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.