Calcium dan Muskuloskeletal Dr. Mohamad Sadikin DSc Departemen Bio0kimia dan Biologi Molekuler FKUI
1
Calcium & Makhluk Hidup
Calcium : logam terbanyak dalam makhluk hidup Adanya garam Ca merupakan petanda pernah ada makhluk hidup → salah satu indikator bagi para geolog untuk menafsirkan gerak kulit bumi dalam membentuk relief permukaan bumi dan menjelaskan terbentuknya pegunungan Pegunungan kapur sekitar plateau Bandung → dataran Bandung pernah berupa danau besar 2
Fungsi muskuloskeletal
١. ٢.
٣. ٤.
٥.
Fungsi muskuloskeletal dalam hubungan dengan Ca : Fungsi sebagai penunjang Fungsi kontraktil ( sebagai bagian dari alat gerak) Fungsi konduktibilitas impuls Fungsi umum intrasel sebagai caraka ke 2 (2nd messenger) Sebagai kofaktor bbg protein / E agar dpt jalankan fgs biologis 3
١. ٢. ٣. ٤.
٥. a.
b.
Apa bila dihubungkan dengan jaringan penyusun sistem muskuloskeletal : Fgs penunjang : tulang & rawan Fgs kontraktil / lokomosi : otot Fgs konduktibilitas : saraf Fgs umum caraka 2 : ditemukan pada seluruh sel tubuh Fgs sebagai kofaktor : Di luar sel : penggumpalan darah, aktivasi komplemen (C’) Di dalam sel : bbg protein intrasel untuk laksanakan fgs perlu Ca2+ (contoh : calmodulin)
4
Peran penunjang dari Ca
Sebagai penunjang, Ca terutama berperan dalam tulang dan rawan Dalam menjalankan fgs penunjang, Ca berada dalam bentuk garam fosfat : Ca3(PO4)2 Kristal kalsium fosfat sangat keras, mampu menahan tekanan dlm arah sejajar sumbu tulang 5
Bukti : gigi (walau bukan bagian muskuloskeletal) Kristal Ca3(PO4)2 dalam gigi, disertai air kristal, tersusun sangat teratur Secara geometris membentuk silinder heksagonal, tersusun rapat & teratur Dikenal sbg kristal hidroksiapatit → gigi menjadi sangat keras → mampu menahan tekanan berat dalam arah sejajar sumbu panjang gigi → sifat yg diperlukan u/ kunyah, 6 termsk makanan ug jeras
Tulang mengalami gubah ulang (remodelling), sedang gigi tidak → Ca tulang diendapkan dan dilarutkan kembali setiap saat, gigi tidak → dengan cara ini : 1.Tulang dapat tumbuh (gigi tidak menjadi > & tdk menjadi < dalam perjalanan waktu 2.Tulang mengalami perubahan yang lebih halus dalam perjalanan wkt (gigi tidak > rumit karena usia → o.k gigi tdk berubah, tlg berubah, gigi dpt dipaaki sbg ciri identitas (tlg tdk)
7
Sistem Alat Gerak & Calcium
Gerak membedakan hewan dengan tumbuhan Gerak = perubahan orientasi →sejumlah massa yang digerakkan, yang : - →massa tersebut perlu didukung (secara pasif dan aktif) - → ada penggerak Pendukung massa secara pasif : rangka Rangka tdk dpt digerakkan bila tunggal : - →bbp bagian yang ± bebas 1 sama lain - →sendi : sambungan antara 2 tlg 8
O.k.i, rangka harus keras & kuat 2 sifat ini dimanfaatkan pula u/ lindungi alat-alat dalam tubuh (organ) yang lunak & sangat penting : - Otak → ruang tertutup yang dibentuk o/ tlg sangat keras : tengkorak - Rongga dada (cavum thorax) : sistem tlg rusuk (costae), tlg dada (sternum) yang dikunci ke belakang o/ tlg punggung (vertebrae) - Rongga panggul (pelvis) melindungi ginjal, alat reproduksi (ovarium, uterus) - Tlg ,t.u tlg pipih ada organ hematopoeisis 9
Semua fgs pendukung ini mengharuskan tlg mempunyai kekerasan yang tinggi Didukung o/ Ca3(PO4)2 Bandingkan dengan rangka luar (eksoskelet) artropoda & cangkang moluska yang tersusun dari CaCO3, yang fungsinya tidak sebanyak endoskelet vertebrata Dalam 1 mol kalsium fosfat ada 3 kation (Ca) & 2 anion (fosfat), dlm 1 mol kalsium karbonat hanya 1 kation & 1 anion 10 → Jelas Ca (PO ) >kuat CaCO
Kelenturan tulang : tlg harus punya kelenturan spy daya dukung karena sifat keras & kuat o.k adanya Ca3(PO4)2 tdk patah :
- Tlg harus tahan terhadap torsi (puntiran) - Tlg harus bersifat pegas - Tlg hrs bersifat peredam kejut Ke 3 hal ini hanya dapat dipenuhi o/ biomakromolekul / biopolimer: → hrs didukung struktur fibriler, → harus bersifat polimer (biopolimer) : - Protein (jenis fibriler)
11
Unsur protein terpenting dari tulang : kolagen Unsur polisakarida dari tulang : glikosaminoglikan (g.a.g) Kolagen : - Heliks 3 sepilin (triple helix) - Pilinan tidak berupa sulur spt heliks α, ttp heliks patah-patah, kembar 3 - Struktur patahan disbbkan aa OHprolin - Adanya kolagen → tlg tahan puntiran & tahan kompresi
12
Glikosaminoglikan (g.a.g) : Jenis sangat banyak Disebut juga substansi dasar (ground substance) Sifat umum : - Heteropolisakarida berulang : →Disusun o/ perulangan 2 jenis monosakarida/turunannya dg irama tetap (a-b-a-b-a-b dst)→ heliks - → strukturnya berupa serat - Monosakarida penyusun mengandung banyak –OH→sangat higroskopis - Jg mengandung sulfat (-SO4H→tolak 13
Jadi tulang memikul beban karena kuat & keras o.k adanya Ca3(PO4)2
Sifat pegas & tahan puntiran tlg o.k adanya kolagen Penambahan beban yg besar dalam waktu singkat diatasi oleh g.a.g yang karena : - Banyak mengandung –OH (sifat umum dari monosakarida) mengikat banyak mol air melalui ikatan H - Penambahan beban dibagi ke mol air (hk hidrostatik dari Pascal) - Sifat pegas o.k tolak menolak antara gugus yg dipks berdekatan 14
Depotisasi unsur-unsur tulang dilakukan o/ sel-sel berbeda : Materi anorganik : - Sel-sel osteoblast Materi anorganik : - Kolagen : fibroblast - G.a.g : kondrosit Komposisi sel (→ komposisi substansi tulang) berbeda menurut usia Tlg individu usia muda : - >banyak kondrosit→> rawan,>elastis Tlg individu usia tua : 15 - >Osteosit →> Ca, <elastis,> getas
Penggubahan (remodelling) tulang
Wajah seseorg, meski garis besar sama, secara rinci berubah sesuai waktu → penggubahan o.k bbg hal : pertumbuhan,, adaptasi dg lingkungan, trauma dlsb Tlg (dlm hal ini tlg tengkorak) jg berubah Pada tingkat jaringan terjadi reabsorpsi dan depotisasi berulang dari bahan penyusun 16
Diperlukan kerja sama 2 jenis sel : - Osteoblast : depotisasi Ca - Osteoklas (osteoclast), bentuk khusus dari makrofag : resorpsi Ca. dilengkapi dengan E fosfatase alkali Keseimbangan keduanya sangat penting u/ penggubahan tlg Nirimbang osteoblas/osteoklas : - Fisiologis : pertumbuhan (anakanak) → osteoklas > osteoblas → aktivitas fosfatase alkali serum pd anak-anak > dws 17
Patologis : - Hiperparatiroidisme : → osreoklas > aktif osteoblas → resorpsi Ca → osteoporosis, tlg mudah patah - Bila aktivitas osteoblas>osteoklas → penebalan tulang, misal pada akromegali →Tulang-tulang panjang & pipih menebal, terutama bagian ujung (pd tlg pipih) - Depotisasi Ca dapat menjadi >> (Σ & / aktivitas osteoblas >>), tdk diimbangi o/ osteoklas → tidak ada ruang kosong u/ depotisasi Ca → ossifikasi terjadi tidak beraturan → bentuk tulang tidak beraturan → penyakit Paget 18
∴ ossifikasi ≠ depotisasi Ca ≠ kalsifikasi Kalsifikasi : pengendapan Ca di tempat yg biasanya sdkt Ca (mis.jar lunak) sehingga jar tsb mengeras Depotisasi : pengendapan Ca di tempat yang biasanya memang ada Ca dlm Σ besar Ossifikasi: pengendapan Ca dalam ruang-ruang yang disediakan khusus u/ itu, sbg hsl resorpsi Ca sebelumnya→fgs osteoblas hrs seimbang dg fgs osteoklas Ossifikasi = depotisasi – resorpsi 19
Calcium Darah Selain dalam sel, Ca juga terdapat di cairan ekstrasel, terutama darah Dalam cairan ekstrasel (darah atau serum), Ca berada dalam 3 bentuk (fraksi): - Ca++ - Ca dalam bentuk kompleks dengan asam organik - Terikat dengan protein serum sebagai Ca-proteinat, terutama Ca20 albuminat
Secara fisikokimia, fraksi Ca++ dan fraksi bentuk kompleks dengan asam organik dapat dipisahkan dengan mudah dari fraksi Caproteinat dengan menggunakan membran semipermeable atau teknik ultrafiltrasi → 2 kelompok : - Ca diffusible : dapat menembus mmb semipermeable / ultrafiltrasi, t.d.a : a.Ca++ b.Ca kompleks organik - Non difussible Ca : Ca-proteinat
21
[Ca]serum total : 9 – 11 mg/ dL
>50 % dari [Ca]serum total : Ca diffusible Oleh karena ≈ 90 % Ca diffusible adalah Ca++ , praktis [Ca]diffusible menggambarkan [Ca++]serum .
mengukur [Ca]diffusible>> mudah dari pada mengukur langsung [Ca++] (perlu alat khusus) pengukuran [Ca] total sebaiknya disertai pengukuran [Ca++] / [Ca]diffusible (tergantung fasilitas) 22
Fungsi Ca serum : - Mempertahankan eksitabilitas / konduktibilitas saraf-efektor - Penggumpalan darah - Aktivasi komplemen (C’) - Aktivasi sistem kinin - Adhesi sel-sel migratoir (fagosit, trombosit, sel-sel migran dalam proses organogenesis termasuk endotel dalam pembentukan pembuluh darah baru) ke suatu permukaan Bbg fgs ini dijalankan oleh fraksi Ca++
23
Bila [Ca++]serum ↓ / < (N), yang paling dulu terganggu : eksitabilitas / konduktibiltas saraf-efektor, terutama saraf-otot lurik Ambang eksitabilitas ↓ & yg bersangkutan mengalami kejang otot lurik : tetani Adalah mungkin : [Ca]serum total (N), tetapi [Ca++] ↓ - Dalam hal ini, mungkin : - Kompleks Ca-organik ↑ → metabolit organik ↑ → didasari oleh suatu kelainan metabolisme tertentu - Mobilisasi Ca-proteinat→Ca+++protein ↓ 24
Keseimbangan Ca Ca tulang (tidak larut) ⇆ Ca cairan tubuh (serum / cairan ekstra sel) Dalam cairan ekstra sel / serum : - Ca-proteinat ⇆ Ca++ + protein Keseimbangan I (Ca tulang⇆Ca terlarut) berada di bawah kendali hormon Keseimbangan II (Ca-proteinat ⇆ Ca++) berada dalam kendali faktor metabolisme
25
Kompleks Ca-organik : - Molekul kecil → lolos filtrasi glomerulus → keluar melalui urin, sebagai bagian dari ekskresi Ca harian dalam urin - Sering kompleks dengan oksalat. Kompleks ini tidak larut → endapan / kristal → batu (urolitiasis) Masalah : - Dalam sel diragukan adanya metabolit antara berupa oksalat (hiperoksalemia primer diperkirakan dari hasil oksidasi glioksal) - Mungkin dari makanan (hiperoksalemia
26
Kompleks Ca-organik lain : dengan bbg asam dikarboksilat metabolit antara (N) dalam sel. Bila ↑→ berhubungan dengan kelainan metabolisme Ok terus menerus dibuang dalam Σ besar, dapat terjadi osteoporosis
27
Pengaturan Metabolisme Ca oleh Hormon
Hormon yang berpengaruh : - Hormon kelenjar paratiroid : 1 Parathormon 2 Kalsitonin - Hormon dibuat kulit-hati-ginjal: 1 Kalsitriol (D3)
- Steroid: ١. Steroid korteks adrenal : kortisol ٢. Hormon seks : estrogen dan
28
Hormon kelenjar paratiroid berhubungan dengan proses mobilisasi-demobilisasi Ca tlg Mempengaruhi osteoklas dan osteoblas Kalsitriol bekerja di usus mengatur absorpsi Ca makanan & juga di tubulus ginjal Steroid seperti kortisol bekerja mobilisasi Ca pada hiperfungsi Steroid seks (estrogen & testosteron ) bekerja mempengaruhi gubah ulang (remodelling) 29
TERIMA KASIH SYUKRAN KATSIRA MERCI BEAUCOUP THARARANK YOU
30
