Kinesiology

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

1. Tulang, sebaga alat gerak pasif
2. 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:

1. Sebuah potensial aksi berjalan di sepanjang sebuah saraf motorik sampai ke ujungnya pada serat otot
2. Pada setiap ujung, saraf mensekresikan substansi neurotransmitter, yaitu Asetalkolin, dalam jumlah sedikit
3. Asetalkolin bekerja pada area setempat pada membran serat otot untuk membuka banyak saluran bergerbang asetalkolin melalui protein-protein dalam membran serat otot.
4. 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.
5. Potensial aksi akan berjalan di sepanjang membran serat otot dalam cara yang sama seperti seperti potensial aksi berjalan di sepanjang membran saraf
6. 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.
7. 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
8. 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 (I_o), 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 I_o ), 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.

Sepert pada otot polos, selama eksitasi otot jantung, ion kalsium masuk sitosol dari retikulum sarkoplasma dan CES. Seperti otot polos unit tunggal, jantung memperlihatkan aktivitas pemicu (tetapi bukan gelombang lambat), yakni memulai potensial aksinya sendiri tanpa pengaruh eksternal apapun. Sel-sel jantung daling berhubungan melalui Gap Juction yang meningkatkan penyebaran potensial aksi, dan jantung juga dipersarafi oleh sistem saraf otonom, yang bersama dengan hormon tertentu dan faktor lokal, dapat memodifikasi kecepatan dan kekuatan kontraksinya.

Anda sedang membaca artikel tentang Kinesiology dan anda bisa menemukan artikel Kinesiology ini dengan url http://mantankoas.blogspot.com/2016/05/kinesiology.html,anda boleh menyebar luaskannya atau mengcopy paste-nya jika artikel Kinesiology ini sangat bermanfaat bagi teman-teman anda,namun jangan lupa untuk meletakkan link Kinesiology sebagai sumbernya.