Tulang Manusia: Klasifikasi, Sel Pembentuk, Struktur, Dan Fungsinya

Jaringan tulang adalah organ yang dinamis dan kompleks yang memiliki berbagai fungsi penting  termasuk beberapa untuk mempertahankan homeostasis. Saat jaringan lain pada organisme yang pernah hidup akan membusuk dan menghilang seiring waktu, jaringan tulang dalam kondisi yang tepat, akan mengalami proses mineralisasi.

Klasifikasi Tulang

Terdapat 206 tulang yang menyusun rangka manusia dewasa dan dibagi menjadi lima kategori berdasarkan bentuknya. Bentuk dan fungsi tulang saling terkait sedemikian rupa sehingga setiap bentuk dan kategori tulang memiliki fungsi yang berbeda.

Tulang Panjang (Long Bone)

Tulang panjang  adalah tulang yang berbentuk silinder memiliki bentuk memanjang dengan ukuran bervariasi. Namun perlu diingat bahwa istilah tersebut menggambarkan bentuk tulang, bukan ukurannya. 

beberapa contoh tulang panjang yaitu lengan (humerus, ulna, radius), tungkai (femur, tibia, fibula), jari tangan (metakarpal, falang) dan jari kaki (metatarsal, falang). Tulang panjang berfungsi sebagai pengungkit dan bergerak ketika otot berkontraksi.

Tulang Pendek (short Bones)

Tulang  pendek  adalah tulang yang berbentuk seperti kubus, dengan panjang, lebar, dan tebal yang kira-kira hampir sama. 

Satu-satunya tulang pendek di kerangka manusia ada di karpal pergelangan tangan dan tarsal pergelangan kaki. Tulang pendek memberikan stabilitas dan dukungan serta beberapa gerakan terbatas.

Tulang Pipih (Flat Bone)

Istilah tulang pipih adalah tulang yang berbentuk tipis juga sering melengkung. Contohnya adalah tulang kranial (tengkorak), scapula (tulang belikat), tulang dada  dan tulang rusuk. Tulang pipih berfungsi sebagai titik perlekatan otot dan seringkali berfungsi melindungi organ dalam.

Tulang Tidak Beraturan (Irregular Bone)

Tulang  tidak beraturan  adalah tulang yang tidak memiliki bentuk yang mudah untuk dicirikan secara spesifik dan oleh karena itu tidak cocok dengan klasifikasi lain.

Tulang-tulang ini cenderung memiliki bentuk yang lebih kompleks, seperti tulang belakang yang menopang sumsum tulang belakang dan melindunginya dari gaya tekan. Sebagian besar tulang wajah, terutama yang mengandung sinus diklasifikasikan sebagai tulang tidak beraturan.

Tulang Sesamoid

Tulang sesamoid adalah  tulang bulat kecil yang seperti namanya, berbentuk seperti biji wijen. Tulang-tulang ini terbentuk dalam tendon (selubung jaringan yang menghubungkan tulang dengan otot) di mana banyak tekanan dihasilkan di dalam sendi. Tulang sesamoid melindungi tendon dengan membantunya mengatasi gaya tekan. 

Jumlah dan  lokasi tulang sesamoid bervariasi pada tiap individu tetapi biasanya ditemukan pada tendon yang berhubungan dengan kaki, tangan, dan lutut. Patella adalah contoh tulang sesamoid. 

Struktur Tulang

Jaringan tulang sangat berbeda dari jaringan lain di dalam tubuh manusia. Tulang bertekstur keras dan memiliki fungsi yang bergantung pada karakteristik tingkat kepadatannya tersebut. 

Struktur tulang panjang memungkinkan visualisasi terbaik dari semua bagian tulang lainnya. Tulang panjang memiliki dua bagian yaitu  diafisis  dan  epifisis. 

Diafisis adalah poros tubular yang membentang antara ujung proksimal dan distal tulang. Daerah berongga di diafisis disebut rongga medula, yang diisi dengan sumsum kuning. Dinding diafisis terdiri dari  tulang kompak yang padat dan keras .

Bagian yang lebih lebar di setiap ujung tulang disebut epifisis, yang diisi dengan tulang spon dengan sumsum merah. Metafisis adalah area pertemuan epifisis dengan diafisis, ini berisi  lempeng epifisis (lempeng pertumbuhan), lapisan tulang rawan hialin (transparan) dalam tulang yang sedang tumbuh. Ketika tulang berhenti tumbuh di masa dewasa awal (kira-kira 18-21 tahun), tulang rawan digantikan oleh jaringan tulang dan lempeng epifisis menjadi garis epifisis.

Rongga medula memiliki lapisan membran halus yang disebut  endosteum, di mana terjadi pertumbuhan, perbaikan, dan remodeling tulang. 

Permukaan luar tulang ditutupi dengan membran berserat yang disebut  periosteum. Periosteum mengandung pembuluh darah, saraf, dan pembuluh limfatik yang menutrisi tulang. 

Tendon dan ligamen juga menempel pada tulang di periosteum. Periosteum menutupi seluruh permukaan luar kecuali di tempat pertemuan epifisis dengan tulang lain untuk membentuk persendian. Di wilayah pertemuan ini, epifisis ditutupi dengan  tulang rawan artikular yang mengurangi gesekan dan bertindak sebagai peredam kejut.

Sel Dan Jaringan Tulang

Tulang mengandung sejumlah kecil sel yang tertanam dalam matriks serat kolagen yang menyediakan permukaan untuk melekatnya kristal garam anorganik. 

Kristal garam ini terbentuk ketika kalsium fosfat dan kalsium karbonat bergabung untuk membuat hidroksiapatit, yang menggabungkan garam anorganik lainnya seperti magnesium hidroksida, fluorida, dan sulfat saat mengkristal atau mengapur pada serat kolagen. 

Kristal hidroksiapatit memberikan kekerasan dan kekuatan pada tulang, sedangkan serat kolagen memberikan kelenturan agar tidak rapuh.

Empat jenis sel yang ditemukan di dalam jaringan tulang antara lain: osteoblas, osteosit, sel osteogenik, dan osteoklas.

Osteoblas adalah sel tulang yang bertanggung jawab untuk membentuk tulang baru dan ditemukan di bagian tulang yang tumbuh, termasuk periosteum dan endosteum. Osteoblas, yang tidak membelah mensintesis dan mengeluarkan matriks kolagen dan garam kalsium.

Saat matriks yang disekresikan di sekitar osteoblas mengalami kalsifikasi, osteoblas menjadi terperangkap di dalamnya. Akibatnya, strukturnya berubah dan menjadi osteosit, sel utama tulang dewasa dan jenis sel tulang yang paling umum. 

Setiap osteosit terletak di ruang yang disebut  lakuna dan dikelilingi oleh jaringan tulang. Osteosit mempertahankan konsentrasi mineral matriks melalui sekresi enzim. 

Seperti osteoblas, osteosit kekurangan aktivitas mitosis. Mereka dapat berkomunikasi satu sama lain dan menerima nutrisi melalui proses sitoplasma panjang yang meluas melalui  canaliculi , saluran dalam matriks tulang.

Sel-sel osteogenik ini tidak berdiferensiasi melalui aktivitas mitosis yang tinggi dan mereka adalah satu-satunya sel tulang yang membelah. Sel-sel osteogenik yang belum matang ditemukan di lapisan dalam periosteum dan sumsum. Mereka berdiferensiasi dan berkembang menjadi osteoblas.

Sifat dinamis dari tulang berarti bahwa jaringan baru terus-menerus terbentuk, dan tulang tua, cedera, atau yang tidak diperlukan dihancurkan untuk diperbaiki atau untuk pelepasan kalsium. 

Sel yang bertanggung jawab untuk resorpsi tulang atau penghancuran adalah  osteoklas. Osteoklas ditemukan pada permukaan tulang, berinti banyak dan berasal dari monosit dan makrofag bukan dari sel osteogenik. 

Osteoklas terus menerus menghancurkan tulang tua, sedangkan sebaliknya osteoblas terus membentuk tulang baru. Keseimbangan yang berkelanjutan antara osteoblas dan osteoklas bertanggung jawab atas pembentukan kembali tulang yang konstan.

Pasokan Darah Dan Saraf Tulang

Tulang spon dan rongga medula menerima nutrisi dari arteri yang melewati tulang kompak. Arteri masuk melalui  foramen bukaan kecil di diafisis. Osteosit pada tulang spon menerima nutrisi dari pembuluh darah periosteum yang menembus tulang spon dan darah yang bersirkulasi di rongga sumsum. 

Saat darah melewati rongga sumsum, darah dikumpulkan oleh vena yang kemudian keluar dari tulang melalui foramen.

Selain pembuluh darah, saraf masuk kedalam tulang mengikuti jalur yang sama di mana mereka cenderung terkonsentrasi di daerah tulang yang lebih aktif secara metabolik. Saraf juga berperan dalam mengatur suplai darah dan dalam pertumbuhan tulang.

Pembentukan dan Perkembangan Tulang

Pada tahap awal perkembangan embrio, rangka embrio terdiri dari membran berserat dan tulang rawan hialin. Pada minggu keenam atau ketujuh kehidupan embrionik, proses aktual perkembangan tulang,  osifikasi  (osteogenesis) dimulai. Terdapat dua jalur osteogenik yaitu osifikasi intramembran dan osifikasi endokondral.

Tulang Rawan

Tulang menggunakan jaringan model untuk meletakkan matriks mineralnya. Untuk perkembangan kerangka, pola yang paling umum adalah tulang rawan. 

Sepanjang perkembangan janin dan memasuki pertumbuhan masa kanak-kanak, tulang terbentuk pada matriks tulang rawan. Pada saat janin lahir, sebagian besar tulang rawan telah digantikan dengan tulang padat.

Beberapa tulang rawan tambahan akan diganti sepanjang masa kanak-kanak, dan beberapa tulang rawan tetap berada di rangka orang dewasa.

Osifikasi Intramembran

Selama osifikasi intramembran, tulang padat dan kenyal berkembang langsung dari lembaran jaringan ikat mesenkim  yang tidak berdiferensiasi. Tulang pipih wajah, sebagian besar tulang tengkorak, dan klavikula terbentuk melalui pengerasan intramembran.

Prosesnya dimulai ketika sel-sel mesenchymal dalam kerangka embrionik berkumpul bersama dan mulai berdiferensiasi menjadi sel-sel khusus. Beberapa sel ini akan berdiferensiasi menjadi kapiler, sementara yang lain akan menjadi sel osteogenik dan kemudian menjadi osteoblas. 

Meskipun pada akhirnya mereka akan menyebar melalui pembentukan jaringan tulang, osteoblas awal muncul dalam kelompok yang disebut  pusat osifikasi .

Osteoblas mengeluarkan osteoid, matriks yang tidak terkalsifikasi yang mengeras dalam beberapa hari karena garam mineral disimpan di atasnya sehingga menjebak osteoblas di dalamnya. 

Setelah terperangkap, osteoblas menjadi osteosit. Ketika osteoblas berubah menjadi osteosit, sel-sel osteogenik di jaringan ikat sekitarnya berdiferensiasi menjadi osteoblas baru.

Osteoid atau matriks tulang yang tidak termineralisasi disekresikan di sekitar kapiler menghasilkan matriks trabekular. Sedangkan osteoblas pada permukaan tulang spon menjadi periosteum. 

Periosteum kemudian menciptakan lapisan pelindung tulang kompak yang dangkal ke tulang trabekular. Tulang trabekular memadati pembuluh darah di dekatnya, yang akhirnya memadat menjadi sumsum merah.

Osifikasi intramembran dimulai  dalam rahim  selama perkembangan janin dan berlanjut hingga remaja. Saat lahir, tengkorak dan klavikula tidak sepenuhnya mengeras dan jahitan tengkorak tidak tertutup. 

Hal ini memungkinkan tengkorak dan bahu berubah bentuk selama perjalanan melalui jalan lahir. Tulang terakhir yang mengeras melalui pengerasan intramembran adalah tulang pipih wajah, yang mencapai ukuran dewasa pada akhir percepatan pertumbuhan remaja.

Osifikasi Endokondral

Pada  osifikasi endokondral, tulang berkembang dengan  menggantikan  kartilago hialin. Tulang rawan tidak menjadi tulang. Sebaliknya, tulang rawan berfungsi sebagai cetakan untuk diganti sepenuhnya dengan tulang baru. 

Osifikasi endokondral membutuhkan waktu lebih lama daripada osifikasi intramembran. Tulang di dasar tengkorak dan tulang panjang terbentuk melalui pengerasan endokondral.

Misalnya dalam tulang panjang,  osifikasi endokondral membutuhkan waktu sekitar 6-8 minggu setelah pembuahan, beberapa sel mesenkim berdiferensiasi menjadi kondrosit yang membentuk prekursor kerangka tulang rawan. Segera setelah itu,  perikondrium atau selaput yang menutupi tulang rawan.

Semakin banyak matriks yang diproduksi, kondrosit di tengah model tulang rawan bertambah besar. Saat matriks mengapur, nutrisi tidak dapat lagi mencapai kondrosit. Hal ini menyebabkan kematian mereka dan disintegrasi tulang rawan di sekitarnya. 

Pembuluh darah yang masuk tidak hanya memperbesar rongga tetapi juga membawa sel osteogenik bersamanya, banyak di antaranya akan menjadi osteoblas. Ruang-ruang yang membesar ini akhirnya bergabung menjadi rongga meduler.

Kapiler menembus masuk saat tulang rawan tumbuh. Penetrasi ini memulai transformasi perikondrium menjadi periosteum penghasil tulang. Di sini, osteoblas membentuk kerah periosteal tulang padat di sekitar tulang rawan diafisis. 

Pada bulan kedua atau ketiga kehidupan janin, perkembangan dan osifikasi sel tulang meningkat dan menciptakan  pusat osifikasi primer, sebuah wilayah jauh di kerah periosteal tempat osifikasi dimulai.

Sementara perubahan ini terjadi, kondrosit dan tulang rawan terus tumbuh di ujung tulang , yang meningkatkan panjang tulang dan pada saat yang sama tulang menggantikan tulang rawan di diafisis. 

Pada saat kerangka janin terbentuk sempurna, tulang rawan hanya tersisa di permukaan sendi sebagai tulang rawan artikular dan antara diafisis dan epifisis sebagai lempeng epifisis, yang terakhir bertanggung jawab untuk pertumbuhan longitudinal tulang. 

Setelah lahir, urutan kejadian yang sama (mineralisasi matriks, kematian kondrosit, invasi pembuluh darah dari periosteum, dan penyemaian sel osteogenik menjadi osteoblas) terjadi di daerah epifisis, dan masing-masing pusat aktivitas ini disebut sebagai pusat  osifikasi sekunder.

Pertumbuhan Tulang

Lempeng epifisis adalah area pertumbuhan tulang panjang. Area ini adalah lapisan tulang rawan hialin dimana pengerasan terjadi pada tulang yang belum matang. Pada sisi lempeng epifisis, tulang rawan terbentuk. Pada sisi diafisis tulang rawan mengeras dan bertambah panjang. 

Lempeng epifisis terdiri dari empat zona sel dan aktivitas. Zona cadangan adalah wilayah yang paling dekat dengan ujung lempeng epifisis dan mengandung kondrosit kecil di dalam matriks. Kondrosit ini tidak berpartisipasi dalam pertumbuhan tulang tetapi mengamankan pelat epifisis ke jaringan tulang epifisis.

Zona  proliferatif  adalah lapisan berikutnya menuju diafisis dan berisi tumpukan kondrosit yang sedikit lebih besar, membuat kondrosit baru (melalui mitosis) untuk menggantikan sel yang mati di ujung diaphyseal. 

Kondrosit di lapisan berikutnya adalah zona maturasi dan hipertrofi, lebih besar dibandingkan dengan zona proliferatif. Sel-sel yang lebih matang terletak lebih dekat ke ujung lempeng diafisis. Pertumbuhan longitudinal tulang adalah hasil pembelahan sel di zona proliferatif dan pematangan sel di zona maturasi dan hipertrofi.

Sebagian besar kondrosit di  zona kalsifikasi matriks mati karena matriks di sekitarnya telah mengapur. Kapiler dan osteoblas dari diafisis menembus zona ini dan osteoblas mensekresikan jaringan tulang pada tulang rawan kalsifikasi yang tersisa. 

Dengan demikian, zona matriks terkalsifikasi menghubungkan pelat epifisis ke diafisis. Tulang bertambah panjang ketika jaringan tulang ditambahkan ke diafisis.

Sementara tulang bertambah panjang, diameternya juga bertambah. Pertumbuhan diameter dapat berlanjut bahkan setelah pertumbuhan longitudinal berhenti. Kondisi ini disebut pertumbuhan aposisional. 

Osteoklas menyerap tulang tua yang melapisi rongga medula, sementara osteoblas melalui pengerasan intramembran menghasilkan jaringan tulang baru di bawah periosteum. 

Erosi tulang tua sepanjang rongga medula dan deposisi tulang baru di bawah periosteum tidak hanya meningkatkan diameter diafisis tetapi juga meningkatkan diameter rongga medula. 

Pada kehidupan dewasa tulang mengalami  remodeling, di mana resorpsi tulang tua atau rusak terjadi pada permukaan yang sama di mana osteoblas meletakkan tulang baru untuk menggantikan tulang yang diresorpsi. 

Dalam kondisi normal, sekitar 5 sampai 10 persen tulang mengalami proses remodeling dengan menghancurkan tulang tua dan memperbaruinya menjadi yang baru.

Fungsi Tulang 

Tulang adalah jaringan ikat padat dan keras yang membentuk sebagian besar kerangka dewasa yang merupakan struktur pendukung tubuh. Selain tulang padat, terdapat tulang rawan yang memberikan fleksibilitas dan permukaan yang halus untuk pergerakan pada area tertentu seperti tulang rusuk dan persendian. 

Sistem  rangka  adalah sistem tubuh yang terdiri dari tulang dan tulang rawan yang melakukan fungsi penting pada  tubuh manusia yaitu: menopang tubuh, memfasilitasi gerakan, melindungi organ dalam, menghasilkan sel darah, serta menyimpan dan melepaskan mineral.

Dukungan, Gerakan dan Perlindungan

Fungsi yang paling terlihat secara nyata pada sistem rangka adalah fungsi motorik kasar. Cukup dengan melihat seseorang, kita bisa mengamati bagaimana tulang menopang, memudahkan pergerakan, dan melindungi tubuh manusia.

Sama seperti balok baja sebuah bangunan yang menjadi tiang untuk menopang berat bangunan tersebut. Tulang dan tulang rawan berfungsi seperti tiang yang menopang seluruh tubuh manusia. Tanpa sistem rangka, manusia akan menjadi sekumpulan organ, otot, dan kulit yang menggumpal tanpa bentuk.

Tulang juga memfasilitasi gerakan dengan berfungsi sebagai titik perlekatan otot. Sementara beberapa tulang hanya berfungsi sebagai penopang otot, yang lain juga mengirimkan kekuatan yang dihasilkan saat otot berkontraksi. Dari sudut pandang mekanis, tulang bertindak sebagai pengungkit dan persendian berfungsi sebagai tumpuan.

Tulang juga melindungi organ dalam dari cedera dengan menutupi atau mengelilinginya. Misalnya, tulang rusuk melindungi paru-paru dan jantung, tulang belakang melindungi saraf, dan tulang tengkorak melindungi otak.

Penyimpanan Mineral, Penyimpanan Energi, dan Hematopoiesis

Pada tingkat metabolisme, jaringan tulang melakukan beberapa fungsi penting. Pertama, matriks tulang bertindak sebagai reservoir sejumlah mineral penting untuk fungsi tubuh, terutama kalsium dan potasium. 

Mineral-mineral ini, dimasukkan ke dalam jaringan tulang dan dapat dilepaskan kembali ke aliran darah untuk mempertahankan kadar yang dibutuhkan untuk mendukung proses fisiologis. Ion kalsium, misalnya, sangat penting untuk kontraksi otot dan mengendalikan aliran ion lain yang terlibat dalam transmisi impuls saraf.

Tulang juga berfungsi sebagai tempat penyimpanan lemak dan produksi sel darah. Jaringan ikat yang lebih lunak yang mengisi bagian dalam sebagian besar tulang disebut sebagai sumsum tulang. Terdapat dua jenis sumsum tulang, yaitu sumsum kuning (yellow marrow) dan sumsum merah (red marrow). 

Sumsum kuning mengandung jaringan adiposa yaitu trigliserida yang disimpan dalam adiposit jaringan dapat berfungsi sebagai sumber energi. Sumsum merah  adalah tempat  produksi sel darah berlangsung (hematopoiesis). Sel darah merah, sel darah putih, dan trombosit semuanya diproduksi di sumsum merah tulang.

Sumber: Lumen Learning: Anatomy Physiology I