Jelaskan fisiologi biolistrik secara umum?

Hampir seluruh tubuh terdapat potensial listrik yang melintasi membran. Pada sel saraf dan sel otot mampu membangkitkan sendiri impuls elektrokimia yang cepat berubah pada membrannya dan impuls ini digunakan untuk menghantarkan sinyal sepanjang membrane saraf atau otot. Potensial difusi yang disebabkan perbedaan konsentrasi ion pada kedua sisi membran. Konsentrasi kalium di bagian dalam membrane serabut saraf sangat tinggi, sedangkan dibagian luar membran sangat rendah. Ketika ion kalium berdifusi keluar melalui membrane, ion kalium membawa muatan positif keluar, sehingga membentuk elektropositivitas di luar membrane dan elektronegativitas didalam akibat anion-anion negative yang tetap tertinggal dan tidak berdifusi keluar bersama kalium. Perbedaan potensial antara bagian dalam dan luar yang disebut sebagai potensial difusi menjadi cukup besar untuk menghambat difusi kalium netto selanjutnya ke bagian luar, meskipun gradien konsentrasi ion kalium cukup tinggi. Perbedaan potensial yang dibutuhkan adalah sekitar 94 milivolt dengan keadaan negative didalam membrane serabut. Bila membrane bersifat permeable terhadap beberapa macam ion, potensial difusi yang timbul bergantung pada tiga faktor : 1. Polaritas muatan listrik masing-masing ion 2. Permeabilitas membrane terhadap masing-masing ion 3. Konsentrasi masing-masing ion disisi dalam dan disisi luar membrane Ion natrium, kalium dan klorida merupakan ion terpenting yang terlibat dalam timbulnya potensial membrane dalam serabut otot dan saraf,serta disel neuron pada SSP. Perubahan permeabilitas terhadap natrium dan kalium yang cepat terutama bertanggung jawab untuk transmisi sinyal pada saraf. Semua membran sel tubuh mempunyai Na+ dan K+ yang sangat kuat dan secara terus menerus memompa ion natrium keluar dari serabut dan ion kalium kedalam. Tahap-tahap potensial aksi : Tahap Istirahat

Ini adalah potensial membrane istirahat sebelum terjadinya potensial aksi. Membran dikatakan menjadi terpolarisasi selama tahap ini karena adanya potensial membrane negative sebesar -90 milivolt Tahap Depolarisasi Pada saat ini membrane tiba-tiba menjadi sangat permeable terhadap ion natrium, sehingga sejumlah besar ion natrium bermuatan positif berdifusi ke dalam akson. Keadaan terpolarisasi normal sebesar -90 milivolt segera dinetralisasi oleh ion natrium bermuatan positif yang mengalir masuk dan potensial meningkat dengan cepat kearah positif. Keadaan ini disebut depolarisasi. Tahap Repolarisasi Dalam waktu seperbeberapa puluh ribu detik sesudah membrane menjadi sangat permeable terhadap ion natrium, kanal natrium mulai tertutup dan kanal kalium terbuka lebih dari biasanya. Selanjutnya difusi ion kalium yang berlangsung cepat kebagian luar akan membentuk kembali potensial membrane istirahat negative yang normal.

Kanal natrium bergerbang volvatase & kanal kalium bergerbang volvatase akan menunjang pompa Na+,K+ dan kanal bocor Na+, K+. Kanal gerbang bervoltase untuk natrium mempunyai dua gerbang , satu didekat sisi luar kanal yang disebut gerbang aktivasi dan yang lain didekat sisi dalam disebut gerbang inaktivasi. Bila potensial membrane sebesar -90 milivolt maka keadaan kedua gerbang dalam keadaan istirahat dan pintu gerbang tertutup, mencegah masuknya setiap ion natrium kebagian dalam serabut melalui kanal natrium ini. Bila potensial membrane menjadi kurang negative ketimbang pada keadaan istirahat, meningkat dari -90 milivolt menjadi nol dan akhirnya mencapai suatu voltase-biasanya antara 70 dan -50 milivolt yang akan membalikkan gerbang sepenuhnya menjadi posisi terbuka. Gerbang inaktivasi menutup dalam waktu seperbeberapa puluh ribu detik sesudah gerbang aktivasi terbuka. Peran ion lain selama potensial aksi Ion-ion bermuatan negative (anion) yang tidak permeable didalam akson Ion-ion ini meliputi anion dari molekul protein dan banyak komponen fosfat organic, senyawa sulfat, dsb. Ion-ion ini bertanggung jawab atas muatan negative didalam serabut

bila terdapat kekurangan netto dari ion kalium yang bermuatan positif & ion positif lainnya. Ion kalsium Bila kekurangan ion kalsium maka kanal natrium menjadi terbuka (teraktivasi) dengan sedikit sekali kenaikan potensial membrane dari nilai normalnya (nilai yg sangat negatif) Muatan listrik positif dibawa oleh ion natrium yang berdifusi kedalam melewati membrane yang terdepolarisasi dan selanjutnya beberapa millimeter pada kedua arah disepanjang inti akson. Muatan positif ini meningkatkan volvatase didalam serabut besar bermielin sampai berjarak 1 sampai 3 milimeter hingga diatas nilai ambang volvatase untuk memulai potensial aksi. Karena itu kanal natrium pada tempat yang baru ini segera terbuka. Daerah depolarisasi yang baru ini menghasilkan sirkuit local aliran listrik lebih lanjut di sepanjang membrane dan menimbulkan depolarisasi yang progresif. Transmisi proses depolarisasi sepanjang serabut otot atau saraf disebut impuls saraf atau otot. Potensial aksi timbul hanya pada nodus. Potensial aksi tersebut dikonduksikan dari nodus ke nodus, ini disebut konduksi melompat (saltatory), artinya arus listrik mengalir melalui sekeliling cairan ekstrasel diluar selubung myelin dan melalui aksoplasma didalam akson dari nodus ke nodus yang merangsang nodus-nodus secara berurutan satu per satu. Mengapa melompat? Mekanisme ini akan meningkatkan kecepatan penghantaran saraf pada serabut bermielin 5-50 kali lipat, konduksi akan menghemat energy akson karena hanya nodus saja yang berdepolarisasi yg memungkinkan kehilangan ion-ion sampai 100 kali lebih sedikit daripada yang seharusnya terjadi.. Proses pencetus potensial aksi adalah terbukanya kanal natrium bergerbang volvatase. Kecepatan konduksi pada serabut saraf bervariasi dari 0,25 m/detik pada serabut tak bermielin yg sangat kecil sampai sebesar 100 m/detik (panjang lapangan sepak bola dalam 1 detik) pada serabut myelin yang sangat besar. Jenis Sinaps : Kimia dan Listrik Pada sinaps kimia, neuron pertama menyekresikan pada sinaps ujung sarafnya suatu bahan kimia yang disebut neurotransmiter. Neurotransmiter ini akan bekerja pada protein reseptor dalam membrane neuron berikutnya sehingga neuron tersebut akan terangsang menghambatnya atau mengubah sensitivitasnya dalam berbagai cara. Beberapa neurotransmiter yang penting

diantaranya adalah asetilkolin, norepinefrin, epinefrin, histamine, asam gamma-aminobutirat (GABA), glisin, serotonin, dan glutamate. Sinar listrik ditandai oleh adanya kanal cairan terbuka langsung yang menjalarkan listrik dari satu sel ke sel berikutnya. Saluran ini kebanyakan terdiri atas struktur tubular protein kecil yang disebut gap junctions yang memudahkan pergerakan ion-ion secara bebas dari bagian dalam suatu sel ke bagian dalam sel berikutnya. Ujung presinaps bersifat mudah dirangsang artinya menyekresi suatu bahan transmitter yang merangsang neuron post sinaps. Namun ujung presinaps lainnya bersifat menghambat ujung tersebut menyekresikan suatu bahan yang dapat menghambat neuron postsinaps. Ujung presinaps ini mempunyai dua struktur interna yang paling penting untuk penerusan rangsang excitatory atau penghambatan sinaps yaitu ventrikel transmitter dan mitokondria. Mekanisme Potensial aksi yang menyebabkan pelepasan transmitter dari ujung presinaps. Ion kalsium memasuki ujung presinaps dan berikatan dengan protein khusus pada permukaan sisi dalam membrane presinaps yang disebut situs pelepasan. Pengikatan ini selanjutnya akan menyebabkan beberapa vesikel transmitter melepaskan transmiternya kedalam celah setiap timbul potensi aksial tunggal. Neurotransmiter yang membuka kanal kation disebut sebagai transmiter eksitator, sebaliknya permukaan kanal anion menyebabkan masuknya muatan listrik negative yang menghambat neuron, karena itu substansi transmitter yang membuka kanal ini disibeut sebagai transmitter inhibitor. Reseptor Eksitasi atau Inhibisi pada Membran Post Sinaps Eksitasi 1. Kanal natrium yang terbuka yang memungkinkan pelepasan listrik bermuatan positif dalam jumlah besar untuk mengalir kebagian anterior dari sel postsinaps. Hal ini akan meningkatkan potensial membrane dalam arah positif menuju nilai ambang rangsang untuk menyebabkan eksitasi 2. Penekanan hantaran melalui kanal klorida atau kalum atau keduanya. Hal ini akan menurunkan difusi ion klorida bermuatan negative ke bagian dalam neuron post sinaps atau menurunkan difusi ion kalium bermuatan positif ke bagian luar.

3. Berbagai perubahan metabolism internal neuron postsinaps untuk merangsang aktivitas sel atau pada beberapa keadaan untuk meningkatkan jumlah reseptor membrane eksitasi atau menurunkan jumlaj reseptor membrane inhibisi. Inhibisi 1. Pembukaan kanal ion klorida melalui membrane neuron postsinaps. Hal ini memungkinkan ion klorida bermuatan negative untuk berdifusi secara cepat dari bagian luar neuron postsinaps kebagian dalam, dengan demikian membawa muatan negative kedalam dan meningkatkan negativitas di bagian dalam yang bersifat inhibisi. 2. Meningkatkan hantaran ion kalium yang keluar dari neuron. Hal ini memungkinkan ion kalium yang bermuatan positif untuk berdifusi kebagian eksterior yang menyebabkan peningkatan kenegatifan didalam neuron yang bersifat inhibisi. 3. Aktivasi enzim reseptor yang menghambaat fungsi metabolic selulat atau yang meningkatkan jumlah reseptor sinap inhibisi atau menurunkan jumlah reseptor eksitasi. Transmiter jenis molekul kecil disintesis dalam sitosol pada ujung pre-sinaptik dan diabsorbsi melalui cara transport aktif kedalam banyak vesikel transmitter diujung sinaps, kemudian setiap kali potensial aksi mencapai ujung sinaps, beberapa vesikel segera melepaskan transmiternya kedalam celah sinaptik. Kerja transmitter jenis molekul kecil ini selanjutnya pada reseptor membrane pada neuron post sinaptik biasanya efek yang paling sering adalah meningkatkan atau menurunkan hantaran melalui kanal ion. Peristiwa Listrik yang timbul Selama Eksitasi saraf Konsentrasi ion natrium sangat tinggi dalam cairan ekstrasel (142 mEq/L) tetapi rendah dibagian dalam neuron (14 mEq/L) ini disebabkan oleh pompa natrium membrane soma yang kuat dan yang terus menerus memompa natrium keluar dari neuron. Didalam soma neuron konsentrasi ion kalium tinggi (120 mEq/L) namun didalam cairan ekstrasel sangatlah rendah (4,5 mEq/L). Keadaan ini menggambarkan bahwa terdapat pompa kalium yang memompa kalium kedalam. Konsentrasi ion klorida dalam cairan ekstrasel namun didalam neuron konsentrasinya rendah. Ini dikarenakan membrane tersebut sangat permeable terhadap ion klorida dan mungkin pompa klorida yang lemah. Peristiwa Listrik selama penghambat neuron

Inhibisi sinaps terutama akan membuka kanal klorida dan ini akan mempermudah lewatnya ion klorida. Pembukaan kanal kalium akan mempermudah ion kalium yang bermuatan positif untuk bergerak kearah luar dan hal ini juga akan membuat potensial membrane dalam menjadi lebih negative daripada biasanya. Jadi baik influks klorida dan efluks kalium akan meningkatan derajat atau besarnya negativitas intrasel yang disebut hiperpolarisasi. Keadaan ini akan menghambat neuron karena potensial menjadi lebih negative daripada potensial intrasel normal. Penghambatan presinaps disebabkan oleh pelepasan bahan inhibisi ke bagian luar yang terletak dibagian presinaps serabut saraf sebelum ujung presinaps itu berakhir di neuron postsinaps. Substansi transmitter inhibisi adalah GABA (Asam gamma-amiobutirik). Sumber : Fisiologi Guyton and Hall

Transmisi Sinaptik merupakan rangkaian tiga proses berbeda yang penting : Impuls eksitatorik (potensial aksi) yang mencapai akson terminal menimbulkan depolarisasi pada membrane prasinaps, membuka kanal kalsium voltage dependent. Akibatnya, ion kalsium mengalir ke terminal bouton dan kemudian berinteraksi dengan berbagai protein untuk menimbulkan fusi vesikel sinaptik dengan membrane prasinaps. Molekul neurotransmitter didalam vesikel kemudian dilepaskan ke celah sinaps. Molekul neurotransmiter berdifusi menyebrangi celah sinaps dan berikatan dengan reseptor spesifik pada membrane pascasinaps. Ikatan molekul neurotransmiter dengan reseptor menyebabkan kanal ion terbuka, menginduksi aliran tegangan ionic yang menyebabkan depolarisasi atau hiperpolarisasi membrane pascasinaps, baik excitatory postsynaptic potential (EPSP) atau inhibitory postsynaptic potential (IPSP). Dengan demikian transmisi sinaptik menimbulkan eksitasi atau inhibisi neuron pascasinaps. Selain kanal-transmitter kerja cepat atau ligand-gated ion channels, juga terdapat G-proteincoupled receptors yang membentuk respons yang jauh lebih lambat dengan cara kaskade sinyal intraselular. Sinaps kimiawi dan elektrik. Jenis-jenis transmisi sinaps yang dideskripsikan diatas melibarkan pelepasan dan ikatan reseptor dengan neurotransmiter adalah jenis yang paling sering ditemukan. Ada juga yang disebut sinaps elektrik yaitu ketika eksitasi ditransmisikan langsung ke neuron berikutnya menyeberangi gap junction.

Tipe sinaps. Sinaps memediasi transfer informasi dari satu neuron ke neuron lainnya; sinaps yang membawa informasi ke sel tertentudisebut sebagai sinaps input. Kebanyakan sinaps input dapat ditemukan pada dendrit sel (sinaps aksodendritik). Dendrrit berbagai neuron (misalnya, sel pyramidal kortikal) memiliki penonjolan berbentuk seperti duri, dendritik spines, yang dapat memungkinkan kompartementalisasi input sinaptik. Banyak duri yang mengandung apparatus spinalis untuk penyimpanan internal ion kalsium. Sinaps pada dendritic spines terutama sinaps asimetris eksitatorik. Sinaps input tidak hanya ditemukan pada dendrit tetapi juga pada badan sel itu sendiri (perikarion : sinaps aksosomatik) dan bahkan pada akson dan segmen awalnya, axon hillock (sinaps akso-aksonal) Konvergensi dan divergensi koneksi sinaps. Secara umum masing-masing neuron menerima informasi melalui sinaps dari berbagai neuron dan jenis-jenis neuron (konvergensi transfer informasi). Akibatnya neuron dapat membentuk kontak sinaptik dengan banyak neuron lain melalui berbagai percabangan aksonal kolateral (divergensi transfer informasi) Eksitasi dan inhibisi. System saraf terbentuk dengan cara yang sedemikian rupa sehingga masing-masing neuron dapat berada pada salah satu dari dua keadaan dasar setiap saat; neuron yang tereksitasi dan menghantarkan informasi melalui sinaps ke neuron lain, atau neuron diam saja. Neuron kemudian dikelompokkan menjadi eksitatorik dan inhibitorik berdasarkan efeknya pada neuron yang diberikan input. Neuron eksitatorik biasanya neuron utama (mis. Sel piramidalis korteks serebri) yang umumnya memiliki jarak yang panjang dan dengan demikian memiliki akson yang panjang. Sebaliknya neuron inhibitorik biasanya intraneuron dan memiliki akson yang pendek. Prinsip inhibisi neuronal. Kolateral sel-sel eksitatorik dapat mengaktifkan interneuron inhibitorik, yang kemudian menghambat neuron utamanya sendiri (inhibisi rekuren, suatu bentuk umpan balik negatif). Pada inhbisi lanjut, kolateral neuron utama mengaktifkan interneuron inhibitorik yang kemudian menghambat neuron utama lainnya. Ketika sebuah neuron inhibitorik menghambat neuron ingibiyotik lain, hasil penurunan inhibisi pada pascasinaps sel utama menyebabkan peningkatan aktivitasnya (disinhibisi).

Neurotransmiter dan Reseptor

Neurotransmitter eksitorik dan inhibitorik. Pada penelitian neuroanatomis yang klasik, neuron terbagi menjadi dua tipe utama bersadarkan bentuk dan panjang proyeksinya : neuron utama dengan proyeksi yang utama dengan proyeksi yang jauh disebut neuron golhi tipe I, sedangkan interneuron dengan akson yang pendek disebut neuron Golgi tipe II. Akhir-akhir ini, neuron biasanya diklasifikasikan menurut fenotip neurotransmiternya yang umumnya menentukan apakah mereka eksitatorik atau inhibitorik. Neurotransmiter eksitatorik yang paling umum di SSP adalah glutamat, sedangkan neurotransmiter inhibitor tersering adalah asam -aminobutirat (GABA). Neurotransmiter inhibitorik di medulla spinalis adalah glisin. Asetilkolin dan norepinefrin adalah neurotransmiter terpenting pada system saraf autonom, tetapi juga ditemukan pada SSP. Neurotransmiter penting lainnya meliputi dopamine, serotonin dan berbagai jenis neuropeptida yang telah banyak (dan terus akan) ditemukan ; neurotransmiter tersebut terutama ditemukan di intraneuron. Reseptor ligand-gated. Kanal ion ligand-gated terbentuk dari beberapa subunit yang membentang disepanjang membrane sel. Ikatan neurotransmiter dengan reseptor membuka kanal ion (yaitu membuatnya menjadi permeabel) untuk satu atau lebih spesies ion tertentu. Reseptor asam amino eksitatorik. Reseptor glutamate terbagi menjadi tiga tipe, yaitu AMPA,NMDA, dan reseptor kainate. Glutamat berikatan dengan reseptor AMPA menimbulkan influx ion Na+, yang mendepolarisasi sel. Aktivasi reseptor NMDA juga menyebabkan influx ion Na+, disertai oleh influx Ca2+. Namun, reseptor NMDA hanya dapat diaktifkan setelah blockade kanal ionnya oleh ion magnesium dihilangkan/ penghilangan blockade ini dilakukan melalui depolarisasi membrane yang di induksi oleh reseptor AMPA. Neurotransiter eksitatorik glutamate memiliki efek yang berjenjang: pertama mengaktifkan reseptor AMPA dan kemudian reseptor NMDA, setelah membran terdepolarisasi. Reseptor inhibitorik GABA dan glisin. Aktivasi kedua jenis reseptor ini menyebabkan influks ion klorida bermuatan negative, dan dengan demikian terjadi hiperpolarisasi pada sel pascasinaps. Kanal ion ligand gated lain termasuk reseptor asetilkolin nikotinik dan reseptor serotonin (5-HT3). G-protein-coupled reseptor. Respons terhadap stimulus yang bekerja melalui G-protein coupled receptor berlangsung lebih lama. Akibat aktivasi kaskade sinyal intra selular. Respons dapat meliputi perubahan pada kanal ion atau ekspresi gen. Contoh G-protein-coupled receptors antara lain adalah reseptor asetilkolin muskarinik dan reseptor glutamate metabotropik.

Sumber : Diagnosis Topik Neurologi DUUS

Apakah ada hubungan genetika terhadap gejala kejang pada skenario? Ada suatu gen yang menentukan sintesis dan metabolism asam glutamik yang menghasilkan gamma aminobutyric acid (GABA). Zat tersebut merupakan zat penghambat kegiatan neuronal alamiah. Orang-orang secara genetik kurang cukup membuat GABA merupakan orang-orang yang mempunyai kecenderungan untuk mendapat epilepsy fokal maupun umum.

Sumber : Neurologi Klinis Dalam Praktek Umum, Priguna Sidharta, Penerbit : Dian Rakyat

Daftar Pustaka : Hall,Guyton.2007.Buku Ajar FISIOLOGI KEDOKTERAN Edisi 11.Jakarta: EGC. Sidharta, Priguna.2004.Neurologi Klinis Dalam Praktek Umum.Jakarta:Dian Rakyat. Baehr,Mathias, Michael Frotscher.2010.Diagnosis Topik Neurologi DUUS.Jakarta:EGC.