DIFERENSISASI SEL DAN JARINGAN PADA

ORGANOGENESIS SALURAN PERNAFASAN

Makalah

MATA KULIAH MIOLOGI

Disusun oleh :

Heru Setiawan 24020112410002

MAGISTER BIOLOGI

FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2013

I. Latar Belakang

Sistem pernafasan merupakan salah satu sistem organ yang terdapat pada

manusia, yang terdiri dari saluran dan organ pertukaran udara. Sistem organ

tersebut dimulai dari hidung, faring, laring, trakea, bronkus dan berakhir pada

organ pertukaran udara yang terdiri dari gelembung-gelembung udara pada paru-

paru (Tortora dan Derrickson, 2010). Secara anatomi saluran pernapasan tersebut

dibagi menjadi 2 yaitu saluran pernapasan atas dan saluran pernapasan bawah.

Saluran pernapasan atas meliputi hidung, rongga hidung dan faring, sedangkan

saluran pernafasan bawah tersusun atas laring, trakea, bronkus dan paru-paru.

Sistem pernafasan tersebut merupakan jalan pertukaran udara yang selanjutnya

diperlukan dalam proses metabolisme seluler. Struktur organ dan jaringan yang

komplek menunjukkan proses pembentukannya dalam tahapan embrio yang

komplek pula.

Tahap pembentukan organ dari sistem pernapasan dimulai sejak usia 4

minggu pada masa embrional (Sadler, 2010). Namun pematangan organnya

terutama pematangan alveolus terus berlangsung sampai pada usia fetus 7 bulan.

Bahkan pada periode postnatal sampai minggu ke 3-4 masih terjadi perkembangan

saluran pernafasan (Aven dan Ai, 2013). Sementara itu peningkatan dan

perkembangan endotelial epitel pembuluh kapiler msih terus berlangsung sampai

pada beberapa tahun periode kanak-kanak (Sadler, 2010).

Saluran pernapasan tersusun atas jaringan otot polos yang bekerja secara

tidak sadar, termasuk juga pembuluh darah yang menyusun kapiler pada paru-

paru (Tortora dan Derrickson, 2010). Sebagaimana diketahui bahwa banyak

jaringan yang merupakan turunan dari lapisan mesoderm. Beberapa diantaranya

adalah jaringan otot, mesenkim, jaringan ikat dan juga selaput seperti pleura dan

perikardium. Tetapi pada pembentukan organ saluran pernapasan, asal-usul sel

bukan hanya melibatkan turunan dari mesoderm melainkan juga melibatkan

lapisan endoderm.

Keterlibatan kedua lapisan embrional ini menunjukkan kompleksitas

jaringan dan organ dalam saluran pernafasan. Keseluruhan epitel yang melapisi

bagian dalam dari laring, trakea dan bronkus merupakan turunan dari lapisan

endoderm. Sedangkan jaringan otot kartilago dan jaringan pengikat yang

menyusun saluran pernapasan merupakan turunan dari lapisan mesoderm (Sadler,

2010). Berbagai proses komplek telah mengawali mengawali perpindahan sel

pada masa gastrulasi. Migrasi sel tersebut juga tidak terlepas dari peran gen dan

nutrisi pada periode pembentukan organ.

II. Tujuan

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui:

1. Asal-usul sel dan jaringan khususnya jaringan otot dan jaringan lain pada

umumnya yang menyusun organ-organ pernapasan.

2. Tahapan dalam pembetukan organ pada saluran pernapasan.

III. Pembahasan.

a. Organogenesis Saluran PernapasanOrgan saluran respirasi mamalia terdiri dari trakea dan paru-paru, dimana

kedua organ tersebut muncul dari foregut endorem ventral. Pembentukan

organ-organ pernapasan ini dimulai pada minggu ke 4 setelah pembelahan

embrionik (Sadler, 2010). Proses munculnya tersebut diawali dengan

pembentukan nasib sel pernapasan pada tunas saluran pencernaan (primitive

foregut) (Cardoso dan Lu, 2006). Diferensiasi foregut menjadi beberapa

organ ternasuk hati dan paru-paru dipengaruhi oleh pola-pola gen Fgfs

(fibroblas growth factors) dan gen fgfr (fibroblas growth factor receptor).

Gen Fgfr4 akan menginduksi penentuan nasib sel-sel paru-paru (Cardoso dan

Lu, 2006).

Keterangan:

AP: anteroposterior

Th: tiroid

Tr: trakea

Lu: paru-paru

Li: liver

Pa: pakreaas

Gambar 1. Diferensiasi foregut menjadi beberapa organ

Bagian dinding ventral dari (foregut) akan membentuk tunas paru-paru

(diverticulum) sebagaimana dapat dilihat pada gambar 2. Kemudian diikuti

dengan perkembangan saluran menyerupai pohon yang tersusun atas sel epitel

dan berkas pengangkut. Pada akhir dari sturktur tersebut akan terbentuk

saluran-saluran udara kecil dan kantung udara (alveolus).

Sel-sel epitel yang melingkupi saluran pernafasan (trakea dan alveolus)

berkembang dari endoderm tunas saluran pencernaan (foregut). Sel-sel

endoderm tersebut mengalami diferensiasi sehingga mampu membentuk

berbagai macam jenis sel. Sel-sel mesenkim paru-paru berasal dari lateral

plate mesoderm yang mengalami migrasi dan diferensiasi. Setelah

berdiferensiasi, sel lateral plate itu membentuk jaringan-jaringan otot polos,

jaringan ikat, kartilago dan sistem limfa (Cardoso dan Lu, 2006).

Proses perkembangan organ-organ pernafasan akan terus berlangsung

sampai minggu terakhir sebelum masa kelahiran. Saat memasuki usia tujuh

bulan prenatal, terjadi perubahan sel-sel alveolar dan pembentukan surfaktan.

Surfaktan merupakan cairan yang banyak mengandung fosfolipid yang

berfungsi menurunkan tekanan pada permukaan antar alveolus (Sadler, 2010).

Selanjutnya proses organogenesis dari berbagai organ tersebut akan diuraikan

di bawah ini.

Gambar 2. Pembentukan Tunas Paru-paru

b. Pembentukan LaringLaring merupakan saluran udara masuk dan merupakan pintu atau

saluran pertama dari saluran pernapasan bawah. Laring merupakan organ

yang terusun atas jaringan otot polos dan tulang rawan. Laring menjadi sangat

penting, karena di organ ini juga terdapat pita suara yang akan menghasilkan

suara dengan bantuan getaran yang dihasilkan udara. Sel-sel penyusun lapisan

bagian dalam laring berasal dari endoderm. Sedangkan jaringan tulang rawan

dan jaringan otot berasal dari mesenkim pada lengkung faringeal ke 4 dan 6

(Sadler, 2010), sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3. Celah laringeal

Proses pembetukannya dimulai dari minggu ke 5 setelah fertilisasi, yang

diawali dengan munculnya celah laringotrakeal (laryngotracheal orifice).

Celah laring tersebut dalam perkembangannya berubah menjadi bentuk T

(gambar 4). Mesenkim dari kedua lengkung faringeal (lengkung ke 4 dan 6)

berubah membentuk tiroid, tulang rawan krikoid dan aritenoid. Sel-sel

laringeal juga mengalami perubahan untuk membentuk pita suara.

Gambar 4. Perkembangan celah laring, A.minggu ke 6, B. minggu ke 12.

c. Pembentukan TrakeaPembentukan trakea dimulai dengan pembentukan tunas paru-paru pada

minggu ke 4 masa embrionik. Tunas paru-paru tersebut muncul pada tunas

saluran pencernaan (foregut). Pembentukan tunas paru-paru juga melibatkan

beberapa gen, yaitu gen Fgf (fibroblast growth factor)10 dan Fgfr2b. Gen

Fgf10 akan mempengaruhi terjadinya proliferasi endoderm dalam

pembentukan tunas paru-paru (Cardoso dan Lu, 2006). Tunas paru-paru

tersebut terus tumbuh memanjang membentuk saluran bersama yang disebut

tracheoesophageal. Saluran tersebut merupakan penyatuan antara calon

saluran pencernaan dan calon saluran pernapasan (gambar 5 A dan B).

Dalam perkembangannya, terjadi pemisahan pada saluran

tracheoesophageal (gambar 5 C). Bagian ventral dari tracheoesophageal akan

berkembang menjadi esofagus, sedangkan bagian ventral akan berkembang

menjadi trakea dan tunas paru-paru (Sadler, 2010). Pembentukan saluran

udara juga melibatkan beberapa signal Wnt/β-catenin untuk mengatur

interaksi sel-sel epitel mesenkin. Sel tersebut akan menyebabkan proliferasi,

diferensiasi dan migrasi sel-sel mesenkim untuk membentuk struktur dan

fungsional sel-sel pada saluran udara (De Langhe dan Reynolds, 2008).

Gambar 5. Tahapan pembentukan trakea

d. Pembentukan Bronkus dan Paru-ParuPada saat terjadi pemisahan tracheoesophageal menjadi trakea dan

esofagus, juga disertai terus tumbuhnya tunas paru-paru dan percabangan

trakea. Tunas paru-paru akan berkembang membesar pada permulaan minggu

ke 5 pada masa embrio. Tunas paru-paru tersebut selanjutnya kan

berkembang membentuk paru-paru kanan dan kiri. Perkembangan tersebut

juga diikuti dengan perkembangan bronkus. Pada paru-paru kanan akan

terbentuk 3 cabang bronkus sekunder, sedangkan pada paru-paru kiri akan

terbentuk 2 bronkus sekunder (Sadler, 2010).

Seiring perkembangan embrio, bronkus sekunder akan memunculkan

percabangan yaitu bronkus-bronkus tersier. Pada paru-paru kanan akan

berkembang menjadi 10 bronkus tersier, dan 8 bronkus tersier pada paru-paru

kiri. Perkembangan percabangan tersebut akan terus berlangsung, sehingga

pada akhir bulan ke 6 periode janin akan terbentuk 17 percabangan.

Timbulnya percabangan ini juga melibatkan hormon-hormon Fgf (fibroblast

growth family). Selaput pembungkus paru-paru (pleura) merupakan salah satu

bagian dari paru-paru yang berasal dari lapisan mesoderm.

Gambar 5. Tahapan percabangan bronkus A. usia 5 minggu, B 6 minggu, C 8

minggu

Sadler (2010) menjelaskan bahwa pada usia janin 2 bulan terakhir

sebelum dilahirkan, akan terjadi peningkatan jumlah gelembung-gelembung

alveolus. Perubahan tersebut juga diikuti dengan perubahan sel-sel epitel

alveolus tipe 1 menjadi lebih tipis. Pada usia kehamilan 6 bulan juga

dihasilkan cairan surfaktan dari sel epitel alveolus tipe 2. Cairan surfaktan

tersebut dalam perkembangannya pada minggu-minggu terakhir kehamilan

akan bertindak sebagai makrofag pada cairan amnion dan korion. Sebagai

akibatnya akan dihasilkan prostaglandin yang mendorong kontraksi uterus.

Dalam proses bernafas pertama kali, surfaktan juga berfungsi untuk

menghindari terjadinya tekanan berlebih antara udara dan cairan (darah).

Tanpa adanya cairan surfaktan tersebut maka dapat menyebabkan alveolus

kehilangan elastisitasnya.

IV. Simpulan

Berdasarkan ulasan makalah diatas, maka dapat ditarik beberapa

kesimpulan sebagai berikut:

1. Pembentukan organ-organ pernapasan melibatkan 2 lapisan embrionik yaitu

lapisan endoderm dan mesoderm, lapisan endoderm akan menjadi epitel

lapisan dalam dan mesoderm akan menjadi otot, mesenkim paru-paru,

jaringan ikat dan cincin tulang rawan.

2. Pembentukan organ-organ pernapasan ini dimulai pada minggu ke 4 diawali

dengan pembentukan nasib sel pernapasan pada tunas saluran pencernaan

(foregut) membentuk tunas paru-paru (diverticulum).

3. Pembentukan laring diawali dengan munculnya celah laringotrakeal.

4. Jaringan tulang rawan dan jaringan otot pada laring berasal dari mesenkim

pada lengkung faringeal ke 4 dan 6.

5. Pembetukan trakea diawali dengan pembentukan tracheoesophageal dari

tunas paru-paru, yang selanjutnya terjadi pemisahan.

6. Tunas paru-paru berkembang membesar pada permulaan minggu ke 5, juga

diikuti dengan perkembangan bronkus dan percabangan-percabangannya.

Daftar Pustaka

Aven L, Ai X. 2013. Mechanisms of respiratory innervation during embryonic development. Journal Organogenesis 9: 194-198. PMID: 23974176; http://dx.doi.org/10.4161/org.24842

Cardoso, W dan J. Lu, 2006. Regulation of Early Lung Morphogenesis: Question, Facts and Controversies. Journal Development 133: 1611-1624. doi:10.1242/dev.02310

De Langhe, S. P dan S. D. Reynolds. 2008. Review: Wnt Signaling in Lung Organonenesis. Journals Organogenesis 4 (2): 100-108.

Sadler, T. W. 2010. Langman’s Medical Embryology 11th Edition. USA: Lippocott Williams & Wilkins.

Tortora, G. J dan B. Derrickson. 2010. Introduction To The Human Body: The Essential Of Anatomy And Physiology. USA: John Willey And Sons.