Biologi Sekolah Menengah Atas · Grades 10–12

35Refleks Regang dan Pesan Saraf

Seorang dokter mengetuk tendon tepat di bawah tempurung lututmu dengan sebuah palu karet kecil, dan kakimu menendang ke depan sebelum kamu merasakan apa pun. Tiga puluh milidetik memisahkan ketukan dari tendangannya: terlalu singkat bagi otak, bahkan terlalu singkat bagi sebuah keputusan. Isyaratnya pergi dari otot ke sumsum tulang belakang lalu kembali — sebuah sirkuit berisi dua neuron dan satu sambungan di antaranya — dan sirkuit yang sama itulah yang menjagamu tegak, diam-diam, setiap detik kamu berdiri. Bab ini memakainya untuk memperkenalkan neuron, isyarat listrik yang dibawanya, dan sambungan kimia tempat satu neuron berbicara kepada neuron berikutnya.

35.1 Lengkung refleks

Definisi 35.1 (Refleks)

Sebuah refleks adalah tanggapan sebuah efektor (sebuah otot atau sebuah kelenjar) yang tak disengaja, cepat dan berpola tetap terhadap sebuah rangsangan, yang dihasilkan oleh sirkuit neuron yang tetap, yaitu lengkung refleks, yang berjalan lewat sumsum tulang belakang atau batang otak tanpa memerlukan otak. Refleks regang adalah yang paling sederhana: peregangan mendadak sebuah otot membuat otot itu sendiri berkontraksi.

Proposisi 35.2 (Sirkuit refleks regang)

Lima unsur, menurut urutannya:

reseptornya: kumparan otot, yaitu organ indra kecil yang terletak di antara serat otot, yang ikut teregang ketika ototnya teregang lalu menanggapinya dengan melepaskan isyarat;
neuron sensorik, yang seratnya berjalan dari kumparan itu ke sumsum tulang belakang, masuk lewat akar dorsal; badan selnya terletak di sebuah ganglion di samping sumsumnya;
pusat pemaduan: materi kelabu sumsum tulang belakang, tempat serat sensoriknya bersambung langsung — lewat satu sinapsis tunggal — ke neuron motorik otot yang sama, dan, lewat sebuah neuron perantara, menghambat neuron motorik otot antagonisnya;
neuron motorik, yang seratnya keluar lewat akar ventral lalu berjalan ke ototnya;
efektornya: serat otot, yang berkontraksi.

Sebuah ketukan pada tendon patela meregangkan otot pahanya; kumparannya melepaskan isyarat; neuron motorik otot itu melepaskan isyarat; ototnya berkontraksi dan tungkainya menjulur, sementara otot paha belakangnya disuruh mengendur.

Bukti percobaan. Memotong akar dorsal melenyapkan refleksnya sedangkan ototnya masih dapat dibuat berkontraksi dengan merangsang akar ventralnya; memotong akar ventral melenyapkannya sedangkan serat sensoriknya masih membawa isyarat ketika ototnya diregangkan: lengkungnya punya pintu masuk sensorik dan pintu keluar motorik. Refleksnya bertahan pada hewan yang sumsum tulang belakangnya diputus dari otaknya: otaknya tidak diperlukan. Perekaman dari serat tunggal menunjukkan isyarat kumparannya mulai dalam waktu semilidetik setelah peregangannya, dan neuron motoriknya melepaskan isyarat sekitar semilidetik setelah isyarat sensoriknya tiba — yaitu tundaan satu sinapsis. ∎

Lengkung refleks regang, dilihat pada irisan sumsum tulang belakang. Neuron sensorik kumparannya (biru) masuk lewat akar dorsal lalu bersambung, melalui satu sinapsis (jingga), ke neuron motorik (merah) otot yang sama, yang keluar lewat akar ventral; sebuah interneuron (hijau) menghambat antagonisnya.

Uji sentakan lutut: sebuah ketukan pada tendon patela meregangkan otot pahanya, dan tiga puluh milidetik kemudian tungkainya menendang. Refleks itu memeriksa, dalam sedetik, seluruh lengkungnya dari kumparan sampai otot.

Contoh 35.3 (Untuk apa refleks itu)

Ketika berdiri, kamu berayun; tiap ayunan meregangkan otot pada satu sisi pergelangan kaki, yang kumparannya melepaskan isyarat dan yang kontraksi refleksnya menarikmu kembali sebelum kamu menyadarinya. Ketika membawa nampan, tambahan berat yang mendadak meregangkan otot lenganmu dan refleksnya mengakukan otot itu dalam $30\,\mathrm{ms}$ , sebelum nampannya tumpah. Refleks regang adalah sebuah servomekanisme: ia melawan setiap perubahan panjang sebuah otot, dan otak menyetel kepekaannya untuk menetapkan tonus tubuh — lebih tinggi ketika kamu bersiaga, lebih rendah ketika kamu tidur.

35.2 Neuron dan pesannya

Definisi 35.4 (Neuron)

Sebuah neuron adalah sel yang dikhususkan untuk mengisyaratkan: sebuah badan sel dengan intinya, dendrit yang bercabang untuk menerima isyarat, dan satu serat panjang tunggal, yaitu akson, yang membawa isyarat neuron itu sendiri ke ujungnya — bagi neuron motorik tungkai, sejauh satu meter. Banyak akson terbungkus selubung berlemak, yaitu mielin, yang dibentuk sel pendamping, dan yang mempercepat penghantarannya. Sebuah saraf adalah seberkas ratusan atau ribuan akson.

Sebuah neuron motorik yang diwarnai: badan selnya dengan intinya, dendrit bercabang yang menerima isyarat, dan akson tunggal yang keluar membawa pesan neuron itu sendiri ke sebuah otot.

Proposisi 35.5 (Potensial aksi)

Membran sebuah neuron memuat tegangan listrik: bagian dalamnya sekitar $-70\,\mathrm{mV}$ terhadap bagian luarnya saat istirahat. Pesan saraf adalah sederet potensial aksi: pembalikan singkat tegangan itu, yang masing-masing naik sampai sekitar $+30\,\mathrm{mV}$ dan kembali dalam semilidetik, dan yang berjalan sepanjang aksonnya tanpa melemah. Sebuah potensial aksi bersifat semua atau tak sama sekali: rangsangan di bawah sebuah ambang tak menghasilkan apa-apa, dan rangsangan mana pun di atasnya menghasilkan isyarat berukuran penuh yang sama. Karena itu kuatnya sebuah rangsangan tersandi bukan pada besar isyaratnya melainkan pada frekuensinya: regangan yang lebih kuat membuat kumparannya melepaskan lebih banyak potensial aksi tiap detik.

Bukti percobaan. Mikroelektrode yang ditusukkan ke dalam sebuah akson merekam tegangan istirahatnya dan, ketika selnya melepaskan isyarat, paku yang identik yang bentuknya tak berubah oleh rangsangannya maupun oleh jarak yang ditempuhnya. Perekaman dari serat kumparan tunggal selama regangan yang makin kuat menunjukkan paku berukuran tetap dengan laju yang naik dari beberapa sampai beberapa ratus tiap detik. Rangsangan yang tepat di bawah ambangnya sama sekali tak memberi paku; melipatduakan rangsangan yang sudah di atas ambangnya mengubah lajunya, tak pernah tingginya. ∎

Sebuah potensial aksi yang direkam di dalam sebuah akson: dari -70\, mV saat istirahat, naik cepat melewati ambangnya sampai sekitar +30\, mV, kembali di bawah taraf istirahatnya, lalu pulih — semuanya dalam sekitar dua milidetik. Setiap potensial aksi sebuah neuron tertentu berbentuk sama. — Sebuah potensial aksi yang direkam di dalam sebuah akson: dari $-70\,\mathrm{mV}$ saat istirahat, naik cepat melewati ambangnya sampai sekitar $+30\,\mathrm{mV}$ , kembali di bawah taraf istirahatnya, lalu pulih — semuanya dalam sekitar dua milidetik. Setiap potensial aksi sebuah neuron tertentu berbentuk sama.

Penyandian frekuensi. Serat kumparan yang sama direkam selama tiga regangan: pakunya identik, dan hanya lajunya yang berubah — sekitar 60, 120 dan 240 tiap detik di sini.

Contoh 35.6 (Kelajuan)

Potensial aksi berjalan $1\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ pada serat tipis tanpa mielin dan sampai $100\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ pada serat tebal bermielin milik refleks regang. Dari lutut ke sumsum tulang belakang lalu kembali kira-kira $1.5\,\mathrm{m}$ : sekitar $15\,\mathrm{ms}$ perjalanan, yang ditambah lagi $15\,\mathrm{ms}$ oleh tanggapan kumparannya, satu sinapsis dan pengaktifan ototnya — itulah $30\,\mathrm{ms}$ sentakan lutut. Pesan dari sebuah jari kaki ke otak, sejauh $1.8\,\mathrm{m}$ , memakan sekitar $20\,\mathrm{ms}$ ; keputusan untuk menggerakkannya, dan pelaksanaannya, sekitar $150\,\mathrm{ms}$ lagi.

35.3 Sinapsis

Definisi 35.7 (Sinapsis dan neurotransmiter)

Sebuah sinapsis adalah sambungan tempat ujung akson satu neuron bertemu sel berikutnya — sebuah neuron atau sebuah serat otot — menyeberangi celah selebar sekitar $20\,\mathrm{nm}$ , yaitu celah sinapsis. Isyaratnya tidak melompati celah itu secara listrik: potensial aksi yang tiba membuat ujungnya melepaskan, dari vesikel kecil, sebuah pembawa pesan kimia, yaitu neurotransmiter, ke dalam celahnya; neurotransmiter itu mengikat reseptor pada membran sel penerimanya, yang lalu mengubah tegangan sel itu; ia kemudian dihancurkan atau ditarik kembali dalam beberapa milidetik. Sinapsis mengubah pesan listrik menjadi pesan kimia lalu kembali lagi, dan banyaknya transmiter yang dilepaskan — yang ditetapkan oleh frekuensi potensial aksi yang tiba — menyandikan kuatnya pesan itu.

Sebuah sinapsis. Potensial aksi yang mencapai ujungnya membuat vesikel melepaskan neurotransmiter ke dalam celahnya; transmiter itu mengikat reseptor pada sel penerima lalu mengubah tegangannya; enzim kemudian menghancurkannya. Pesannya menyeberang sebagai zat kimia, hanya ke satu arah.

Proposisi 35.8 (Eksitasi, inhibisi, dan sambungan ototnya)

Bergantung pada transmiternya dan reseptornya, sebuah sinapsis merangsang neuron penerimanya (membawanya menuju ambangnya) atau menghambatnya (menjauhkannya). Refleks regang memakai keduanya: perangsangan neuron motorik otot itu sendiri, dan penghambatan neuron motorik antagonisnya lewat interneuron. Pada sambungan neuromuskular, yaitu sinapsis antara sebuah neuron motorik dan sebuah serat otot, transmiternya adalah asetilkolina: tiap potensial aksi neuron motorik melepaskannya cukup banyak untuk memicu seratnya, yang lalu berkontraksi. Sebuah neuron motorik dan serat yang diperintahnya membentuk sebuah unit motorik; gaya sebuah otot ditetapkan oleh berapa banyak unit yang memicu dan seberapa cepat.

Bukti percobaan. Asetilkolina yang diterapkan pada sebuah serat otot membuatnya berkontraksi; kurare, racun panah itu, mengikat reseptor asetilkolina seratnya tanpa mengaktifkannya lalu melumpuhkan setiap otot sementara sarafnya terus melepaskan isyarat; toksin botulisme menghambat pelepasan vesikelnya dan melumpuhkan dengan cara serupa; sebuah insektisida yang menghambat enzim penghancur asetilkolina membuat ototnya berkontraksi tanpa kendali. Striknina menghambat sinapsis penghambat sumsum tulang belakang, sehingga tiap regangan memicu kontraksi ototnya sekaligus antagonisnya: kejang. Tiap racun itu menamai sebuah langkah sambungannya dengan menyingkirkannya. ∎

Metode 35.9 (Menganalisis sebuah refleks atau sebuah racun)

Lacaklah lengkungnya: reseptor, neuron sensorik, pusat, neuron motorik, efektor; kenali unsur mana yang dikenai sebuah lesi atau sebuah obat.
Pada tiap neuron, tanyakan apa yang tersandi — yaitu frekuensi potensial aksinya — dan pada tiap sinapsis, apa yang membawa pesannya — yaitu transmiternya dan jumlahnya.
Untuk sebuah racun, temukan langkahnya: pelepasan transmiternya, reseptornya, penghancuran transmiternya, atau sebuah sinapsis penghambat; ramalkan kelumpuhan (tak ada yang lolos) atau kejang (tak ada yang dihentikan).
Hitunglah waktunya: jarak dibagi kelajuan penghantaran, ditambah sekitar semilidetik tiap sinapsis.

Catatan 35.10 (Sebuah pesan yang tersusun dari paku yang sama)

Setiap pesan di dalam sistem saraf — regangan kumparannya, cahaya retinanya, perintah otak untuk bergerak — tersusun dari potensial aksi semua-atau-tak-sama-sekali yang sama, yang berbeda hanya pada lajunya dan pada kabel yang membawanya; maknanya terletak pada neuron mana yang melepaskan isyarat, bukan pada apa yang dilepaskannya. Dan pada setiap sinapsis pesan itu menjadi sedosis zat kimia, dan itulah sebabnya sebuah molekul — sebuah transmiter, sebuah racun, sebuah obat — dapat masuk ke percakapannya di titik mana pun. Bab terakhir mengikuti paku dan sinapsis yang sama itu naik ke dalam otak, dan perintah yang turun kembali.

35.4 Latihan

Latihan 35.1 ★

Sebutkan kelima unsur lengkung refleks regang, menurut urutannya.

Solusi

Solusi Latihan 35.1.

Reseptor (kumparan otot), neuron sensorik, pusat pemaduan (materi kelabu sumsum tulang belakang, satu sinapsis), neuron motorik, dan efektornya (ototnya).

Latihan 35.2 ★

Uraikan bagian sebuah neuron dan arah perjalanan pesannya.

Solusi

Solusi Latihan 35.2.

Sebuah badan sel dengan intinya, dendrit yang menerima isyarat, dan satu akson (sering bermielin) yang membawa pesan neuron itu ke ujungnya. Pesannya berjalan dari dendrit dan badan sel sepanjang aksonnya menuju ujungnya.

Latihan 35.3 ★

Apa itu potensial aksi? Apa arti “semua atau tak sama sekali”, dan bagaimana kuatnya rangsangan tersandi?

Solusi

Solusi Latihan 35.3.

Pembalikan singkat tegangan membrannya, dari $-70\,\mathrm{mV}$ menjadi sekitar $+30\,\mathrm{mV}$ lalu kembali dalam semilidetik, yang berjalan sepanjang aksonnya tanpa berubah. Semua atau tak sama sekali: di bawah ambangnya tak ada apa-apa, di atasnya selalu isyarat penuh yang sama. Kuatnya tersandi pada frekuensi potensial aksinya.

Latihan 35.4 ★

Uraikan peristiwa pada sebuah sinapsis, dari tibanya potensial aksi sampai tanggapan sel penerimanya.

Solusi

Solusi Latihan 35.4.

Potensial aksi mencapai ujungnya; vesikelnya melepaskan neurotransmiter ke dalam celahnya; transmiter itu mengikat reseptor pada sel penerimanya, lalu mengubah tegangannya (menuju atau menjauhi ambangnya); ia kemudian dihancurkan atau ditarik kembali.

Latihan 35.5 ★

Transmiter mana yang bekerja pada sambungan neuromuskular, dan apa yang dilakukan kurare serta toksin botulinum terhadapnya?

Solusi

Solusi Latihan 35.5.

Asetilkolina. Kurare menempati reseptornya pada ototnya tanpa mengaktifkannya; toksin botulinum mencegah pelepasannya dari vesikelnya. Keduanya melumpuhkan.

Latihan 35.6 ★★

Dari gambar penyandian frekuensi, cacahlah pakunya dalam $100\,\mathrm{ms}$ bagi tiap regangan lalu sebutkan lajunya. Apa yang tidak berubah antara barisnya?

Solusi

Solusi Latihan 35.6.

6, 12 dan 24 paku dalam $100\,\mathrm{ms}$ : 60, 120 dan 240 tiap detik. Ukuran dan bentuk pakunya tidak berubah.

Latihan 35.7 ★★

Waktu tunda sentakan lutut $30\,\mathrm{ms}$ untuk lintasan sepanjang $1.5\,\mathrm{m}$ . Jika sinapsis dan pengaktifan ototnya bersama-sama memakan $12\,\mathrm{ms}$ , hitunglah kelajuan penghantaran seratnya.

Solusi

Solusi Latihan 35.7.

Waktu penghantarannya $30 - 12 = 18\,\mathrm{ms}$ untuk $1.5\,\mathrm{m}$ : sekitar $83\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ .

Latihan 35.8 ★★

Jelaskan mengapa memotong akar dorsal melenyapkan refleksnya tetapi tidak kesanggupan ototnya berkontraksi, sedangkan memotong akar ventral melenyapkan keduanya.

Solusi

Solusi Latihan 35.8.

Akar dorsal membawa serat sensoriknya: bila dipotong, pesan regangannya tak pernah mencapai sumsumnya, tetapi neuron motorik dan seratnya utuh dan masih dapat dirangsang untuk mengontraksikan ototnya. Akar ventral membawa serat motoriknya: bila dipotong, sama sekali tak ada yang dapat mencapai ototnya dari sumsumnya.

Latihan 35.9 ★★

Mengapa otot antagonisnya harus dihambat selama refleksnya? Unsur mana pada lengkungnya yang melakukannya, dan lewat sinapsis macam apa?

Solusi

Solusi Latihan 35.9.

Bila antagonisnya ikut berkontraksi, ia akan melawan geraknya lalu meregangkan dirinya sendiri, sehingga memicu refleksnya sendiri — sebuah tarik tambang. Interneuron sumsumnyalah yang menghambat, lewat sebuah sinapsis penghambat pada neuron motorik antagonisnya.

Latihan 35.10 ★★

Sebuah rangsangan sebesar 2 satuan tepat berada pada ambang sebuah neuron dan memberi satu potensial aksi sebesar $100\,\mathrm{mV}$ . Ramalkan isyarat bagi rangsangan sebesar 1, 4 dan 8 satuan.

Solusi

Solusi Latihan 35.10.

1 satuan: tak ada apa-apa (di bawah ambangnya). 4 dan 8 satuan: potensial aksi sebesar $100\,\mathrm{mV}$ yang sama, tetapi pada frekuensi yang lebih tinggi, dan lebih tinggi untuk 8 daripada untuk 4.

Latihan 35.11 ★★

Jelaskan mengapa pesannya menyeberangi sebuah sinapsis hanya ke satu arah, dan mengapa pesan itu tertunda di sana sekitar semilidetik.

Solusi

Solusi Latihan 35.11.

Hanya ujungnya yang memuat vesikel transmiter dan hanya membran penerimanya yang memuat reseptor, sehingga zat kimianya hanya dapat bekerja satu arah. Melepaskan transmiternya, difusinya menyeberangi celahnya dan tanggapan reseptornya memakan sekitar semilidetik.

Latihan 35.12 ★★★

Sebuah insektisida menghambat enzim penghancur asetilkolina. Ramalkan pengaruhnya pada sambungan neuromuskular dan pada pernapasan, lalu jelaskan mengapa obat yang menghambat reseptor asetilkolina dipakai sebagai penawar pada dosis yang diukur cermat.

Solusi

Solusi Latihan 35.12.

Asetilkolina menumpuk di sambungannya lalu terus memicu seratnya: kedutan, lalu kontraksi yang menetap dan kelelahan ototnya, termasuk otot pernapasannya — kematian oleh sesak napas. Sebuah penghambat reseptor (obat semacam atropina) mengurangi rangsangan yang berlebihan itu; terlalu sedikit membiarkan keracunannya, terlalu banyak melumpuhkan seperti kurare, jadi dosisnya harus pas.

Latihan 35.13 ★★★

Striknina menghambat sinapsis penghambat di sumsum tulang belakang. Dengan memakai lengkung refleksnya, jelaskan mengapa sentuhan ringan lalu memicu kejang seluruh tubuh.

Solusi

Solusi Latihan 35.13.

Tiap masukan sensorik merangsang neuron motoriknya dan, dalam keadaan normal, menghambat neuron antagonisnya lewat interneuron. Dengan penghambatan yang tersumbat, sebuah sentuhan merangsang kedua sisi tiap sendi dan rangsangannya menyebar tanpa lawan di dalam sumsumnya: semua otot berkontraksi sekaligus, dan kejangnya meregangkan otot lain yang refleksnya menambahi kejang itu.

Latihan 35.14 ★★★

Seseorang dengan mielin yang rusak punya waktu tunda sentakan lutut $60\,\mathrm{ms}$ alih-alih 30. Hitunglah kelajuan penghantaran yang tersirat (dengan angka pada latihan 7) lalu jelaskan mengapa mielin itu penting.

Solusi

Solusi Latihan 35.14.

Waktu penghantarannya $60 - 12 = 48\,\mathrm{ms}$ untuk $1.5\,\mathrm{m}$ : sekitar $31\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ , sepertiga taraf normal. Mielin membiarkan potensial aksinya melompat di antara sela pada selubungnya alih-alih berjalan malar; tanpanya seratnya menghantarkan seperti serat tipis tanpa mielin.

Latihan 35.15 ★★★

“Sumsum tulang belakang hanyalah kabel antara otak dan tubuh.” Tulis ulang dengan benar dalam satu paragraf, dengan memakai refleksnya, interneuronnya, dan hewan yang sumsumnya diputus dari otaknya.

Solusi

Solusi Latihan 35.15.

Sumsumnya memang membawa pesan antara otak dan tubuh, tetapi ia juga mengolahnya: materi kelabunya memuat sinapsis lengkung refleksnya, tempat sebuah regangan diubah menjadi sebuah kontraksi dan, lewat interneuron, menjadi penghambatan antagonisnya, tanpa satu pesan pun mencapai otak. Hewan yang sumsumnya diputus dari otaknya masih menarik kakinya dari cubitan dan masih menunjukkan sentakan lutut: sumsumnya sebuah pusat, bukan sekadar sebuah kabel.

35.5 Soal: Tiga Puluh Milidetik

Soal 35.1

Soal akhir pekan — sentakan lutut diukur waktunya lalu dibongkar: sandi kumparannya, kelajuan seratnya, tundaan sinapsisnya, kimia sambungannya, dan racun yang menamai tiap langkahnya

Elektrode merekam kegiatan listrik otot paha seorang subjek (sebuah elektromiogram) sementara tendon patelanya diketuk. Isyarat ototnya mulai $30\,\mathrm{ms}$ setelah ketukannya; tungkainya bergerak $20\,\mathrm{ms}$ kemudian. Jarak dari tendonnya ke sumsum tulang belakang sepanjang sarafnya adalah $75\,\mathrm{cm}$ , dan sama jauhnya untuk kembali.

Bagian I — Waktunya.

Hitunglah panjang seluruh lintasan saraf refleksnya.
Ambillah tanggapan kumparannya dan pengaktifan ototnya masing-masing memerlukan $4\,\mathrm{ms}$ , dan sinapsisnya $1\,\mathrm{ms}$ . Berapa banyak dari $30\,\mathrm{ms}$ itu yang berupa penghantaran, dan berapa kelajuan penghantarannya?
Pada subjek yang $20\,\mathrm{cm}$ lebih tinggi, dengan serat yang sama, ramalkan waktu tundanya.
Mengapa tungkainya bergerak $20\,\mathrm{ms}$ setelah isyarat listrik ototnya mulai?
Seorang subjek diberi tahu untuk menanti ketukannya dan “memikirkan” cara menghentikan tendangannya; tendangannya tetap sama. Jelaskan dengan waktu sebuah pesan menuju dan dari otak ( $1.2\,\mathrm{m}$ serat lagi, dan beberapa sinapsis).

Bagian II — Sandinya. Serat kumparannya melepaskan 20 potensial aksi tiap detik saat istirahat, dan 200 selama ketukannya.

Berapa potensial aksi yang dikirim kumparannya dalam $10\,\mathrm{ms}$ setelah ketukannya? Apa yang berubah antara istirahat dan ketukan, dan apa yang tidak?
Tiap potensial aksi yang tiba di sinapsisnya melepaskan sejumlah tetap transmiter. Berapa kali lipat kenaikan transmiter yang dilepaskan tiap detik selama ketukannya?
Neuron motoriknya hanya melepaskan isyarat bila cukup banyak transmiter tiba dalam beberapa milidetik. Jelaskan mengapa laju istirahatnya tak membuat ototnya berkontraksi, sedangkan laju ketukannya membuatnya berkontraksi.
Ketukan yang lebih lembut memberi 100 tiap detik. Ramalkan tanggapan neuron motoriknya dan kuat tendangannya, dengan memakai unit motorik.
Jelaskan mengapa pesan sebuah kumparan tak mungkin tersandi pada besar potensial aksinya.

Bagian III — Sambungannya.

Sebutkan transmiter pada sambungan neuromuskular lalu uraikan nasibnya setelah bekerja.
Kurare disuntikkan: elektromiogramnya tak menunjukkan isyarat setelah ketukannya, tetapi sarafnya masih membawa potensial aksi. Langkah mana yang terhambat?
Toksin botulinum, sebagai gantinya: elektromiogram yang sama, isyarat saraf yang sama. Langkah mana, dan bagaimana kamu akan membedakan keduanya di laboratorium?
Sebuah anestetik menghambat potensial aksi pada serat sensoriknya. Perekaman mana yang lenyap, dan mana yang tetap ada?
Jelaskan mengapa ketiganya menghasilkan tungkai yang lemas tetapi lewat tiga mekanisme yang berbeda.

Bagian IV — Pusatnya.

Selama tendangannya, elektromiogram otot paha belakangnya senyap, dan bahkan turun di bawah taraf istirahatnya. Jelaskan dengan memakai interneuronnya.
Seorang pasien yang sumsum tulang belakangnya terputus di atas aras refleksnya masih punya sentakan lutut — yang bahkan berlebihan. Apa yang ditunjukkan hadirnya refleks itu, dan apa yang disiratkan berlebihannya tentang peran normal otaknya?
Pada pasien yang refleksnya hilang pada satu sisi, daftarkan unsur lengkungnya yang mungkin rusak, dan satu uji untuk menemukan letak kerusakannya.
Mengapa dokter menguji refleks ini secara rutin, dalam beberapa detik, pada setiap pasien?
Nyatakan hasilnya: kelajuan penghantaran serat refleksnya, besaran yang menyandikan kuatnya regangan, dan satu langkah kimia tempat kurare bekerja.

Solusi

Solusi Soal 35.1.

1. $0.75 + 0.75 = 1.5\,\mathrm{m}$ .

2. $30 - 4 - 4 - 1 = 21\,\mathrm{ms}$ penghantaran: $1.5/0.021 \approx 70\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ .

3. Sekitar $10\,\mathrm{cm}$ lebih tiap arah, $0.2\,\mathrm{m}$ seluruhnya: $0.2/70 \approx 3\,\mathrm{ms}$ lebih, jadi sekitar $33\,\mathrm{ms}$ .

4. Isyarat listriknya adalah pengaktifan seratnya; kontraksinya sendiri — meluncurnya filamen dan tarikan pada tendonnya — memakan puluhan milidetik untuk membangun gaya yang cukup menggerakkan tungkainya.

5. Pesan dari sumsumnya ke otak dan perintah yang kembali menempuh $1.2\,\mathrm{m}$ pada sekitar $70\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ — $17\,\mathrm{ms}$ — ditambah beberapa sinapsis dan pengolahan otaknya sendiri: sekurang-kurangnya $50\,\mathrm{ms}$ , dan sebuah keputusan jauh lebih lama. Tendangannya sudah selesai sebelum isyarat otak mana pun dapat mencapai neuron motoriknya.

6. Pada 200 tiap detik, 2 potensial aksi dalam $10\,\mathrm{ms}$ (0.2 saat istirahat). Lajunya berubah; ukuran dan bentuk tiap pakunya tidak.

7. Sebesar 10 kali lipat.

8. Pada 20 tiap detik, dosis transmiternya berjarak $50\,\mathrm{ms}$ dan masing-masing memudar sebelum yang berikutnya datang; neuron motoriknya tak pernah mencapai ambangnya. Pada 200 tiap detik dosisnya tiba berjarak $5\,\mathrm{ms}$ lalu menjumlah: ambangnya terlewati dan neuron motoriknya pun melepaskan isyarat.

9. Lebih sedikit neuron motorik yang mencapai ambangnya dan masing-masing melepaskan lebih sedikit potensial aksi: lebih sedikit unit motorik yang berkontraksi, pada laju yang lebih rendah, dan tendangannya pun lebih lemah.

10. Potensial aksi bersifat semua atau tak sama sekali: besarnya ditetapkan oleh neuronnya, sehingga besar itu tak membawa keterangan tentang rangsangannya. Hanya lajunya yang dapat berubah.

11. Asetilkolina; setelah mengikat reseptornya, ia dihancurkan dalam beberapa milidetik oleh sebuah enzim di dalam celahnya.

12. Reseptor serat ototnya: asetilkolinanya dilepaskan tetapi tak dapat bekerja.

13. Pelepasan asetilkolina dari vesikelnya. Di laboratorium, asetilkolina yang diterapkan langsung pada ototnya akan membuatnya berkontraksi di bawah toksin botulinum (reseptornya bebas) tetapi tidak di bawah kurare (reseptornya terhambat).

14. Potensial aksi serat sensoriknya dan, karena tak ada yang mencapai sumsumnya, juga potensial aksi neuron motorik serta elektromiogramnya; ototnya masih berkontraksi bila sarafnya dirangsang di bawah sumbatannya.

15. Kurare menyumbat penerimaannya, toksin botulinum menyumbat pelepasannya, anestetiknya menyumbat penghantarannya: tiga langkah, satu otot yang senyap.

16. Serat sensoriknya juga merangsang sebuah interneuron yang menghambat neuron motorik otot paha belakangnya; kegiatan istirahatnya ditekan, dan antagonisnya mengendur di bawah tonus istirahatnya.

17. Refleksnya hanya memerlukan sumsumnya, yang masih utuh pada aras itu. Berlebihannya menunjukkan bahwa otak biasanya mengirim isyarat yang meredam refleks itu; tanpanya lengkungnya berjalan pada kepekaan penuh.

18. Kumparannya, saraf sensorik atau akar dorsalnya, materi kelabu sumsumnya pada aras itu, saraf motorik atau akar ventralnya, atau ototnya sendiri. Merangsang saraf motoriknya langsung lalu merekam ototnya memberi tahu apakah sisi motoriknya bekerja; merekam saraf sensoriknya selama sebuah regangan memberi tahu apakah sisi sensoriknya bekerja.

19. Refleks itu menguji, dalam satu ketukan, seluruh lengkungnya — saraf sensorik, sumsum, saraf motorik, otot — dan peredaman oleh otaknya: refleks yang hilang, lemah atau berlebihan menunjuk sebuah aras sistem sarafnya sebelum tanda lain mana pun.

20. Sekitar $70\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ ; frekuensi potensial aksi kumparannya; dan pengikatan asetilkolina pada reseptor ototnya.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 479 istilah di glosarium