Kontrol Dan Sistem Gerak Pada Manusia
Kontrol Dan Sistem Gerak Pada Manusia – Proses kontrol hadir dalam sistem biologis dengan input dan output mereka sendiri. Secara khusus, tubuh manusia dan lingkungan dirasakan oleh transduser alami, yang memberikan impuls saraf ke area khusus korteks serebral.
Setelah diinterpretasikan oleh otak, perintah dikirim ke otot untuk berkontraksi dan kelenjar mengeluarkan, dengan tujuan untuk mempertahankan homeostasis. Proses otomatis ini mengendalikan berbagai mekanisme dalam tubuh manusia.
Sistem saraf
Tubuh manusia adalah mesin kompleks yang memiliki banyak sub sistem yang saling berinteraksi dan kontrol utama untuk membuat interaksi ini menjadi efisien sistem saraf.
Untuk kontrol yang efektif, sistem saraf mengambil input dari semua sensor dalam tubuh. Sensor mengirim informasi melalui impuls saraf yang melakukan perjalanan ke otak melalui sumsum tulang belakang. Kemudian, sesuai dengan sifat rangsangan, ada reaksi yang dikirim ke efektor: kontraksi di otot dan sekresi di kelenjar.
Sistem saraf dijelaskan oleh dua komponen utama: sistem saraf pusat (SSP) yang terintegrasi oleh otak dan sumsum tulang belakang, dan sistem saraf tepi (PNS) yang mencakup neuron sensorik, ganglia dan saraf yang terhubung ke SSP. Kedua sistem bekerja bersama untuk mengambil informasi dari kondisi tubuh saat ini dan dari lingkungan. Otak adalah pusat kontrol utama dan menafsirkan semua informasi yang dikumpulkan.
Komunikasi antara tubuh dan otak dilakukan melalui PNS. PNS dibagi menjadi sistem saraf somatik dan otonom. Sistem saraf somatik atau sukarela terdiri dari saraf yang menghubungkan sumsum tulang belakang dengan efektor otot dan reseptor sensorik. Sistem saraf otonom mengatur proses yang tidak disengaja seperti laju pernapasan atau tekanan darah. Klasifikasi ini memungkinkan untuk membedakan karakteristik kontrol manusia.
Kontrol fisiologis otonom
Sebelum menjelaskan sistem ini, perlu untuk menyatakan beberapa perbedaan antara kontrol konvensional dan fisiologis. Pertama, dalam kontrol konvensional, ini dimaksudkan untuk merancang untuk menyelesaikan tugas tertentu dan menyempurnakan parameter yang diperlukan untuk hasil yang optimal. Sebagai perbandingan, kontrol fisiologis adalah serbaguna dan menyelesaikan banyak tugas pada saat yang bersamaan.
Kedua, sistem konvensional didefinisikan dengan baik dan variabel keadaannya mungkin independen. Sebaliknya, sistem fisiologis biasanya tidak diketahui dan sulit dianalisis, karena sistem ini sangat tergantung satu sama lain. Selanjutnya, dalam kontrol konvensional, adalah normal bahwa umpan balik langsung dikurangi dari input, dan di bawah skema ini, jelas penggunaan umpan balik.
Namun, dalam sistem fisiologis, umpan balik tertanam di dalam pabrik dan tidak diamati dengan jelas. Terakhir, dimaksudkan agar sistem teknik tidak berubah seiring waktu; sementara itu, sistem fisiologis adaptif dengan lingkungan yang berubah.
Untuk mengembangkan aktivitas sehari-hari, manusia perlu mengontrol asupan dan pengambilan energi dalam sistem. Tubuh mengubah makanan yang dikonsumsi dan menghirup udara menjadi energi yang dibutuhkan. Agar konversi ini bekerja, diperlukan suatu sistem untuk mengambil makanan, yang lain untuk mengubahnya, yang lain untuk mendistribusikannya dan satu lagi untuk mengendalikan semuanya.
Faktanya, konversi ini dilakukan oleh sistem pencernaan, kardiovaskular dan pernapasan dan dikendalikan oleh sistem saraf. Meskipun ada banyak sistem lain untuk mengendalikan proses dalam tubuh manusia (mis. Sistem reproduksi, limfatik, endokrin, dll.), Mereka tidak akan dibahas dalam bab ini karena kekhususannya.
Homeostasis
Homeostasis adalah pemeliharaan stabil, kondisi internal tubuh manusia dalam batas-batas tertentu [7-9, 27]. Untuk mempertahankan kondisi ini, diperlukan umpan balik negatif dan positif. Umpan balik negatif bekerja dengan mendeteksi perubahan menggunakan mekanisme penginderaan atau reseptor, dan dengan demikian, pusat kontrol mengevaluasi perubahan dan mengaktifkan mekanisme untuk memperbaikinya. Setelah kondisinya kembali normal.
Contoh bagaimana tubuh manusia mempertahankan homeostasis menggunakan umpan balik negatif adalah konsentrasi glukosa pada darah. Setelah makan, tubuh meningkatkan glukosa dengan penyerapan dari jalur pencernaan.
Untuk mengkompensasi asupan glukosa ini, sel-sel alfa di pankreas mengeluarkan insulin, suatu zat yang merangsang sel-sel hati dan otot untuk menyerap kelebihannya. Selain itu, setelah aktivitas tertentu glukosa dapat turun, dalam hal ini sel beta di pankreas mengeluarkan glukagon, yang merangsang hati untuk melepaskan glukosa yang disimpan. Setelah kadarnya kembali normal, sekresi glukagon berhenti.
Umpan balik positif meningkatkan kondisi di luar batas normal: saat melahirkan, hormon (oksitosin) dilepaskan untuk mengintensifkan dan mempercepat setiap kontraksi. Peningkatan kontraksi melepaskan lebih banyak hormon, mengintensifkan dan mempercepat lebih banyak lagi. Siklus berhenti begitu anak lahir dan umpan balik positif berhenti. Contoh lain dari umpan balik positif adalah laktasi dan pembekuan darah di mana produksi tambahan diperlukan.
Kontrol sistem pencernaan
Sistem pencernaan mengontrol pemecahan makanan menjadi molekul-molekul kecil, yang dapat diserap oleh tubuh. Ini dilakukan selama beberapa proses.
Konsumsi makanan diikuti oleh propulsi, yang dilakukan dengan menggerakkan makanan di sepanjang jalur pencernaan dengan berkontraksi dan mengendurkan otot-otot halus. Di dalam tubuh, makanan dipisahkan menjadi molekul yang lebih kecil dengan gerakan mekanis dan dekomposisi kimia.
Akibatnya, nutrisi dapat diserap oleh difusi atau transportasi aktif ke aliran darah. Bahan yang tidak diserap dibuang melalui anus. Sistem pencernaan terdiri dari mulut, faring, kerongkongan, lambung, usus kecil dan usus besar.
Ini juga dapat menggunakan organ aksesori seperti gigi dan lidah, kelenjar ludah, hati, kantong empedu dan pankreas. Regulasi sistem pencernaan dikendalikan oleh refleks saraf dan hormon (gastrin, sekretin, kolesistokinin, dan glukosa insulinotropik peptida).
Beberapa fungsi hormon ini adalah mengatur nafsu makan jika lambung penuh (CCK), mengatur insulin yang dilepaskan ke dalam tubuh dengan mendeteksi kadar gula dalam duodenum (Glukosa insulinotropic peptide), mengubah mobilitas lambung jika makanan terdeteksi di perut bagian bawah (Gastrin), beradaptasi empedu sebagai konsekuensi dari keasaman dalam duodenum (Secretin) dan banyak lainnya.
Perlu disebutkan bahwa itu bukan tugas yang unik dan bahwa hormon-hormon ini beradaptasi dan memberi kompensasi satu sama lain untuk bekerja lebih baik.
Kontrol kardiovaskular
Sistem kardiovaskular terdiri dari darah, pembuluh darah dan jantung. Ini bertugas mendistribusikan nutrisi, hormon dan oksigen ke seluruh tubuh, serta menghilangkan sisa metabolisme. Ini juga mengatur suhu, membantu melindungi tubuh dan mengatur pH.
Dalam situasi normal, jantung berdetak tanpa kendali saraf; tetapi, ketika ada perubahan karena latihan atau trauma, itu diubah oleh pusat kardiovaskular yang terletak di dalam medula. Respons refleks terjadi ketika ada perubahan tekanan darah atau kimia dalam tubuh.
Ini membuat pusat kardiovaskular untuk menstimulasi atau menghambat pusat cardioacceleratory, pusat cardioinhibitory dan pusat vasomotor hingga tercapai keseimbangan atau homeostasis.
Kontrol pernapasan
Respirasi adalah asupan udara, untuk menyerap oksigen yang diperlukan untuk proses metabolisme dalam tubuh. Respirasi dilakukan oleh kontraksi otot-otot interkostal dan diafragma. Area di otak yang bertugas merangsang kontraksi disebut pusat pernapasan.
Pusat-pusat ini adalah pusat inspirasi meduler, pheumotaxic dan daerah apneustik. Pusat inspirasi meduler, yang terletak di medula oblongata, mengontrol kontraksi dengan menstimulasi saraf otot interkostal eksternal dan diafragma.
Kadaluwarsa terjadi ketika otot-otot rileks, kecuali jika pernapasan terjadi dengan cepat; dalam kasus ini, ekspirasi dilakukan dengan menstimulasi otot ekspirasi: otot interkostal internal dan otot perut. Area pheumotaxic dan apneustic bertugas menghambat atau menstimulasi pusat inspirasi, pertama untuk menghindari paru-paru karena inflating berlebihan dan kedua untuk memperpanjang kontraksi otot-otot inspirasi.
Ada tiga sensor yang memiliki pengaruh terhadap rangsangan yang dihasilkan oleh pusat pernapasan: reseptor peregangan, pusat dan reseptor kemoreseptor perifer. Reseptor peregangan, yang terletak di dinding bronkus dan bronkiolus, menginformasikan ketika paru-paru diperluas ke batas fisiknya, menghentikan stimulasi pada otot inspirasi dan mulai kedaluwarsa.
Kemoreseptor sentral mengirimkan sinyal untuk meningkatkan asupan udara ketika mereka mendeteksi perubahan keasaman cairan serebrospinal, yang disebabkan oleh masuknya CO2 dari plasma. Akhirnya, chemoreceptor perifer memantau keasaman dalam darah yang disebabkan oleh peningkatan pH atau pCO2, atau penurunan pO2.
Sistem neuromuskuloskeletal
Sistem kerangka dan otot manusia menciptakan kekuatan untuk melakukan beberapa tugas. Secara umum, sistem ini adalah sistem yang memungkinkan kita berinteraksi secara langsung. Untuk mengaktifkan otot, diperlukan arus listrik yang berasal dari sistem saraf, yang dapat dilihat sebagai alat kontrol yang memiliki sistem penghubung (segmen tubuh), aktuator (otot), sensor (sensor proprioseptif dan taktil, sistem visual dan vestibular) dan pengontrol (CNS).
CNS mengendalikan sistem melalui “kabel” yang mengalirkan arus listrik yang disebut Saraf. Untuk menghasilkan loop ini, posisi yang diinginkan (set point) dibuat di suatu tempat di otak. Posisi ini dibandingkan dengan posisi aktual anggota badan dan SSP mengirim sinyal saraf ke otot yang benar.
Otot-otot, melalui kontraksi dan relaksasi, menarik atau melepaskan kekuatan ke tulang; dengan demikian, bersama-sama mulai bergerak jika tidak ada batasan oleh lingkungan. Input ekstra dalam sistem adalah kekuatan eksternal atau gangguan yang bekerja pada tubuh, menyimpang dari set point yang diinginkan.
Gerakan dan posisi dideteksi oleh sensor yang terletak di otot, sendi, kulit, dll. Selain analisis sistem visual dan vestibular.
Untuk mempelajari sistem kontrol ini, diperlukan untuk menganalisis perilaku biomekanik tubuh. Salah satu masalah terbesar adalah bahwa, tanpa teknik invasif, sulit untuk mengukur variabel yang diperlukan dalam subjek hidup. Masalahnya mempersulit analisis mekanisme tubuh, karena hanya sinyal eksternal dan beberapa internal yang dapat diukur.
Variabel yang digunakan dalam deskripsi gerakan apa pun dapat dikelompokkan sebagai: kinematika, kinetika, antropometri, mekanika otot, elektromiografi dan indera manusia.
- Kinematika
Variabel Kinematika hanya berurusan dengan gerakan, dan mereka tidak mempertimbangkan kekuatan yang menyebabkan gerakan itu. Variabel-variabel ini termasuk perpindahan linear dan sudut, selain kecepatan dan percepatan. Mereka dapat dirujuk ke segmen lain, tanda tanah anatomi atau sistem koordinat global (biasanya di luar tubuh).
Sistem kerangka terdiri dari sendi, tulang dan ligamen; dan itu mendefinisikan derajat kebebasan (DOF) gerak. Secara umum, satu tulang yang disebut lain memiliki tiga rotasi dan tiga terjemahan. Gerakan ini dibatasi oleh tulang lain atau oleh struktur pasif, seperti permukaan artikular dan ligamen.
Jika salah satu gerakan terbatas atau dibatasi pada gerakan kecil, jumlah DOF berkurang satu. Setelah referensi dipahami, gerakan dapat direkam dan dianalisis. Gerakan direkam menggunakan kamera, spidol, akselerometer, perangkat elektromagnetik, atau kombinasi dari semuanya.
- Kinetika
Berlawanan dengan Kinematika, kinetika mempelajari kekuatan yang menyebabkan gerakan. Kekuatan-kekuatan ini dapat berupa internal atau eksternal. Kekuatan internal termasuk aktivitas otot, ligamen atau gesekan dari otot dan sendi. Selain itu, kekuatan eksternal datang dari tanah atau dari beban eksternal. Kinetika mencakup momen-momen yang dihasilkan oleh kekuatan, kekuatan mekanis, dan perubahan energi dalam tubuh manusia.
- Antropometri
Antropometri digunakan karena metrik tubuh diperlukan untuk membuat model yang baik. Model ini membutuhkan massa segmen tungkai, penggunaan pusat massa, pusat rotasi, momen inersia, sudut tarikan otot, area penampang otot dan banyak lagi.
- Mekanika Otot
Otot adalah mereka yang menghasilkan kekuatan internal untuk mengendalikan sistem. Aktuasi mereka sangat nonlinier, dengan berbagai gaya yang mungkin sesuai dengan panjang dan kecepatan kontraksi. Otot juga memiliki sifat yang mendasari sebagai massa, viskositas dan elastisitas.
Properti ini, baik aktif atau pasif, perlu dipertimbangkan untuk membangun model yang lebih baik. Dua model otot dasar umumnya digunakan: tipe Hill dan tipe Huxley. Yang pertama mempertimbangkan lebih banyak sifat dinamis, sedangkan yang kedua melangkah lebih jauh dari mempertimbangkan kontraksi otot pada tingkat mikro.
- Electromyographic
Otak mengontrol aktivasi otot-otot melalui sinyal listrik, yang dikenal sebagai electromyography (EMG) yang menggambarkan kontraksi yang tepat dari setiap otot. Selain itu, sinyal EMG memberikan informasi tentang aktivitas sendi dari berbagai jenis serat otot dan keadaan kelelahan otot.
- Sensor manusia
Manusia dipenuhi dengan sensor untuk kontrol tubuh yang benar (umpan balik). Sensor-sensor ini berawal dari taktil, tekanan dan regangan, panjang dan kecepatan dalam serat otot, sensor gaya dalam tendon otot dengan penggunaan sistem visual dan vestibular yang lebih global (lihat Bagian 3). Meskipun ada lebih banyak sensor, mereka tidak penting untuk skema kontrol motorik tertentu.
Hubungan antara semua jalur dan kelompok di mana jalur-jalur tersebut saling berhubungan untuk menciptakan koneksi dengan rangsangan dan hambatan yang mampu menghasilkan gerakan. Harus dicatat bahwa meskipun secara umum adalah perintah gerakan, masih ada beberapa reaksi yang dikendalikan secara periferal. Ini dilakukan sebagai reaksi terhadap situasi berbahaya dan mencegah tubuh dari kerusakan.
Persepsi manusia
Persepsi manusia terkait dengan sistem sensorik alami kita. Secara umum, sensor adalah perangkat yang menerima dan merespons rangsangan. Sensor adalah bagian mendasar dalam sistem kontrol, karena memberikan informasi kepada operator untuk kompensasi variabel terhadap gangguan. Tubuh manusia memiliki beberapa sensor untuk mendeteksi gelombang suara, sinar cahaya, rasa, bau atau kontak fisik. Sinyal-sinyal lingkungan tersebut ditransduksi oleh sistem sensorik menjadi impuls saraf untuk otak.
Dengan kata lain, persepsi adalah umpan balik untuk mengendalikan sistem eksternal, karena informasi dari berbagai variabel di lingkungan dirasakan pada saat yang sama.
Sebagai contoh, perhatikan aktivitas mengemudi: operator manusia merasakan dunia dengan penglihatan (menggabungkan aspek eksternal dari jalan dan pengukur mobil), somatosensori (baik di lengan dan kaki), keseimbangan (terutama rotasi) gerakan) dan pendengaran (sekitar suara peringatan).
Informasi yang dikumpulkan ditransduksi menjadi impuls saraf yang melakukan perjalanan ke otak untuk interpretasi dan pemrosesan. Akhirnya, keputusan dibuat dan pesanan dikirim ke aktuator terkait. Khususnya, penyesuaian pada kemudi dan rem dicapai dengan menggerakkan anggota badan kami.
Transduser alami dalam tubuh manusia adalah sel epitel atau neuron, diklasifikasikan berdasarkan jenis stimulus yang mereka rasakan. Lima kategori utama dibedakan: mechanoreceptors untuk mendeteksi getaran, ketukan dan tekanan pada kulit; fotoreseptor yang terletak di mata untuk mendeteksi rangsangan cahaya; chemoreceptors, yang hadir dalam indera penciuman dan rasa, dan dirangsang oleh reaksi kimia; Termoreptor untuk mendeteksi perubahan suhu pada kulit; dan reseptor rasa sakit, terletak di kulit untuk mendeteksi kerusakan jaringan.
Selain itu, sensasi manusia diklasifikasikan sebagai indera somatestetik dan indera khusus. Panca indera sebelumnya terletak di area tubuh yang luas, dan pertama-tama berkomunikasi dengan sumsum tulang belakang dan kemudian dengan otak. Sensasi ini dikenal sebagai kulit.
Kategori kedua meliputi indra untuk mendeteksi perubahan oleh organ khusus di kepala, dan mereka melakukan informasi langsung ke otak (rasa, bau, pendengaran, keseimbangan dan penglihatan). Area khusus otak menerima informasi dari setiap indera, dan dengan demikian informasi yang dikumpulkan dari semua indera ditafsirkan bersama untuk memahami lingkungan.
Sistem somatosensori
Reseptor sensorik pada kulit, otot, persendian, tendon, dan beberapa organ dalam dihubungkan dengan sistem kolom dorsal oleh serabut saraf. Dengan demikian, impuls saraf dari sensor tersebut diterima oleh area somatosensori korteks serebral. Ada tiga jenis dalam sistem ini:
- Proprioceptors
Mechanoreceptors ini adalah sel khusus yang dibungkus oleh ujung saraf, yang menghasilkan impuls saraf dengan informasi peregangan otot. Informasi ini digunakan untuk mempertahankan tonus otot untuk keseimbangan dan postur, meskipun ada kekuatan eksternal yang bekerja pada tubuh kita.
- Reseptor kulit
Dermis adalah lapisan kulit yang berisi reseptor kecil untuk sensasi sentuhan halus, tekanan, getaran dan suhu. Sel-sel Meissner, yang terletak di bagian tubuh yang paling sensitif, dan saraf di sekitar folikel rambut berhubungan dengan sensasi sentuhan halus.
Selain itu, reseptor untuk mendeteksi perubahan tekanan kulit dibentuk oleh jaringan ikat dan serabut saraf; ada tiga jenis: sel darah Pacinian, ujung Ruffini dan umbi Krause. Akhirnya, suhu panas dan dingin dideteksi oleh ujung saraf bebas di epidermis. Perlu disebutkan bahwa ada reseptor khusus untuk dingin dan lainnya untuk kehangatan.
- Reseptor rasa sakit
Nosiseptor mendeteksi zat kimia, yang dilepaskan ketika jaringan rusak karena peradangan. Reseptor rasa sakit adalah ujung saraf bebas yang terletak di dalam kulit dan organ dalam. Serat-serat ini memasuki sumsum tulang belakang dan berakhir di tanduk dorsal.