BIOKIMIA / METABOLISME SISTEM KARDIOVASKULAR
Oleh Yogi Ismail Gani, S.Ked
1. Konsumsi O2Jantung
Konsumsi basal O2 oleh miokardium, bisa ditentukan dengan memberhentikan jantung ketika memaintain sirkulasi koroner secara buatan, adalah 2 ml/100 g/mnt. Nilai ini lebih besar dibandingkan konsumsi O2 pada otot rangka yang sedang istirahat. Pada keadaan istirahat konsumsi O2 oleh denyutan jantung adalah 9 ml/100 g/mnt.
Konsumsi basal O2 oleh miokardium, bisa ditentukan dengan memberhentikan jantung ketika memaintain sirkulasi koroner secara buatan, adalah 2 ml/100 g/mnt. Nilai ini lebih besar dibandingkan konsumsi O2 pada otot rangka yang sedang istirahat. Pada keadaan istirahat konsumsi O2 oleh denyutan jantung adalah 9 ml/100 g/mnt.
Konsumsi O2 jantung ditentukan terutama oleh tekanan intramiokardium, kontraksi miokardium, dan kecepatan denyut jantung. Kerja ventrikel per denyut berkorelasi dengan konsumsi O2. Kerja tersebut merupakan hasil dari volume sekuncup dan tekanan arteri rata-rata pada arteri pulmonaris (oleh kerja ventrikel kanan) atau aorta (oleh kerja ventrikel kiri). Ketika tekanan aorta 7x lebih besar dari tekanan arteri pulmonaris, kerja untuk menghasilkan volume sekuncup pada ventrikel kiri lebih besar adalah 7x lebih besar dibandingkan ventrikel kanan. Berdasarkan teori, peningkatan volume sekuncup sebesar 25% tanpa adanya perubahan tekanan arteri seharusnya menghasilkan peningkatan konsumsi O2 yang sama dengan peningkatan tekanan arteri sebesar 25% tanpa perubahan volume sekuncup. Meskipun demikian, dengan alasan yang tidak diketahui, tekanan arteri menghasilkan peningkatan yang lebih besar pada konsumsi O2 dibandingkan dengan volume sekuncup.
Konsumsi O2 juga meningkat ketika frekuensi denyut jantung meningkat oleh stimulasi saraf simpatis karena peningkatan jumlah denyut, peningkatan kecepatan dan kekuatan kontraksi miokardium.
2. Pemeliharaan Kadar ATP Jantung
Otot jantung, karena memiliki kebutuhan akan ATP yang tinggi, mempunyai kandungan mitokondria yang lebih besar daripada sebagian besar jaringan. Krista mitokondria jantung yang terkemas padat mengandung protein rantai transpor elektron, ATPsintase, ATP-ADP translokase, enzim siklus asam trikarboksilat, dan komponen lain dari metabolisme energi dalam jumlah besar.
Jantung adalah spesialis transformasi energi ikatan kimia ATP menjadi energi mekanis. Setiap denyutan jantung tunggal menggunakan 2% ATP di dalam jantung. Apabila jantung tidak dapat memperbarui ATP, semua ATP yang dimilikinya akan habis terhidrolisis dalam waktu kurang dari 1 menit. Karena jumlah ATP yang diperlukan jantung sangat tinggi, jantung harus mengandalkan jalur fosforilasi oksidatif untuk membentuk ATP. Tanpa adanya oksigen, atau pada tekanan oksigen yang rendah, jumlah ATP yang dihasilkan tidak mencukupi.
Pada kerja mekanis, ikatan fosfat berenergi tinggi pada ATP diubah menjadi pergerakan dengan mengubah konformasi suatu protein. Misalnya, pada serat otot yang berkontraksi, sewaktu ATP berikatan dengan miosin, konformasi miosin berubah dan miosin terlepas dari aktin dan menghidrolisis ATP. Kemudian miosin mengikat Ca2+, mengalami perubahan konformasi, dan bergabung kembali dengan aktin di posisi yang baru. Sewaktu ADP dan P dibebaskan, miosin kembali mengalami perubahan konformasi sehingga menyebabkan filamen aktin bergeser ke depan.
Tergantung pada apa yang tersedia, otot jantung dapat menggunakan sebagai bahan gizi glukosa, asam lemak bebas, laktat, dan lain-lain untuk produksi ATP. Pada waktu istirahat, proporsi konsumsi O2 yang digunakan setiap dari ketiga substrat tersebut adalah sepertiga dari total.
Pada defisiensi O2 ATP dapat dihasilkan secara anaerob sehingga terjadi pembentukan laktat pada otot jantung. Produksi energi anaerob dari glikogen (mis.pada keadaan anoksia) cukup untuk mempertahankan aktivitas jantung hanya sekitar 8 menit. Jantung dapat diresusitasi 30 menit sesudah anoksia.
Otot jantung, karena memiliki kebutuhan akan ATP yang tinggi, mempunyai kandungan mitokondria yang lebih besar daripada sebagian besar jaringan. Krista mitokondria jantung yang terkemas padat mengandung protein rantai transpor elektron, ATPsintase, ATP-ADP translokase, enzim siklus asam trikarboksilat, dan komponen lain dari metabolisme energi dalam jumlah besar.
Jantung adalah spesialis transformasi energi ikatan kimia ATP menjadi energi mekanis. Setiap denyutan jantung tunggal menggunakan 2% ATP di dalam jantung. Apabila jantung tidak dapat memperbarui ATP, semua ATP yang dimilikinya akan habis terhidrolisis dalam waktu kurang dari 1 menit. Karena jumlah ATP yang diperlukan jantung sangat tinggi, jantung harus mengandalkan jalur fosforilasi oksidatif untuk membentuk ATP. Tanpa adanya oksigen, atau pada tekanan oksigen yang rendah, jumlah ATP yang dihasilkan tidak mencukupi.
Pada kerja mekanis, ikatan fosfat berenergi tinggi pada ATP diubah menjadi pergerakan dengan mengubah konformasi suatu protein. Misalnya, pada serat otot yang berkontraksi, sewaktu ATP berikatan dengan miosin, konformasi miosin berubah dan miosin terlepas dari aktin dan menghidrolisis ATP. Kemudian miosin mengikat Ca2+, mengalami perubahan konformasi, dan bergabung kembali dengan aktin di posisi yang baru. Sewaktu ADP dan P dibebaskan, miosin kembali mengalami perubahan konformasi sehingga menyebabkan filamen aktin bergeser ke depan.
Tergantung pada apa yang tersedia, otot jantung dapat menggunakan sebagai bahan gizi glukosa, asam lemak bebas, laktat, dan lain-lain untuk produksi ATP. Pada waktu istirahat, proporsi konsumsi O2 yang digunakan setiap dari ketiga substrat tersebut adalah sepertiga dari total.
Pada defisiensi O2 ATP dapat dihasilkan secara anaerob sehingga terjadi pembentukan laktat pada otot jantung. Produksi energi anaerob dari glikogen (mis.pada keadaan anoksia) cukup untuk mempertahankan aktivitas jantung hanya sekitar 8 menit. Jantung dapat diresusitasi 30 menit sesudah anoksia.
KREATIN FOSFAT
Jaringan jantung juga mengandung kadar kreatin kinase yang tinggi (enzim yang memindahkan ikatan fosfat berenergi tinggi pada ATP ke kreatin). Peran kreatin fosfat di jantung (serta otak dan otot rangka) adalah sebagai penyangga energi dan ulang-alik energi.
Bila ATP digunakan dengan cepat selama kontraksi otot atau beberapa proses lain yang memerlukan ATP, terdapat pemindahan bersih fosfat energi tinggi dari kreatin fosfat ke ADP untuk membentuk ATP. Saat kadar ATP turun ke keadaan istirahat, kreatin fosfat diperbarui kembali.
Isozim kreatin kinase mitokondria terletak di bagian luar membran dalam mitokondria. Di sini enzim ini dengan cepat menggunakan ATP untuk pembentukan kreatin fosfat dan membentuk kembali ADP di tempat yang dekat dengan ATP-ADP translokase. Kreatin fosfat dan ATP keduanya berdifusi ke membran plasma dan tempat penggunaan ATP oleh ATPase miosin, Na+K+-ATPase, dan enzim lain. Pada miofibril, isozim MB (pada otak) dan MM (pada otot) kreatin kinase membentuk kembali ATP.
Jaringan jantung juga mengandung kadar kreatin kinase yang tinggi (enzim yang memindahkan ikatan fosfat berenergi tinggi pada ATP ke kreatin). Peran kreatin fosfat di jantung (serta otak dan otot rangka) adalah sebagai penyangga energi dan ulang-alik energi.
Bila ATP digunakan dengan cepat selama kontraksi otot atau beberapa proses lain yang memerlukan ATP, terdapat pemindahan bersih fosfat energi tinggi dari kreatin fosfat ke ADP untuk membentuk ATP. Saat kadar ATP turun ke keadaan istirahat, kreatin fosfat diperbarui kembali.
Isozim kreatin kinase mitokondria terletak di bagian luar membran dalam mitokondria. Di sini enzim ini dengan cepat menggunakan ATP untuk pembentukan kreatin fosfat dan membentuk kembali ADP di tempat yang dekat dengan ATP-ADP translokase. Kreatin fosfat dan ATP keduanya berdifusi ke membran plasma dan tempat penggunaan ATP oleh ATPase miosin, Na+K+-ATPase, dan enzim lain. Pada miofibril, isozim MB (pada otak) dan MM (pada otot) kreatin kinase membentuk kembali ATP.
3. Otot Polos
Otot polos ada 2 jenis :
unit jamak à c/: dinding pembuluh darah besar
unit jamak à c/: dinding pembuluh darah besar
unit tunggal à c/: pembuluh darah kecil
Penyampaian nutrien dan O2pada umumnya adekuat untuk menunjang proses kontraktil otot polos. Otot polos juga dapat menggunakan berbagai molekul nutrien untuk menghasilkan ATP. Tidak terdapat simpanan energi seperti kreatin fosfat. Penyaluran oksigen biasanya adekuat untuk mengimbangi kecepatan fosforilasi oksidatif yang lambat yang diperlukan untuk menyediakan ATP untuk otot polos yang hemat energi. Jika diperlukan, glikolisis anaerob dapat mempertahankan produksi ATP yang adekuat bila penyaluran O2terganggu.
4. Olahraga
Pemenuhan kebetuhan O2 saat berolahraga terjadi melalui beberapa mekanisme:
1. Pernapasan lebih dalam dan lebih cepat àlebih banyak O2 yang masuk
2. Kontraksi jantung lebih cepat dan lebih kuat àuntuk memompa lebih banyak darah beroksigen ke jaringan
3. Dilatasi pembuluh darah yang memasok otot àdarah yang dialirkan ke otot lebih banyak
4. Molekul hemoglobin yang mengangkut O2 melepaskan lebih banyak O2 di otot-otot yang berolahraga
Peningkatan konsumsi O2 terjadi selama olahraga. Tekanan O2 vena jantung rendah, dan sedikit
penambahan O2 dapat diekstrasi melalui darah pada koroner. Jadi penambahan konsumsi O2membutuhkan
peningkatan aliran darah koroner.
Peningkatan konsumsi O2 terjadi selama olahraga. Tekanan O2 vena jantung rendah, dan sedikit
penambahan O2 dapat diekstrasi melalui darah pada koroner. Jadi penambahan konsumsi O2membutuhkan
peningkatan aliran darah koroner.
Selama berolahraga, kecepatan hidrolisis ATP meningkat. Akibat peningkatan kecepatan sintesis ATP oleh
ATPsintase, proton masuk ke dalam matriks mitokondria, dan rantai transpor elektron terangsang. Konsumsi
oksigen meningkat, demikian juga jumlah energi yang hilang sebagai panas oleh rantai transpor elektron.
Perangsangan terhadap rantai transpor elektron akibat terpisahnya fosforilasi oksidatif dan rantai transpor
elektron juga meningkatkan konsumsi O2 dan menghasilkan panas, tetapi ATP tidak dihasilkan.
Sumber:
1. Joko Suyono (ed). Biokimia Kedokteran Dasar. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2000.
2. Lauralee Sherwood. Fisiologi Manusia dari Sel ke Sistem. ed 2. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2001.
3. Robert K. Murray, Daryl K. Granner, dkk. Biokimia Harper. ed 25. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2003.