1

Calcium dan Muskuloskeletal

Dr. Mohamad Sadikin DScDepartemen Bio0kimia dan Biologi

Molekuler FKUI

2

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

3

Fungsi muskuloskeletal

Fungsi muskuloskeletal dalam hubungan dengan Ca :

.١ Fungsi sebagai penunjang

.٢ Fungsi kontraktil ( sebagai bagian dari alat gerak)

.٣ Fungsi konduktibilitas impuls

.٤ Fungsi umum intrasel sebagai caraka ke 2 (2nd messenger)

.٥ Sebagai kofaktor bbg protein / E agar dpt jalankan fgs biologis

4

Apa bila dihubungkan dengan jaringan penyusun sistem muskuloskeletal :

.١ Fgs penunjang : tulang & rawan

.٢ Fgs kontraktil / lokomosi : otot

.٣ Fgs konduktibilitas : saraf

.٤ Fgs umum caraka 2 : ditemukan pada seluruh sel tubuh

.٥ Fgs sebagai kofaktor : a. Di luar sel : penggumpalan darah,

aktivasi komplemen (C’)b. Di dalam sel : bbg protein intrasel

untuk laksanakan fgs perlu Ca2+ (contoh : calmodulin)

5

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

6

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, termsk makanan ug jeras

7

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)

8

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

9

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

10

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

→ Jelas Ca3(PO4)2 >kuat CaCO3

11

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)- Polisakarida (jenis fibriler)

12

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 OH-

prolin- Adanya kolagen → tlg tahan puntiran &

tahan kompresi

13

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

menolak)

14

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

15

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 :- >Osteosit →> Ca, <elastis,> getas

16

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

17

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 (anak-

anak)→ osteoklas > osteoblas → aktivitas

fosfatase alkali serum pd anak-anak > dws

18

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

19

∴ 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

20

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 Ca-albuminat

21

Secara fisikokimia, fraksi Ca++ dan

fraksi bentuk kompleks dengan asam organik dapat dipisahkan dengan mudah dari fraksi Ca-proteinat 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

22

[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)

23

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++

24

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 ↓

25

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

26

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 sekunder)

27

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

28

Pengaturan Metabolisme Ca oleh Hormon

Hormon yang berpengaruh :- Hormon kelenjar paratiroid : 1 Parathormon2 Kalsitonin- Hormon dibuat kulit-hati-ginjal:1 Kalsitriol (D3)

- Steroid: .١ Steroid korteks adrenal : kortisol

.٢ Hormon seks : estrogen dan testosteron

29

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)

30

TERIMA KASIH SYUKRAN KATSIRA MERCI BEAUCOUPTHARARANK YOU