Sel eksitabel dan mekanisme biofisika sel eksitabel serta Mekanisme syaraf dan otot

Sel eksitabel dan mekanisme biofisika sel eksitabel

1.1 Pengertian sel eksitabel

Eksitabel sel adalah sel yang dapat menghantarkan impuls atau potensial aksi. Jaringan eksitabel apabila dirangsang dengan adekuat akan memberi respon berupa potensial aksi.

1.2 Struktur dan komposisi membran sel

Membran sel merupakan bagian terluar sel yang membatasi bagian dalam sel dengan lingkungan luar. Membran sel merupakan selaput selektif permeabel, artinya hanya dapat dilalui molekul-molekul tertentu seperti glukosa, asam amino, gliserol, dan berbagai ion. Berdasarkan analisis kimiawi dapat diketahui bahwa hampir seluruh membran sel terdiri atas lapisan protein dan lapisan lipid (lipoprotein). Membran plasma terdiri atas dua lapisan, yaitu berupa lapisan lipid rangkap dua (lipid bilayer). Lapisan lipid disusun oleh fosfolipid. Fosfolipid adalah lipid yang mengandung gugus fosfat dan terdiri atas bagian kepala (polar head) dan bagian ekor (nonpolar tail). Bagian kepala bersifat hidrofilik (suka air), sedangkan bagian ekorbersifat hidrofobik (tidak suka air). Lipid terdiri atas fosfolipid, glikolipid, dan sterol.

1) Fosfolipid, yaitu lipid yang mengandung gugusan fosfat.

2) Glikolipid, yaitu lipid yang mengandung karbohidrat.

3) Sterol, yaitu lipid alkohol terutama kolesterol.

Lapisan protein membran sel terdiri atas glikoprotein. Lapisan protein membentuk dua macam lapisan, yaitu lapisan protein perifer atau ekstrinsik dan lapisan protein integral atau intrinsik. Lapisan protein perifer membungkus bagian kepala (polar head) lipid rangkap dua bagian luar. Lapisan protein integral membungkus bagian kepala (polar head) lipid rangkap dua bagian dalam.

1.3 Komposisi elektrolit intrasel dan ekstrasel

Di dalam cairan intrasel maupun ekstrasel terdapat elektrolit, unsur penting bagi tubuh selain air. Komposisi elektrolit pada kedua kompartemen cairan tersebut berbeda. Kalium dan fosfat adalah elektrolit utama pada CIS, sedangkan natrium dan klorida adalah elektrolit utama CES. Natrium dan kalium berperan dalam keseimbangan asam-basa, keseimbangan cairan, dan fungsi sel saraf. Fosfat adalah unsur pembentuk molekul berenergi (adenosine triphosphate-ATP), dan berperan dalam pembentukan tulang dan gigi. Klorida berperan dalam keseimbangan asam-basa dan cairan. Selain itu masih terdapat elektrolit lain yang memiliki fungsi penting, misalnya kalsium dan magnesium. Kalsium berperan dalam pembentukan tulang dan gigi, proses pembekuan darah, kontraksi otot, dan fungsi sel saraf. Magnesium berperan dalam aktivitas enzim, pembentukan tulang, dan aktivitas otot dan sel saraf. Kekurangan elektrolit akan menimbulkan berbagai gangguan fungsi organ, oleh sebab itu kebutuhan elektrolit harus selalu tercukupi.

Volume cairan dan konsentrasi elektrolit selalu dipertahankan dalam keadaan yang seimbang. Keseimbangan cairan dan elektrolit dipertahankan dengan mengatur masukan dan keluaran air dan elektrolit. Masukan air dan elektrolit (water and electrolite gain) diperoleh terutama melalui makan dan minum. Keluaran air dan elektrolit (water and electrolite loss) secara eksresi melalui buang air kecil dan buang air besar, dan secara evaporasi melalui pernafasan dan kulit dalam bentuk keringat. Masukan dan keluaran air dikendalikan oleh otak yaitu di hipotalamus. Perubahan volume CES maupun konsentrasi elektrolit merangsang hipotalamus untuk mengurangi atau meningkatkan keluaran dan masukan air dengan cara mengatur rasa haus dan eksresi air melalui ginjal.

1.4 Transportasi elektrolit melalui membran sel

Membrane plasma merupakan selaput sel di sebelah luar sitoplasma. Di dalam sitoplasma terdapat bagian-bagian yang disebut organel. Semua organel dibatasi oleh membrane. Membrane yang membatasi organel mempunyai struktur molekul yang sama dengan membrane plasma yang terdiri atas molekul-molekul lemak dan protein.

Membran sel berguna sebagai pembatas antara organel-organel di bagian dalam sel dan cairan yang membasahi semua sel. Membrane sel sangat tipis sehingga hanya dapat diamati dengan perbesaran tinggi menggunakan mikroskop electron. S. singer dan E. Nicolson (1972) mengemukakan teori tentang membrane sel yang dikenal dengan teori membrane mozaik cair. Teori ini menyatakan bahwa membrane sel tersusun oleh lapisan protein. Protein tersusun mozaik atau tersebar dan masing-masing tersisip atau tenggelam di antara lapisan ganda fosfolipid (bilayer fosfolipid).

Membrane sel terdiri atas kira-kira 50% lipid dan 50% protein, lipid terutama merupakan fosfolipid dan tersusun dua lapis dan protein tersebar diantara bilayer fosfolipid disebut protein instrinsik (integral) yang bersifat hidrofobik atau menolak air.
Karena susunan membrane sel yang demikian maka membrane sel bersifat semipermeable. Membrane sel tidak simetris, protein ekstrinsik yang bergabung dengan permukaan luar membrane amat berlainan dari protein yang ekstrinsik yang bergabung dengan membrane dalam. Membran sel berfungsi mengatur gerakan materi atau transportasi dari atau keluar sel.

1.5 Potensial membrane

Poten sial m em b ran adalah tegangan melintasi suatu membran sel yang berkisar dari sekitar -50 hingga -200 milivolt (tanda minus menunjukkan bahwa di dalam sel bersifat negatif dibandingkan dengan di luarnya).Semua sel memiliki tegangan melintasi membran plasmanya, di mana tegangan ialah energi potensial listrik-pemisahan muatan yang berlawanan.Sitoplasma sel bermuatan negatif dibandingkan dengan fluida ekstraseluler disebabkan oleh distribusia n i o n dank a t i o n pada sisi membran yang berlawanan yang tidak sama.Potensial membran bertindak sepertib a t e r a i, suatu sumber energi yang mempengaruhi lalulintas semua substansi bermuatan yang melintasi membran.Karena di dalam sel itu negatif dibandingkan dengan di luarnya, potensial membran ni mendukung transpor pasif kation ke dalam sel dan anion ke luar sel.Dengan demikian, dua gaya menggerakkand i f u s i ion melintasi suatu membran: gaya kimiawi (gradien konsntrasi ion) dan gaya listrik (pengaruh potensial membran pada pergerakan ion).Kombinasi kedua gaya yang bekerja pada satu ion ini disebutg r a d i e n elektrokimiawi.Perubahan lingkungan dapat mempengaruhi potensial membran dan sel itu sendiri, sebagai conthnya,d e p o l a r i s a s i dari membran plasma diduga memicu apoptosis (kematian sel yang terprogram)

1.6 potensial aksi tentang sel,jaringan, organ, dan sistem organ

Pada sebuah sel yang dalam keadaan istirahat terdapat beda potensial di antara kedua sisi membrannya. Keadaan sel yang seperti ini disebut keadaan polarisasi. Bila sel yang dalam keadaan istirahat/polarisasi ini diberi rangsangan yang sesuai dan dengan level yang cukup maka sel tersebut akan berubah dari keadaan istirahat menuju ke keadaan aktif. Dalam keadaan aktif, potensial membran sel mengalami perubahan dari negatif di sisi dalam berubah menjadi positif di sisi dalam. Keadaan sel seperti ini disebut dalam keadaan depolarisasi. Depolarisasi ini dimulai dari suatu titik di permukaan membran sel dan merambat ke seluruh permukaan membran. Bila seluruh permukaan membran sudah bermuatan positif di sisi dalam, maka sel disebut dalam keadaan depolarisasi sempurna.

Setelah mengalami depolarisasi sempurna, sel selanjutnya melakukan repolarisasi. Dalam keadaan repolarisasi, potensial membran berubah dari positif di sisi dalam menuju kembali ke negatif di sisi dalam. Repolarisasi dimulai dari suatu titik dan merambat ke seluruh permukaan membran sel. Bila seluruh membran sel sudah bermuatan negatif di sisi dalam, maka dikatakan sel dalam keadaan istirahat atau keadaan polarisai kembali dan siap untuk menerima rangsangan berikutnya.

Aktivitas sel dari keadaan polarisasi menjadi depolarisasi dan kemudian kembali ke polarisasi lagi disertai dengan terjadinya perubahan-perubahan pada potensial membran sel. Perubahan tersebut adalah dari negatif di sisi dalam berubah menjadi positif dan kemudian kembali lagi menjadi negatif. Perubahan ini menghasilkan suatu impuls tegangan yang disebut potensial aksi (action potential). Potensial aksi dari suatu sel akan dapat memicu aktivitas sel-sel lain yang ada di sekitarnya. Berikut ini akan diuraikan bagaimana proses terjadinya potensial aksi dari suatu sel yang semula dalam keadaan istirahat.

Struktur dan fungsi sistem syaraf pusat

Sistem saraf pusat (SSP) meliputi otak (bahasa Latin: 'ensephalon') dan sumsum tulang belakang (bahasa Latin: 'medulla spinalis'). Keduanya merupakan organ yang sangat lunak, dengan fungsi yang sangat penting maka perlu perlindungan. Selain tengkorak dan ruas-ruas tulang belakang, otak juga dilindungi 3 lapisan selaput meninges. Bila membran ini terkena infeksi maka akan terjadi radang yang disebut meningitis.

Ketiga lapisan membran meninges dari luar ke dalam adalah sebagai berikut:

1. Durameter; terdiri dari dua lapisan, yang terluar bersatu dengan tengkorak sebagai endostium, dan lapisan lain sebagai duramater yang mudah dilepaskan dari tulang kepala. Di antara tulang kepala dengan duramater terdapat rongga epidural.
2. Arachnoidea mater; disebut demikian karena bentuknya seperti sarang labah-labah. Di dalamnya terdapat cairan yang disebut liquor cerebrospinalis; semacam cairan limfa yang mengisi sela sela membran araknoid. Fungsi selaput arachnoidea adalah sebagai bantalan untuk melindungi otak dari bahaya kerusakan mekanik.
3. Piameter. Lapisan terdalam yang mempunyai bentuk disesuaikan dengan lipatan-lipatan permukaan otak.

Otak dan sumsum tulang belakang mempunyai 3 materi esensial yaitu:

1. badan sel yang membentuk bagian materi kelabu (substansi grissea)
2. serabut saraf yang membentuk bagian materi putih (substansi alba)
3. sel-sel neuroglia, yaitu jaringan ikat yang terletak di antara sel-sel saraf di dalam sistem saraf pusat

Walaupun otak dan sumsum tulang belakang mempunyai materi sama tetapi susunannya berbeda. Pada otak, materi kelabu terletak di bagian luar atau kulitnya (korteks) dan bagian putih terletak di tengah. Pada sumsum tulang belakang bagian tengah berupa materi kelabu berbentuk kupu-kupu, sedangkan bagian korteks berupa materi putih.

Otak

Otak mempunyai lima bagian utama, yaitu: otak besar (serebrum), otak tengah (mesensefalon), otak kecil (serebelum), sumsum sambung (medulla oblongata), dan jembatan varol.

• Otak besar (serebrum)

Otak besar mempunyai fungsi dalam pengaturan semua aktivitas mental, yaitu yang berkaitan dengan kepandaian (intelegensi), ingatan (memori), kesadaran, dan pertimbangan.

Otak besar merupakan sumber dari semua kegiatan/gerakan sadar atau sesuai dengan kehendak, walaupun ada juga beberapa gerakan refleks otak. Pada bagian korteks otak besar yang berwarna kelabu terdapat bagian penerima rangsang (area sensor) yang terletak di sebelah belakang area motor yang berfungsi mengatur gerakan sadar atau merespon rangsangan. Selain itu terdapat area asosiasi yang menghubungkan area motor dan sensorik. Area ini berperan dalam proses belajar, menyimpan ingatan, membuat kesimpulan, dan belajar berbagai bahasa. Di sekitar kedua area tersebut dalah bagian yang mengatur kegiatan psikologi yang lebih tinggi. Misalnya bagian depan merupakan pusat proses berfikir (yaitu mengingat, analisis, berbicara, kreativitas) dan emosi. Pusat penglihatan terdapat di bagian belakang.

• Otak tengah (mesensefalon)

Otak tengah terletak di depan otak kecil dan jembatan varol. Di depan otak tengah terdapat talamus dan kelenjar hipofisis yang mengatur kerja kelenjar-kelenjar endokrin. Bagian atas (dorsal) otak tengah merupakan lobus optikus yang mengatur refleks mata seperti penyempitan pupil mata, dan juga merupakan pusat pendengaran.

• Otak kecil (serebelum)

Serebelum mempunyai fungsi utama dalam koordinasi gerakan otot yang terjadi secara sadar, keseimbangan, dan posisi tubuh. Bila ada rangsangan yang merugikan atau berbahaya maka gerakan sadar yang normal tidak mungkin dilaksanakan.

• Sumsum sambung (medulla oblongata)

Sumsum sambung berfungsi menghantar impuls yang datang dari medula spinalis menuju ke otak. Sumsum sambung juga memengaruhi jembatan, refleks fisiologi seperti detak jantung, tekanan darah, volume dan kecepatan respirasi, gerak alat pencernaan, dan sekresi kelenjar pencernaan.

Selain itu, sumsum sambung juga mengatur gerak refleks yang lain seperti bersin, batuk, dan berkedip.

• Jembatan varol (pons varoli)

Jembatan varol berisi serabut saraf yang menghubungkan otak kecil bagian kiri dan kanan, juga menghubungkan otak besar dan sumsum tulang belakang.

Sumsum tulang belakang (medula spinalis)

Pada penampang melintang sumsum tulang belakang tampak bagian luar berwarna putih, sedangkan bagian dalam berbentuk kupu-kupu dan berwarna kelabu. Pada penampang melintang sumsum tulang belakang ada bagian seperti sayap yang terbagi atas sayap atas disebut tanduk dorsal dan sayap bawah disebut tanduk ventral. Impuls sensori dari reseptor dihantar masuk ke sumsum tulang belakang melalui tanduk dorsal dan impuls motor keluar dari sumsum tulang belakang melalui tanduk ventral menuju efektor. Pada tanduk dorsal terdapat badan sel saraf penghubung (asosiasi konektor) yang akan menerima impuls dari sel saraf sensori dan akan menghantarkannya ke saraf motor.

Struktur dan fungsi system syaraf perifer

Sistem saraf tepi adalah sistem saraf di luar sistem saraf pusat, untuk menjalankan otot dan organ tubuh. Tidak seperti sistem saraf pusat, sistem saraf tepi tidak dilindungi tulang, membiarkannya rentan terhadap racun dan luka mekanis.

Sistem saraf tepi terbagi menjadi sistem saraf simpatik dan sistem saraf parasimpatik

Perbedaan struktur antara saraf simpatik dan parasimpatik terletak pada posisi ganglion. Saraf simpatik mempunyai ganglion yang terletak di sepanjang tulang belakang menempel pada sumsum tulang belakang sehingga mempunyai urat pra ganglion pendek, sedangkan saraf parasimpatik mempunyai urat pra ganglion yang panjang karena ganglion menempel pada organ yang dibantu.

Fungsi sistem saraf simpatik dan parasimpatik selalu berlawanan (antagonis). Sistem saraf parasimpatik terdiri dari keseluruhan "nervus vagus" bersama cabang-cabangnya ditambah dengan beberapa saraf otak lain dan saraf sumsum sambung.

Tabel Fungsi Saraf Otonom

Parasimpatik	Simpatik
mengecilkan pupil menstimulasi aliran ludah memperlambat denyut jantung membesarkan bronkus menstimulasi sekresi kelenjar pencernaan mengerutkan kantung kemih	memperbesar pupil menghambat aliran ludah mempercepat denyut jantung mengecilkan bronkus menghambat sekresi kelenjar pencernaan menghambat kontraksi kandung kemih

Struktur dan fungsi sinap

Sinapsis adalah titik temu antara terminal akson salah satu neuron dengan neuron lain. Sinapsis dibentuk oleh terminal akson yang membengkak. Di dalam sitoplasma sinapsis, terdapat vesikula sinapsis. Ketika impuls mencapai ujung neuron, vesikula akan bergerak, lalu melebur dengan membran pra-sinapsis dan melepaskan asetilkolin. Asetilkolin berdifusi melalui celah sinapsis, lalu menempel pada reseptor di membran pasca-sinapsis. Penempelan asetilkolin pada reseptor menimbulkan impuls pada sel saraf berikutnya. Enzim asetilkolinesterase menguraikan asetilkolin yang tugasnya sudah selesai.
Pada setiap bagian otak, terdapat jutaan neuron yang saling terhubung lewat sinapsis. Anak-anak memiliki sekitar 10¹⁶ sinapsis (10 quadrillion). Jumlah ini berkurang seiring bertambahnya usia. Orang dewasa memiliki 10¹⁵ sampai 5 × 10¹⁵ (1-5 quadrillion) sinapsis.

Lintasan dan mekanisme reflek

• Bila menggunakan pewarnaan hematoksilin besi (Heidenheia). Inilah yang memberikan aspek bergaris melintang baik pada otot kerangka maupun otot jantung. Garis melintang ini dapat diamati pada:

1. Otot kerangka yang masih hidup
2. Otot segar tanpa menggunakan pewarnaan
3. Otot setelah mengalami fiksasi dan di warnai

• Pada satu serabut otot kerangka terdapat ribuan myofibril, sedangkan tiap myofibril memiliki ratusan myofilamen yang bersifat submikroskopis.

Myofilamen terdiri dari 2 macam yaitu:

1. Filament Miosin

• Sering disebut filament kasar (coarse filaments), berdiameter 100 Angstrom dan panjangnya 1,5 µ. Filamen ini membentuk daerah A atau cakram A.
• Filamen ini tersusun pararel dan berenang bebas dalam matriks.
• Bagian tengah agak tebal dari bagian tepi. Fungsi dari myosin adalah sebagai enzim katalisator yang berperanan memecah ATP menjadi ADP + energi, dan energi ini digunakan untuk kontraksi.

Gerak refleks adalah gerak yang dihasilkan oleh jalur saraf yang paling sederhana. Jalur saraf ini dibentuk oleh sekuen neuron sensor,interneuron,dan neuron motor,yang mngalirkan impuls saraf untuk tipe reflek tertentu.Gerak refleks yang paling sederhana hanya memerlukan dua tipe sel sraf yaitu neuron sensor dan neuron motor.

Gerak refleks disebabkan oleh rangsangan tertentu yang biasanya mengejutkan dan menyakitkan. Misalnya bila kaki menginjak paku,secara otomatis kita akan menarik kaki dan akan berteriak. Refleks juga terjadi ketika kita membaui makanan enak , dengan keluarnya air liur tanpa disadari. Brikut skema gerak refleks:

Gerak refleks terjadi apabila rangsangan yang diterima oleh saraf sensori langsung disampaikan oleh neuron perantara (neuron penghubung).Hal ini berbeda sekali dengan ekanisme gerak biasa.

Gerak biasa rangsangan akan diterimaleh saraf sensorik dan kemudian disampaikan langsung ke ota. Dari otak kemudian dikeluarkan perintah ke saraf motori sehingga terjadilah gerakan. Artinya pada gerak biasa gerakan itu diketahui atu dikontrol oleh otak. Sehingga oleh sebab itu gerak biasa adalah gerak yang disaari.

Fungsi Otot dan Saraf

Semua fungsi dalam tubuh organisme diatur secara teliti, dikoordinasikan dengan berbagai fungsi organ lainnya dan diintegrasikan sesuai dengan keinginan seluruh tubuh. Baik sistem saraf maupun endokrin mengontrol berbagai proses dalam tubuh. Jika fungsi organ dalam tubuh diperiksa akan dijumpai berbagai proses pengaturan yang bervariasi. Bila respons yang cepat diperlukan, misalnya stimulasi otot rangka mata, saraf diperlukan karena derajat konduksi yang cepat. Impuls saraf bisa berpindah dengan kecepatan beberapa ratus kali/detik, jadi hanya beberapa milidetik diperlukan sebelum timbulnya efek.