Kinesiology adalah ilmu pengetahuan mengenai perpindahan
manusia. Mengerti tentang hal ini adalah dasar untuk analisa dan pengobatan
dari masalah-masalah sistem rangka manusia.
Seperti diketahui bahwa ada dua komponen penting dalam gerak, yaitu
- Tulang, sebaga alat gerak pasif
- Otot, sebagai alat gerak aktif
Selain itu, juga terdapat persendian yang memungkinkan tulang-tulang dapat
terhubung satu dengan yang lainnya dan melakukan gerak. Dalam rangkuman ini
hanya akan dibahas alat gerak pasif dan persendian. Tentang tulang akan dibahas
pada bagian anatomy dan osteology.
Otot (MUScus)
Hal yang dibahas mengenai otot pada bagian ini adalah mengenai mekanisme
geraknya. Mengenai strukturnya akan dibahas pada bagian histology, sedangkan
bagian anatomy akan membahas mengenai pembagian letaknya.
Mekanisme Umum
Kontraksi dan Relaksasi Otot Rangka
Mekanisme kontraksi otot rangka
adalah:
- Sebuah
potensial aksi berjalan di sepanjang sebuah saraf motorik sampai ke
ujungnya pada serat otot
- Pada
setiap ujung, saraf mensekresikan substansi neurotransmitter, yaitu Asetalkolin, dalam jumlah sedikit
- Asetalkolin
bekerja pada area setempat pada membran serat otot untuk membuka banyak
saluran bergerbang asetalkolin melalui protein-protein dalam membran serat
otot.
- Terbukanya
saluran asetalkolin memungkinkan sejumlah besar Ion
Natrium untuk mengalir ke bagian dalam membran serat otot pada
titik terminal saraf. Peristiwa ini akan menimbulkan suatu potensial aksi
dalam serat otot.
- Potensial
aksi akan berjalan di sepanjang membran serat otot dalam cara yang sama
seperti seperti potensial aksi berjalan di sepanjang membran saraf
- Potensial
aksi akan menimbulkan depolarisasi membran sel otot, dan juga berjalan
secara dalam di dalam serat otot pada tempat di mana potensial menyebabkan Retikulum
Sarkoplasma melepaskan sejumlah Ion
Kalsium yang telah disimpan di dalam retikulum pada kantong
lateral.
- Ion-ion
kalsium menimbulkan kekuatan menarik antara filamen Aktin dan Myosin,
yang menghasilkan proses kontraksi. Dibutuhkan energi pada tahap ini, maka
terjadi pengikatan ATP dan hidrolisisnya
menjadi ADP dan Phosfat
- Setelah
kurang dari satu detik, ion kalsium dipompakan kembali ke dalam retikulum
sarkoplasma, tempat ion-ion ini disimpan sampai potensial aksi otot yang
baru datang lagi; pengeluaran ion kalsium dari miofibril akan menyebabkan
kontraksi otot terhenti.
Pada saat istirahat, ATP terikat pada sisi ATPase pada kepala miosin, namun kecepatan
hidrolisis ATP tersebut sangat lambat. Miosin membutuhkan aktin sebagai
kofaktor untuk memecah ATP dengan cepat dan melepaskan energi. Pada otot yang
sedang beristirahat, miosin tidak dapat bergabung dengan aktin karena tempat
pengikatan untuk kepala miosin pada molekul aktin ditutupi oleh kompleks
troponin-tropomiosin pada Filamen Aktin-F.
Akan tetapi, bila ion kalsium cukup tersedia,
miosin akan terikat pada subunit TnC dari
troponin. Konfigurasi spasial dari ketiga subunit tropomiosin berubah dan
mendesak molekul tropomiosin lebih ke dalam alur pilinan aktin. Hal ini
memaparkan tempat pengikatan miosin pada komponen aktin globular, sehingga
aktin bebas berinteraksi dengan kepala molekul miosin.
Karena aktin berikatan dengan miosin, pergerakan
kepala miosin akan menarik aktin melewati filamen miosin. Hasilnya adalah
filamen tipis akan ditarik lebih ke dalam ke daerah pita A. Sewaktu kepala
miosin yang terikat menggerakkan aktin, kepala miosin tersebut membentuk
jembatan aktin-miosin yang baru. Jembatan aktin-miosin yang lama hanya
dilepaskan setelah miosin berikatan dengan molekul ATP yang baru, keadaan ini
juga mengembalikan kepala miosin dan mempersiapkannya untuk siklus kontraksi
berikutnya.
Mekanisme relaksasi otot rangka
adalah:
Bila depolarisasi berhenti, ion kalsium akan
secara aktif ditranspor kembali ke dalam sisterna retikulum sarkoplasma.
Protein regulator akan kembali bergeser ke posisinya menutupi tempat pengikatan
aktin dan myosin sehingga tidak ada lagi pengikatan. Filamen tipis akan kembali
ke tempatnya semula dan otot akan berelaksasi.
Proses ini tetap membutuhkan ATP, terutama untuk
transpor aktif ion kalsium.
Agar dapat menghasilkan kontraksi yang merata,
otot rangka memiliki suatu sistem Tubulus
Transversus. Invaginasi sarkolema yang mirip jari-jari ini membentuk
jaringan tubulus dengan anastomis kompleks yang melingkari perbatasan pita A-I
di setiap sarkomer dalam setiap miofibril.
Keseluruhan respon kontraktil terhadap potensial
aksi dapat berlangsung sampai 100 mdet, sedangkan potensial aksi hanya
berlangsung dari 1 mdet hingga 2 mdet.
Untuk menghasilkan gradasi tegangan seluruh otot
erdapat 2 faktor yang dapat disesuaikan, yaitu:
-. Jumlah serat otot yang berkontraksi; dan
-. Tegangan yang dihasilkan oleh setiap serat yang
berkontraksi
Jumlah serat yang berkontraksi dalam sebuah otot
bergantung pada besarnya rekruitmen unit motorik. Unit
Motorik adalah sebuah unit fungsional yang terdiri atas satu neuron
motorik ditambah semua serat otot yang dipersarafinya. Semakin banyak unit
motorik yang direkrut, semakin kuat kontraksi. Hal ini dikenal dengan Fenomena Rekruitmen Unit Motorik. Untuk menunda
atau mencegah kelelahan, biasanya rekruitmen ini terjadi secara Asinkron.
Frekuensi rangsangan dapat mempengaruhi ketegangan
yang dihasilkan oleh setiap serat otot.
Apabila serat otot dirangsang sedemikian cepatnya sehingga tidak
memiliki kesempatan untuk melemas sama sekali di antara rangsangan, terjadi
kontraksi dengan kekuatan maksimum yang menetap yang dikenal dengan nama Tetanus yang bisa 3 sampai 4 kali lebih kuat
daripada kedutan(bedakan dengan penyakit tetanus).
Otot memiliki sebuah Panjang
Optimum (Io), yang pada panjang tersebut dapat dicapai gaya
maksimum pada kontraksi tetanus selanjutnya. Karena pembatasan-pembatasan yang
ditimbulkan akibat perlekatan ke tulang, suatu otot tidak dapat diregangkan
atau diperpendek lebih dari 30% dari panjang optimal istirahatnya. Pada batas
terluar (130% dan 70% dari Io ), otot masih mampu menghasilkan
separuh dari ketegangan maksimumnya.
Sarkomer otot tidak langsung melekat pada tulang.
Ketegangan yang dihasilkan oleh unsur-unsur kontraksi tersebut harus disalurkan
ke tulang melalui jaringan ikat dan tendon sebelum tulang dapat digerakkan.
Jaringan nonkontraktil ini disebut Komponen
Rangkaian Elastik (Series-Elastic Components) otot. Komponen ini
berfungsi sebagai pegas yang dapat diregangkan yang terletak di antara
unsur-unsur penghasil ketegangan internal dan tulang yang akan digerakkan.
Pemendekan sarkomer meregangkan komponen rangkaian elastik. Ketegangan otot
disalurkan ke tulang melalui pengetatan komponen rangkaian elastik. Ketegangan
eksternal inilah yang menggerakkan tulang melawan beban.
Sewaktu otot memendek selama kontraksi, posisi
sendi berubah karena salah satu tulang bergerak terhadap tulang yang lain.
Ujung otot yang melekat ke bagian kerangka yang lebih diam disebut Origo, sedangkan ujung yang melekat ke bagian
kerangka yang bergerak disebut Insersi.
Terdapat dua jenis utama kontraksi, berantung pada
apakah terjadi perubahan panjang otot selama kontraksi, mekanisme kontraktilnya
sendiri adalah sama. Jenis kontraksi tersebut adalah:
1. Kontraksi Isotonik, ketegangan otot (yang bergantung pada
massa beban) tetap konstan ketika panjang otot berubah. Kontraksi ini digunakan
untuk menggerakkan tubuh dan untuk melakukan kerja dengan menggerakkan
benda-benda eksternal.
Kontraksi isotonik dapat dibagi dua, yaitu Konsentrik dan Eksentrik.
Pada keduanya otot mengalami perubahan panjang pada tegangan tetap, namun pada
konsentrik otot memanjang, dan sebaliknya otot memendek pada eksentrik.
2. Kontraksi Isometrik, otot dicegah untuk memendek sehingga
terjadi ketegangan pada panjang otot yang konstan. Seperti yang terjadi jika
kita mengangkat beban yang terlalu berat dan juga terjadi apabila ketegangan
yang terbentuk di otot sengaja dibuat lebih kecil dari pada yang dibutuhkan.
Hal ini bertujuan untuk menahan otot pada panjang tertentu, seperti untuk
mempertahankan postur tubuh.
Beberapa otot rangka yang sama sekali tidak
melekat ke tulang sebenarnya menghambat pergerakan. Otot-otot ini adalah cincin
otot rangka yang dikontrol secara volunter dan dikenal sebagai Sfingter yang menahan keluarnya urin dan feses dari
tubuh dengan kontraksi secara isotonis.
Semakin besar beban, semakin rendah kecepatan
serat otot memendek selama kontraksi tetanik isotonik. Kecepatan pemendekan
maksimum apabila tidak terdapat beban eksternal. Hal ini mungkin karena
jembatan silang memerlukan waktu lebih lama untuk mengayun melawan beban yang
lebih besar.
Kerja didefinisikan sebagai gaya dikali jarak,
sedangkan Gaya dapat dipersamakan dengan
ketegangan otot yang diperlukan untuk mengatasi beban. Otot rangka melekat ke
tulang melewati sendi, membentuk sistem tuas (pengungkit). Tuas (lever) adalah struktur kaku yang mampu bergerak
mengelilingi suatu poros (sumbu) yang dikenal sebagai Fulkrum.
Di tubuh, tulang berfungsi sebagai tuas, sendi sebagai fulkrum, dan otot rangka
menghasilkan gaya untuk menggerakkan tulang. Bagian tuas antara fulkrum titik
tempat gaya ke atas (mengangkat) bekerja disebut Lengan
Gaya, dan bagian antara fulkrum dan gaya ke bawah yang ditimbulkan oleh
beban disebut sebagai Lengan Beban.
Pada kontraksi isotonik, efisiensi otot adalah
sekitar 25%. Pergerakan otot dengan sistem tuas ini memiliki persamaan tuas
pada fisika. Dengan demikian, otot-otot rangka biasanya melakukan kerja dalam
kerugian mekanis, karena mereka menggunakan gaya yang lebih besar daripada
beban sesungguhnya. Meskipun demikian, penguatan kecepatan dan jarak yang
dihasilkan oleh sistem tuas memungkinkan otot menggerakkan beban lebih cepat
dan lebih jauh.
Mekanisme Umum
Kontraksi dan Relaksasi Otot Polos
Pada dasarnya, pergeseran relatif filamen
tipis melewati filamen tebal sewaktu kontraksi menyebabkan kisi-kisi filamen
memendek dan melebar dari sisi ke sisi. Akibatnya, sel secara keseluruhan
memendek dan menggelembung antara titik tempat filamen tipis melekat ke
permukaan dalam membran plasma.
Miosin otot polos hanya mampu berinteraksi dengan aktin
apabila miosin mengalami Fosforilasi
(memiliki gugus yang melekat padanya). Ion Kalsium
otot polos berikatan dengan Kalmodulin, suatu
protein intrasel yang ditemukan di sebagian besar sel yang secara struktural
mirip dengan troponin.
Kompleks ion kalsium dan kalmodulin ini mengikat dan
mengaktifkan protein lain, yaitu Miosin Kinase,
yang kemudian menyebabkan fosforilasi miosin. Miosin terfosforilasi kemudian
berikatan dengan aktin, sehingga siklus jembatan silang dapat dimulai.
Apabila ion kalsium dihilangkan, miosin mengalami
defosforilasi dan tidak dapat lagi berinteraksi dengan aktin, sehingga otot
berelaksasi.
Karena otot polos tidak memiliki tubulus T dan retikulum
sarkoplasma kurang berkembang, peningkatan ion kalsium sitosol yang memicu
respon kontraksi selain datang dari retikulum sarkoplasma yang junlahnya hanya
sedikit juga dibantu oleh masukan dari CES.
Mekanisme Umum
Kontraksi dan Relaksasi Otot Jantung
Otot jantung memadukan ciri-ciri otot rangka dan
otot polos. Filamen tipis otot jantung mengandung troponin dan tropomiosin,
yang memiliki tempat kerja ion kalsium dalam mengaktifkan siklus jembatan
silang, seperti di otot rangka. Juga serupa dnegan otot rangka, otot jantung
berkontraksi sesuai dengan mekanisme pergelinciran filamen, dan memiliki
hubungan panjang tegangan yang jelas. Seperti serat otot rangka oksidatif,
sel-sel otot jantung banyak mengandung mitokondria dan mioglobin. Sel-sel ini
juga mengandung tubulus T dan retikulum sarkoplasma yang cukup berkembang.
