselular. Anion utama didalam sel adalah protein dan fosfat, dimana untuk ECF adalah klorida (Cl-) dan bikarbonat (HCO3-).

Permintaan pengukuran serum elektrolit bviasanya berupa jumlah konsentrasi natrium dan kalium, bersama ion klorida dan ion bikarbonat. Ion natrium hadir dalam konsentrasi tinggi dan berkontribusi besr dalam osmolalitas plasma total. Meskipun konnsentrasi ion kalium dalam ECF lebih rendah dibandingkan konsentrasi dalam sel, perubahan dalam plasma sangat penting dan merupakan ancaman hidup.

Konsentrasi urean dan kreatinin mengindikasikan fungsi ginjal, pengingkatan konsentrasi menunjukkan pengurangan laju filtrasi glomerulus.

Osmolalitas

Cairan tubuh mempunyai perbedaan besar dalam komposisinya. Sehingga, konsentrasi dalam berbagai kompartemen mungkin berbeda. Kompartemen tubuh dipisahkan oleh membran semipermeable dimana airdapat bergerak dengan bebas. Tekanan osmotik selalu sama pada kedua sisi membran sel, dan pergerakan air menjaga agar osmolalitas air tetap sama, dan pergerakan air akan menjaga volume dalam sel. Volume dalam ICF secara normal sama dengan ECF.

Osmolalitas pada serum atau plasma dapat diukur secara langsung, atau dihitung dihitung jika konsentrasi salah satu elektrolit diketahui. Terdapat beberapa rumus yang digunakan untuk menghitung osmolalitas serum.

Secara klinis yang sederhana adalah :

Osmoolalitas Serum (mmol/kg)=2 × serum (Natrium) (mmol/l)

Rumus sederhana ini hanya berlaku jika konsentrasi glukosa dan urea dalam rentang yang sama. Jika salah satu atau keduanya abnormal, konsentrasi salah satu atau keduanya harus ditambahkan untuk menghitung osmolalitas. Terkadang terdapat perbedaan yang nyata antara perngukuran dan penghitungan osmolalitas. Hal ini disebut osmolalitas gap.

Tekanan Onkotik

Pembatas antara kompartemen intravaskular dan interstisial adalah membran kapiler. Molekul kecil bergerak bebas melalui membran, sehingga tidak secara osmotik melewatinya. Protein plasma, berusaha mempertahankan tekanan osmotik yang disebut tekanan onkotik (konsentrasi protein dalam cxairan interstisial  lebih sedikit daripada  darah). Keseimbangan tekanan hidorstatik dan osmotik melalui membran kapiler mungkin terganggu oleh konsentrasi protein plasma yang berubah secara signifikan.

Ringkasan

·         Tubuh mempunyai dua kompartemen yaitu cairan intrasel dan ekstrasel.

·         ICF dua kali lebih besar dari pada ECF

·         Retensi air disebabkan peningkatan volume antara ECF dan ICF

·         Kehilangan air (dehidrasi) akan menghasilkan pengurangan volume antara ECF dan ICF

·         Natrium adalah kation utama ECF

·         Kalium adalah kation utama ICF

·         Osmolalitas serum dapat diukur secara langsung atau dihitung dari natriumm serum, urea dan konsentrasi glukosa.

Source:

Clinical Biochemistry. Allan Gaw dkk.

HISTOLOGI SISTEM MUSKULOSKELETAL

HISTOLOGI TULANG

v  Berdasarkan perbandingan jumlah matriks dan jumlah rongga (spaces), tulang dibedakan menjadi tulang spongiosa dan tulang kompakta.

Tulang spongiosa  terdiri dari trabekula, yaitu bentukan tulang yang langsing, tidak teratur, bercabang, dan saling berhungan membentuk anyaman. Celah-celah diantara anyaman ini ditempati oleh sumsum tulang.

Tulang kompakta  jumlah dan ukuran rongga lebil kecil dari tulang spongiosa, serta jumlah bahan padat lebih banyak.

v  Pada tulang pipa, bagian diafisis sebagian besar terdiri dari tulang kompakta mengelilingi sumsum. Sedangkan bagian epifisis terdiri dari tulang spongisa dibungkus selapis tulang kompakta, rongga pada tulang spongiosa berhubungan langsung dengan sumsum tulang.

v  Pada tulang pipih, 2 lapis tulang kompakta melapisi selapis tulang spongiosa (diploe).

v  Pada tulang irregular, tulang spongiosa dibungkus tulang kompakta.

v  Cirri utama tulang (osteo) secara mikroskopik adalah susunannya yang lamellar (subtantia intersel yang mengalamiperkapuran) atau berlais-lapis (lamel-lamel).

v  Tiap tulang kecuali bagian sendinya dibungkus jaringan ikat khusus yang disebut periosteum. Pada bagian dalam terdapat endosteum yang membatasi rongga dan celah sumsum.

v  Matriks tulang:

Bersifat asidofilik, tersusun berlapis-lapis, tebalnya 5-7 mikron.

Matriks tulang terdiri dari 35% komponen organik yaitu kolagen dan proteoglikan, serta 65% material inorganik (mineral). Kolagen pada tulang merupakan kolagen jaringan ikat yang mirip kolagen tipe I jaringan ikat longgar berfungsi dalam fleksibilitas tulang. Mineral yang terdapat pada tulang adalah kristal kalsium fosfat (hidroksiapatit) [Ca10(PO4)6(OH)2].

v  Sel- sel tulang

  sel osteoprogenitor → berbentuk gelendong, inti pucat, memanjang, dan sitoplasma jarang. Sel ini merupakan stem sel. Sel osteoprogenitor terdapat di dalam periosteum, endosteum, dan saluran vaskular tulang kompakta. Ada 2 jenis sel osteoprogenitor yaitu preosteoblas dengan jumlah retikulum sarkoplasma sedikit dan preosteoklas dengan jumlah mitokondria dan ribosom banyak.

  osteoblas → bentuk sel: dari koboid hingga piramidal atau seringkali berupa lembaran utuh menyerupai epitel; inti besar, memiliki satu nukleolu; retikulum sarkoplasma luas; banyak ribosom; sitoplasma sangat basofilik dikarenakan adanya nukleoprotein (untuk sintesis material organik matriks). Osteoblas ditemukan pada permukaan tulang.

Kolagen dan proteoglikan yang diproduksi osteoblas di eksositosis dengan vesikel badab Golgi. Selain itu diproduksi juga vesikel yang mengakumulasikan Ca²⁺, PO₄^2- dan enzim fosfatase alkalin. Semuanya berperan dalam kalsifikasi tulang.

Osteoblas mempunyai tonjolan-tonjolan sitoplasma mirip jari yang menjulur ke dalam matriks yang sedang dibentukdan berhubungan dengan tonjolan-tonjolan sitoplasma osteoblas yang berdekatan.

  Osteosit à merupakan osteoblas yang terpendam dalam matriks; sitoplasmanya basofil ringan, intinya terpulas gelap; terdapat gap junction atau maculae communicantes yaitu tempat bertemunya tonjolan sitoplasma dalam kanalikuli. Tonjolan ini pada orang dewasa sebagian besar telah ditarik kembali, tetapi kanalikuli tetap ada untuk aliran metabolit dari darah dan osteosit. Kanalikuli tidak mengandung serat. Osteosit ini relative tidak aktif. Tempat (suatu ruang) dimana osteosit berada disebut lacuna.

  Osteoklas à berfungsi untuk resorpsi.

Sel raksasa, inti banyak, sitoplasmanya mengandung vakuol-vakuol, terdapat dekat permukaan tulang, seringkali dalam lekukan dangkal yang dikenal sebagai lacuna howship . osteoklas berasal dari sel-sel mononuklir (monosit) sumsum tulang hemapoietik.

Osteoklas mengeluarkan kolagenase dan enzim proteolitik lain yang menyebabkan matriks tulang melepaskan substansi dasar yang mengapur.

v  Arsitektur tulang

Tulang spongiosa terdiri atas trabekula  yang terdiri atas lamel-lamel dan padanya terdapat lacuna dan sistem kanalikuli tang saling berhubungan. Pada prenatal dan penyembuhan fraktur serat kolagen teranyam tidak teratur (woven bone).

Tulang kompakta lamelnya tersusun teratur. Terdapat saluran Havers yang saling bebas berhubungan melalui saluran serong atau melintang. Dari periosteum dan endosteum masuk saluran Volkmann (saluran nutrisi) secara tegak lurus ke dalam tulang dan berhubungan dengan saluran Havers.

Setiap saluran Havers dikelilingi 5 – 20 lamel konsentris. Lamel, sel-sel, dan saluran pusatnya membentuk sistem Havers atau osteon. Kanalikuli sistem havers akan berhubungan langsung dengan saluran Havers. Celah diantara sistem HAvers diisi oleh lamel interstitial . pada permukaan tepi luar dan dalam tulang, dipandang dari rongga sumsum, terdapat lamel-lamel yang berjalan sejajar dengan permukaan dan melingkar terhadap sumbu panjang tulang, dikenal sebagai lamel general luar dan dalam.

Selain serat kolagen pada lamel, terdapat pula berkas kolagen kasar, serat Sharpey, pada lapisan luar tulang, berjalan dari periosteum ke lamel general luar dan lamel interstitial (tidak terdapat pada sistem Havers dan lamel general dalam). Fungsi serat ini untuk menahan periosteum secara erat pada tulang dan banyak terdapat pada insersi ligament dan tendo.

Histologi Sendi

Sendi ialah tempat bertemu 2 atau 3 unsur rangka, baik tulang/tulang rawan

Jenis :

1.      Sendi Temporer : terdapat selama masa pertumbuhan, menghilang bila petumbuhan berhenti dan epifisis menyatu dengan bagian batang

2.      Sendi Permanen

Jenis sendi berdasarkan susunannya :

1.      Sendi fibrosa (disatukan oleh jaringan ikat padat fibrosa)

Macam-macamnya :

-          Sutura : Bila penyatuannya sangat kuat, hanya terdapat di tengkorak. Sendi ini tidak permanen, karena dapat diganti dengan tulang di kemudian hari

-          Sindesmosis : Bila disatukan oleh jaringan ikat fibrosa yang lebih banyak dari sutura

Ex :sendi radioulnar, sendi tibiofibular

-          Gomfosis : Bila jaringan fibrosa penyatu membentuk membran periodontal

Ex : pada gigi dalam maksila dan mandibula

2.      Sendi tulang rawan / sendi kartilaginosa sekunder

Permukaan tulang yang berhadapan dilapisi lembar-lembar tulang rawan hialin yang dipersatukan oleh lempeng fibrokartilago

Ex : simfisis, diskus

3.      Sendi Sinovia

-          Tulang-tulang ditahan menjadi 1 oleh simpai sendi dan permukaan yang berhadapan dilapisi tulang rawan sendi (C. Hialin atau C. Fibrosa hanya pada fosa glenoid dan acetabulum)

-          Simpai sendi, lapisan luarnya ialah jaringan ikat padat kolagen yang menyatu dengan periosteum yang membungkus tulang dan di beberapa tempat menebal membentuk ligamen sendi.

-          Lapis dalam simpai (membran sinovia), membatasi rongga sendi, mengandung kapiler lebar.

      Jenis sel sinovia :

      - Sel A/M : paling banyak, mirip makrofag (fagositosis aktif), sitoplasmanya banyak       mengandung mitokondria, vesikel mikropinositik, lisosom, aparat Golgi

      - Sel B/F : kurang berkembang, menyerupai fibroblas, RE granular sangat luas

-          Membran sinovial sering menjulur ke dalam rongga sendi berupa lipatan kasar/vili sinovia, dan dapat menonjol keluar menembus lapis luar simpai di antara tendo dan otot membentuk saku yang disebut bursa.

-          Juga menghasilkan cairan sinovia : hasil dialisis plasma darah dan limf, mengandung musin (asam hialuronat terikat protein). Fungsi : pelumas dan nutritif untuk sel tulang rawan sendi

-          Rongga sendi terbagi sebagian / seluruhnya (terkadang) oleh diskus intra-artikular.  

Histologi Otot

Otot Skeletal

î  Tiap otot terbungkus selapis jaringan ikat agak padat yang disebut epimisium.

î  Di dalamnya terdapat serat-serat otot yang tersusun di dalam berkas atau fasikulus.

î  Masing-masing berkas diselubungi  jaringan ikat tipis, yaitu perimisium.

î  Panjang serat otot + 1 – 40 mm, dan berdiameter + 10-100 mikron.

î  Dalam suatu serat terdapat banyak inti, sekitar 35 inti tiap mm panjang serat otot.

î  Terdapat Sarkolema yang merupakan membran tipis tanpa struktur yang membungkus serat.

î  Sarkolema berisi filamen silindris yaitu Miofibril.

î  Sarkolema pada bagian dekat inti juga banyak mengandung sarkosom-sarkosom, aparat golgi, sejumlah butir lipid, dan glikogen.

	Foto Mikrograf Otot Skeletal		Fotomikrograf Serat-serat Otot Lurik - Potongan Melintang

	Fotomikrograf Serat-serat Otot Lurik - Potongan Memanjang
				Serat-serat Otot lurik
	Berkas-berkas Miofibril

Otot Jantung

î  Otot jantung bersifat involunter, berkontraksi secara ritmis dan automatis.

î  Hanya terdapat pada lapisan miokard dan dinding pembuluh darah besar yang secara langsung berhubungan dengan jantung.

î  Terdapat suatu satuan linear yang terdiri atas sejumlah sel otot jantung yang terikat ‘end-to-end’ yaitu Diskus Interkalaris.

î  Di antara serat-serat otot terdapat jaringa ikat halus yaitu Endomisisum.

î  Terbungskus suatu sarkolem tipis, serupa pada otot skeletal.

î  Terdapat sarkoplasma dengan banyak mitokondria.

Struktur Halus:

Miofilamen – mengandung aktin dan miosin yang sama dengan yang terdapat pada otot skeletal dan memeperlihatkan struktur yang sama, namun pengelompokan miofilamin menjadi miofibril tidak sesempurna otot skeletal.

Tubul T – Merupakan invaginasi dari sarkolema, dan merupakan perpanjangan dari ruang ekstraseluler.

Diskus Interkalaris – Merupakan batas suatu kelompok sel yang khusus. Melintasi serat-serat otot  dalam bentuk ‘tangga’ yang mempunyai bagian transversal dan longitudinal. Terdapat pula banyak ‘Intermediate Junction’ atau fascia adherens, dan ‘Gap Junction’ atau neksus pada bagian yang memanjang.

	Potongan Melintang Serat-serat Otot Jantung

	Mikrograf Elektron OtotJantung

Otot Polos

î  Merupakan jenis otot involunter.

î  Terutama tedapat pada bagian visceral, membentuk bagian kontraktil.

î  Otot-otot ini terdapat pada sistem pernapasan, sistem urinaria, dan sistem reproduksi.

Struktur Halus

î  Pada sarkoplasma sekitar inti, terdapat mitokondria, sejumlah elemen dar retikulum granular dan ribosom-ribosom bebas, suatu aparat golgi kecil, glikogen dan sedikit titik-titik lipid.

î 

Serat-serat Otot Polos

Serat-seerat retikuler dan elastin mengisi celah-celah interseluler sempit.

MEKANISME KONTRAKSI OTOT RANGKA

A.      Secara Umum:

1.      Potensial aksi pada saraf motorik sampai ke ujung neuromuscular.

2.      Di ujung saraf, asetilkolin disekresikan dalam jumlah sedikit.

3.      Asetilkolin bekerja di area setempat pada membrane serat otot untuk membuka banyak saluran bergerbang asetilkolin.

4.      Saluran asetilkolin yang terbuka memungkikan ion Na mengalir ke dalam membrane serat otot pada titik terminal saraf sehingga akan timbul potensial aksi dalam serat otot.

5.      Potensial aksi kemudian menjalar di sepanjang serat otot.

6.      Potensial aksi kemudian menimbulkan sepolarisasi membrane yang kemudian menyebabkan reticulum sarkoplasma mengeluarkan ion Ca ke myofibril.

7.      Ion Ca dalam myofibril menimbulkan pergerakan filament aktin dan myosin yang menyebabkan kontraksi otot.

8.      Kurang dari satu detik kemudian, ion Ca dilepas dan dikembalikan ke reticulum sarkoplasma sampai ada potensial aksi selanjutnya.

B.      Filamen Kontraktil

1. Aktin:

·           Tersusun atas:

§  Molekul globular G aktin:

o   Memiliki 1 molekul ADP yang digunakan untuk berinteraksi dengan jembatan silang myosin.

§  Memiliki sisi aktif tenpat berikatan dengan kepala miosin

§  2 rantai fibrous actin (F aktin)

o   Membentukuntai ganda double helix yang  setiap perputarannya terdiri atas 13 G aktin.

o   Terdiri atas 200 G aktin

§  Tropomyosin

o   Tropomiosin menutup sisi aktif di 7 G aktin pada setiap pilin double helix sehingga sisi aktifnya tidak dapat berikatan dengan myosin dan terjadi relaksasi otot.

§  Troponin

o   Troponin I: berafinitas tinggi terhadap aktin

o   Troponin T: berafinitas tinggi terhadap tropomiosin.

o   Troponin C: berafinitas tinggi terhadap ion Ca

·           Bagian dasar filament aktin disisipkan dengan kuat ke lempeng Z, sedangkan ujung lainnya menonjol ke dalam sarkomer yang berdekatan dan berada di ruang antar molekul.

2.      Miosin

·           Memiliki 2 rantai berat yang saling berpilin dengan kepala menonjol di setiap ujungnya.

·           Memiliki 2 rantai ringan pada setiap kepala

·           Bagian penting:

§  Bagian kepala dapat berikatan dengan sisi aktif aktin membentuk cross bridges.

§  Bagian kepala menempel pada bagian berpilin oleh lengan.

§  Bagian kepala memiliki aktivitas ATPase untuk menghasilkan energy untuk membengkokkan lengan saat kontraksi sehingga filament aktin bergerak.

·           Dibentuk oleh 200 atau lebih filament miosin tunggal.

C.      Mekanisme Kontraksi dan relaksasi Otot Secara Molekular

1.      Sebuah potensial aksi diproduksi di neuromuscular junction yang berjalan sepanjang sarkolema otot lurik, menyebabkan depolarisasi menyebar di sepanjang membrane tubulus T.

2.      Depolarisasi pada tubulus T menyebabkan terbukanya voltage-gated Ca channels dan meningkatkan permeabilitas RS terhadap Ca, sehingga Ca keluar ke sarkoplasma.

3.      Ca dalam sarkoplasma kemudian berikatan dengan protein troponin menyebabkan tropomiosin bergeser sehingga sisi aktif G aktin terbuka.

4.      Kepala myosin kemudian berikatan dengan sisi aktif aktin membentuk cross-bridges dan kepala myosin melepas 1 molekul fosfat.

5.      Energi di kepala myosin digunakan untuk menggerakkan kepala myosin menyebabkan aktin bergerak, dan ADP dilepaskan dari kepala myosin.

6.      Kedua Z disk pada sarkomer saling mendekat, sehingga mempersempit H zone.

7.      Sebuah molekul ATP berikatan dengan kepala myosin menyebabkan myosin melepaskan ikatan dengan sisi aktif aktin.

8.      ATP dipecah menjadi ADP dan fosfat, namun masih berikatan dengan kepala myosin.

9.      Bila Ca masih melekat pada troponin, maka cross-bridges­ akan terbentuk kembali, namun bila Ca sudah tidak melekat, terjadi fase relaksasi.

EKSITASI – KONTRAKSI OTOT RANGKA

HUBUNGAN NEUROMUSCULAR

            Serat otot rangka disarafi oleh serat saraf besar dari motoneuron dari medula spinalis => serat-serat saraf bercabang beberapa kali => merangsang beberapa ratus serat otot rangka => ujung-ujungnya membuat sambungan neuromuscular => ketika serat otot mendekati pertengahan serat => potensial aksi serat menjalar dalanm 2 arah menuju ujung-ujung serat otot.

            Neuromuscular => serat saraf yang bercabang => kompleks terminal cabang saraf => invaginasi ke dalam serat otot (diluar membran) => terminal akson memiliki banyak mitokondria yang menyediakan energi untuk sintesis transmiter perangsang (asetilkolin)

Asetilkolinesterase => merusak asetilkolin

            Impuls saraf => sambungan neuromuscular => potensial aksi (depolarisasi) menyebar ke seluruh terminal => saluran kalsium bergerbang voltase terbuka => difusi ion kalsium ke bagian dalam terminal => ion Ca menarik vesikel asetilkolin ke membran saraf => asetilkolin keluar ke celah saraf dengan eksositosis.

l  Kompleks reseptor => 5 protein subunit : 2 protein alfa dan masing-masing 1 protein beta, delta. Dan gamma.

l  Saluran akan terbuka jika 2 molekul asetilkolin melekat secara berurutan pada dua protein subunit alfa.

l  Asetilkolin => diameter besar => memungkinkan ion (+) masuk : Na, K, dan Ca.

Lebih banyak ion Na yang mengalir melalui saluran asetilkolin karena :

v  Hanya ada 2 ion utama yang cukup besar memberi pengruh muatan kuat (Na di cairan ekstraseluler; K di intraseluler)

v  Nilai potensial (-) pada bagian dalam membran otot menarik ion-ion Na ke dalam serat

Kesemuanya menimbulkan perubahan potensial setempat pada membran serat-serat otot (potensial kempeng akhir) => potensial aksi => kontraksi otot

PEMBUANGAN ASETILKOLIN

Asetikolin dibuang dengan 2 cara :

1. Dihancurkan oleh enzim asetilkolinesterase
2. Difusi keluar dari ruang sinaptik dan tidak lagi tersedia untuk bekerja pada serat otot

Kesemuanya mencegah perangsangan otot kembali dan dipulihkan dari potensial aksi.

POTENSIAL AKSI

            Untuk menimbulkan  kontraksi => arus listrik harus menembus ke semua miofibril yang terpisah => dicapai melalui penyebarab di sepanjang tubulus transversus (tubulus T) => yang berjalan dari satu sisi ke sisi yang lain => retikulum sarkoplasmik segera melepas ion-ion Ca ke semua miofibril => kontraksi (mekanisme eksitasi-kontraksi)

RETIKULUM SARKOPLASMA

            Tubulus vesikuler => mempunyai ion-ion Ca dalam konsentrasi tinggi dilepas jika potensial aksi terjadi di tubulus T yang berdekatab => ion Ca yang dilepaskan berdifusi ke myofibril yang berdekatan, tempat ion Ca berikatan kuat dengan Troponin C sehingga akan kontraksi.

            Kontraksi otot berlangsung => selama konsentrasi ion-ion Ca myofibril tetap tinggi => jika potensial aksi berhenti => pompa Ca yang ada di dinding retikulum sarkoplasma (yang terus - menerus aktif) => akan memompa ion-ion Ca keluar dari myofibril kembali ke tubulus sarkoplasma.

            Retikulum sarkoplasma => memiliki protein bernama calsequestrin yang berguna mengikat Ca 40x lebih banyak dari ikatan ionik sehingga mengikat ion Ca lebih banyak.

            Pemindahan Ca ke dalam retikulum => pengosongan total ion-ion Ca dalam cairan myofibril => konsentrasi ion Ca dalam derajat rendah (kecuali sesaat setelah potensial aksi).

            Perangsangan penuh sistem tubulus T-retikulum sarkoplasma => akan banyak ion Ca yang dilepas => untuk meningkatkan konsenrrasinya dalam myofibril sampai sekian molar konsentrasi => lalu ion akan dikosongkan lagi. Pulsasi Ca dalam serat otot rangka berbeda-beda, tergantung komposisi dan sifat serat ototnya, tapi pada umumnya  terjadi 1/20 detik.

METABOLISME OTOT

A.      OTOT MELAKSANAKAN TRANSDUKSI ENERGI KIMIA MENJADI ENERGI MEKANIS

Otot merupakan transduser (mesin) biokimiawi utama yang mengubah energi potensial (kimia) menjadi energi kinetic (mekanis). Otot, yaitu jaringan tunggal yang terbesar di dalam tubuh manusia ,membentuk kurang dari 25% massa tubuh pada waktu lahir , lebih dari 40% pada usia dewasa muda dan kurang dari 30% pada orang dewasa yang lebih tua.

Sebuah transduser kimia-mekanisyang efektif harus memenuhi bebrapa persyaratan

1.      Harus ada pasokan energi kimia yang konstan. Dalam otot vetebrata, ATP dan kreatin fosfat memasok energi kimia

2.      Harus ada sarana untuk mengatur aktivitas mekanis-yaitu kecepatan, lama dan kekuatan konstraksinya pada otot.

3.      Mesisn tersebut harus dihubungkan dengan operator , suatu persyaratan yang dalam system biologic dipenuhi oleh system saraf

4.      Harus ada cara untuk mengembalikan mesisn tersebut kepada keadaan semula.

B.      SARKOPLASMA SEL OTOT MENGANDUNG ATP, FOSFOKREATIN DAN ENZIM GLIKOLISIS

Otot lurik (skeletal muscle) tersusun dari sel serabut otot multinukleus yang dikelilingi oleh membran plasma yang bisa dirangsang oleh arus listrik, yaitu sarkolema.sebuah sel serabut otot , yang dapat memanjang mengikuti seluruh panjang otot, mengandung berkas sejumlah myofibril yang tersusun pararel dan terbenam di dalam cairan intrasel yang dinamakan sarkoplasma. Di dalam cairan ini terdapat glikogen, senyawa ATP berenergi tinggi serta serta fosfokreatin dan sejumlah enzim yang diperlukan untuk glikolisis.

C.      PEMEBENTUKAN ENERGI

ATP yang diperlukan sebagai sumber energi konstan untuk siklus kontraksi-relaksasi otot yang dapat dihasilkan

a)     Melalui glikolisis dengan menggunakan glukosa darah atau glikogen otot

b)     Melalui fosforilasi oksidatif

c)      Dari kreatin fosfat

d)     Dari 2 molekul ADP dalam sebuah reaksi yang dikatalisis oleh enzim adenilil kinase

Jumlah ATP dalam otot skeletal hanya cukup untuk menghasilkan energi untuk kontarksi selama 1-2 detik sehingga ATP harus selalu diperbaharui dari satu atau lebih sumber diatas menurut keadaan metaboliknya. Karena itu terdapat dua tipe serabut yang berbeda dalam otot skeletal, yaitu tipe yang satu aktif dalam kondisi aerob dan tipe lainnya dalam keaadaan anaerob, dan penggunaan setiap sumber energi dalam taraf yang berlainan

Sarkoplasma otot skeletal mengandung simpanan glikogen yang besar dan terletak dalam granul di dekat pita I. pelepasan glukosa dari glikogen bergantung pada enzim glikogen fosforilase otot yang spesifik, yang diaktifkan oleh ion kalsium, epinefrin dan AMP. Untuk menghasilkan glukosa 6-fosfat bagi keperluan glikolisis dalam otot skeletal, enzim glikogen fosforilase b harus diaktifkan dahulu menjadi fosforilase a lewat reaksi fosforilasi oleh enzim fosforilase b kinase. Ion kalsium akan meningkatkan aktivasi enzim fosforilase b kinase yang juga melalui reaksi fosforilasi. Jadi, ion kalsium akan meningkatkan konstraksi otot maupun mengaktifkan sebuah lintasan untuk menghasilkan energi yang dibutuhkan. Hormon epinefrin juga mengaktifkan glikogenolisis di dalam otot. AMP yang diproduksi melalui pemecahan ADP selama terjadi latihan otot dapat pula mengaktifkan enzim fosforilase b tanpa menimbulkan reaksi fosforilasi.

Dalam keadaan aerob ,otot mengasilkan ATP terutama lewat fosforilasi oksidatif. Sintesis ATP lewat fosforilasi oksidatif memerlukan pasokan oksigen. Otot yang sangat membutuhkan oksigen sebagai akibat dari kontarksi yang terus-menerus akan menyimpan oksigen dalam bentuk moietas heme dari myoglobin. Karena moietas heme , otot yang mengandung myoglobin akan berwarna merah sementara otot yang kurang atau tidak mengandung myoglobin berwarna putih. Glukosa yang berasal dari glukosa darahatau dari glikogen endogen, dan asam lemak yang berasal dari triasilgliserol pada jaringan adiposa, merupakan substrat utama yang digunakan bagi metabolisme aerob dalam otot.

Kreatin fosfat merupakan simpanan energi yang utama di otot. Kreatin fosfat mencegah deplesi ATP yang cepat dengan menyediakan fosfat energi tinggi yang siap digunakan untuk menghasilkan kembali ATP dari ADP. Kreatin fosfat terbentuk dari ATP dan kreatin pada saat otot berada dalam keadaan relaksasi dan kebutuhan akan ATP tidak begitu besar. Enzim yang mengkatalis fosforilasi kreati adalah kretain kinase(CK), yaitu enzim spesifik otot yang dalam klinik digunakan untuk mendeteksi penyakit otot yanga kut atau kronis.

Adenilil kinase melakukan interkonversi adenosin mono-,di- dan trifosfat. Adenilil kinase megkatalisis pembentukan satu molekul ATP dan satu molekul AMP dari dua molekul ATP. Reaksi ini dirangkaikan dengan hidrolisis ATP oleh miosin ATPase pada saat kontraksi otot. AMP yang dihasilkan di atas dapat mengalami deaminase oleh enzim AMP deaminase dengan membentuk IMP dan ammonia

AMP + H2O→IMP +NH3

Jadi, otot merupakan sumber ammonia yang akan dikeluarkan lewat siklus urea dalam hepar. Enzim 5’-nukleotidase dapat juga bekerja pada AMP , sehingga menyebabkan hidrolisis fosfat dan menghasilkan adenosin

AMP + H2O→Adenosin + Pi

Adenosin bekerja sebagai vasodilator yang meningkatkan aliran darah dan pasokan nutrient pada otot. Selanjutnya, adenosin merupakan substrat bagi enzim adenosin deminase yang menghasilkan inosin dan ammonia

Adenosin + H2O→Inosin + NH3

AMP, Pi, dan NH3 yang terbentuk selama berbagai reaksi di atas berlangsung akan mengaktifkan enzim fozfofruktokinase-1 (PFK-1) sehingga meningkatkan laju glikolisis dalam otot yang sedang melakukan gerakan cepat seperti pada saat lari cepat.

Secara umum metabolisme otot dapat digambarkan sebagai berikut

·         Otot rangka berfungsi dalam keadaan aerob(istirahat) dan anaerob(missal,lari,sprint), sehingga glikolisis aerob maupun anaerob, keduanya bekerja menurut keadaan.

·         Otot rangka mengandung myoglobin sebagai tempat simpanan oksigen

·         Otot rangka mengandung berbagai tipe serabut yang terutama disesuaikan dengan keadaan anaerob (serabut kedut cepat) dan aerob (serabut kedut lambat)

·         Aktin, miosin, tropomyosin, kompleks troponin (TpT,TpI,dan TpC), ATP, dan ion kalsium merupakan unsure penting sehubungan dengan kontraksi

·         Ca2+ ATPase, saluran pelepasan ion kalsium, dan kalsekuestrin adalah protein yang terlibat dalam berbagai aspek metabolisme ion kalsium di dalam otot

·         Insulin bekerja pada otot rangka untuk meningkatkan ambilan glukosa

·         Dalam keadaan kenyang, sebagian besar glukosa digunakan untuk menyintesis glikogen, yang bekerja sebagai tempat penyimpanan glukosa untuk digunakan pada latihan fisik; “preloading” dengan glukosa digunakan oleh beberapa atlet lari jarak jauh untuk membnagun simpanan glikogen

·         Epinefrin menstimulasi glikogenolisis dalam otot rangka, sedangkan glucagon tidak, karena tidak ada reseptornya

·         Otot rangka tidak dapat berperan langsung pada glukosa darah karena tidak memilki glukosa 6-fosfatase

·         Laktat yang dihasilkan metabolisme anaerob pada otot rangka akan dibawa ke hati, yang digunakan untuk menyintesis glukosa yang kemudian dapat kembali ke dalam otot (siklus Cori)

·         Otot rangka mengandung fosfokreatin, yang bekerja sebagai cadangan energi untuk keperluan jangka pendek(sekunder)

·          Asam lemak bebas dalam plasma merupakan sumber energi utama, khususnya pada lari marathon dan kelparan yang lama

·         Otot rangka dapat menggunakan badan keton selama kelaparan

·         Otot rangka adalah tapak utama metabolisme asam amino rantai bercabang, yang digunakan sebagai sumber energi

·         Proteolisis otot selama kelaparan akan memasok asam-asam amino untuk gluconeogenesis

·         Asam amino utama yang dikeluarkan dari otot adalah alanin(ditujukan terutama untuk gluconeogenesis di hati dan melakukan sebagian siklus glukosa-alanin) dan glutamin (ditujukan terutama untuk usus dan ginjal) 

Regenerasi Tulang

     Sesudah patah tulang terdapat perdarahan dari pembuluh darah yang sobek dan pembekuan.Fibroblas yang berkembang dan kapiler darah memasuki bekuan darah dan membentuk jaringan granulasi,yaitu prokalus.Jaringan granulasi menjadi jaringan fibrosa padat dan kemudian berubah menjadi massa tulang rawan.Massa ini merupakan kalus temporer yang mempersatukan tulang-tulang yang patah.Osteoblas berkembang dari periosteum dan endosteum dan meletakkan tulang spongiosa yang secara progresif menggantikan tulang rawan kalus temporer dengan cara serupa osifikasi endokondral .Bagian yang menyatukan patah tulang itu terdiri atas tulang.Kalus tulang ini,yang semula spongiosa, mengalami reorganisasi menjadi tulang kompakta dan kelebihan tulang akan akan diresorpsi.

     Urutan pembentukan  kalus setelah cedera tulang menggambarkan sifat multipotennnya sel periosteum dan endosteum.Setelah cedera, macam deferensiasi sel yang akan terjadi tergantung pada persendian pembuluh darah.Pada mulanya pendarahan  daerah itu (periosteum dan endosteum ) tidak baik,artinya kurang pembuluh darahnya,dan sel-sel berkembang ke jurusan fibroblas dan kondroblas.Setelah masuknya pembuluh-pembuluh darah,terbentuk osteoblas.   

                                                                       

Penyembuhan patah tulang

            Pada permulaan akan terjadi pendarahan di patahan tulang (karena putusnya pembuluh darah pada tulang periosteum).

-          FASE HEMATOMA

      Hematum ini menjadi pertumbuhan sel jaringan fibrosis dan vaskuler hingga            hematom berubah menjadi jaringan fibrosis dengan kapiler di dalamnya. Jaringan ini menyebabkan fragmen tulang saling menempel. Jaringan yang menempelkan           tulang sama dengan kalus fibrosa yang disebutkan sebagai FASE JARINGAN    FIBROSIS.

-          Ke dalam hematom dan jaringan fibrosis ini tumbuh sel jaringan mesenkim yang bersifat osteogenik. Sel ini akan berubah menjadi condroblas yang membentuk condroid yang merupakan bahan dasar tulang rawan. Sedang di tempat yang jauh dari patahan tulang yang vaskularisasinya lebih banyak, sel ini akan berubah menjadi osteoblas dan membentuk osteoid yang merupakan bahan dasar tulang. Condroid dan osteoid pada tahapan selanjutnya terjadi penulangan/osifikasi. Hal ini menjadikan kalus fibrosa menjjjadi kalus tulang yang dinamakan FASE PENYATUAN KLINIS.

-          Selanjutnya terjadi penggantian sel tulang secara berangsur oleh sel tulang yang mengatur diri sesuai dengan garis tarikan dan tekanan yang bekerja pada tulang. Lalu sel tulang ini mengatur diri secara lameral seperti tulang normal, sehingga kekuatan kalus sama dengan kekuatan tulang normal yang dinamai dengan FASE KONSOLIDASI.

-          Pendarahan jaringan tulang yang mencukupi untuk membentuk tulang baru (syarat mutlak penyatuan fraktur). Penyembuhan tulang pendek cepat karena pendarahan dari perios, simpai sendi dan nutrisi. Patah tulang di daerah epifisis penyembuhannya baik karena sangant kaya akan darah.