Muscle tone dan recovery fungsi motorik pasca stroke dipengaruhi oleh aktivitas neural pada tingkat spinal dan supraspinal. Pada tingkat supraspinal, gangguan inhibisi dari traktus descending akan meningkatkan aktivitas traktus facilitatori dan menyebabkan peningkatan tonus otot serta spastisitas.

1. Understanding Basic Concept of Muscle Tone
&
Functional Recovery In Post Stroke
Aditya Johan Romadhon, SST.FT, M.Fis

2. Pendahuluan
Otot skeletal pada umumnya melakukan kontraksi
volunteer
Dalam keadaan rileks, otot tetap kontraksi
mempertahankan ketegangan (muscle tone)
Tonus otot merupakan ketegangan otot dalam
keadaan rileks atau tahanan yang dirasakan saat
melakukan pemeriksaan gerak pasif
Dihasilkan dari aktivitas neural mengikuti hirarki
motor kontrol
Cortex, Basal ganglia, Cerebellum, Brainstem
reticular system, Spinal cord dan Muscle spindle

4. Aktivitas Neural
Tonus otot terjaga disebabkan oleh aktivasi saraf
gamma motor
Aktivasi gamma motor menyebabkan terulurnya
muscle spindle (intrafusal)
Muscle spindle yang terulur menyebabkan
terstimulasinya saraf afferent 1a
Stimulasi saraf afferent 1a pada tingkat spinal
meng eksitasi alfa motor
Eksitasi alfa motor menyebabkan kontraksi otot
(ekstrafusal)
Aktivasi gamma motor dipengaruhi oleh sistem
supraspinal (brainstem reticular system)

5. Aktivitas Non Neural
Tonus otot dihasilkan dari aktivitas neural
(active properties) & tonus otot juga
dihasilkan dari komponen viskoelastis
(passive properties)
Cycling cross-bridges, independent of
electrical activity cannot be detected by
EMG
Thixotropic behavior, perubahan viskositas
cairan otot, semakin otot aktif kontraksi,
semakin menurunkan viskositas otot

6. Regulasi tonus
Tonus otot diatur pada tingkat spinal dan
supraspinal
Pada tingkat spinal tonus otot diatur melalui
sensory feedback, seperti perubahan panjang
otot (length) dan ketegangan otot (tension)
Muscle spindle respon terhadap perbahan
panjang otot (stretch reflex)
Dynamic stretch reflex & Static stretch reflex

7. Pada tingkat supraspinal tonus otot diatur
oleh 2 traktus descending inhibitory dan 2
traktus descending facilitatory
Inhibitory tract :
Corticospinal,
Corticoreticular (premotor)
& Dorsal Reticulospinal
(pars Medullary)
Facilitatory tract :
Vestibulospinal & Medial
Reticulospinal (pars Pons)

8. Gangguan regulasi tonus tingkat supraspinal
Hilangnya inhibisi
supraspinal
Meningkatnya
aktivitas traktus
descending facilitatory
(Medial RST & VST)
Meningkatkan arkus
refleks spinal
Hipertonus,
hyperefleks,
spastisitas

9. Positive & Negative Sign UMN Syndrome
Meningkatnya aktivitas medial
reticulospinal & vestibulospinal
akibat tidak adanya inhibisi
supraspinal
Positive sign UMN syndromes
Terganggunya traktus
corticospinal
Negative sign UMN syndromes

10. Traktus/Jaras
Cortex cerebral ke spinal cord (corticospinal), brainstem ke spinal (rubrospinal, tectospinal, reticulospinal, vestibulospinal dll)
Atas ke bawah (descending) (cortex cerebrum & brainstem ke spinal) : output motoris
Spinal cord ke cerebellum (spinocerebellar), spinal cord ke brainstem (spinoreticular), spinal cord ke thalamus (spinothalamic) dll
Bawah ke atas (ascending) : input sensoris
Istilah traktus/jaras (tract/projection fiber) merupakan perjalanan saraf dari bawah ke atas dan dari atas ke bawah

11. Traktus Pyramidal & Extrapyramidal
Traktus descending (output
motor) terbagi menjadi 2
Traktus descending yang berasal
dari sel motorik di korteks
cerebrum PYRAMIDAL
Traktus descending yang berasal
dari sel motorik di brainstem
EXTRAPYRAMIDAL

12. Lateral & Medial Upper Motor Neuron
Lateral corticospinal, rubrospinal, beberapa corticobulbar/nuclear
Inervasi otot bagian distal
Sebagian besar langsung menuju sel saraf motorik
Berakhir pada sel saraf motorik di bagian lateral gray mater
Berada pada lateral funiculus
Lateral UMN
Anterior corticospinal, reticulospinal, vestibulospinal, tectospinal
Keseimbangan, postur, integrasi gerak mata, vestibular
Inervasi otot axial dan proksimal
Sebagian besar melewati beberapa sinap
Berakhir pada sel motoric di bagian medial grey mater
Berada pada medial funiculus
Medial UMN

13. Lateral & Medial Upper Motor Neuron

14. Corticospinal
Sebagian besar 40% inti sel saraf motorik pada area primary
cortex, selebihnya menyebar pada area supplementary motor,
premotor, somatosensory & cingulate gyrus
Sebagian besar hampir 95% serabut saraf yang terjulur dari
cortex cerebral menuju spinal menyilang kontralateral pada
level bawah medulla oblongata (lateral corticospinal)
Inervasi otot distal, gerakan terampil (fine motor)
Sebagian kecil tidak menyilang/ ipsilateral (anterior/ventral
corticospinal)
Inervasi otot axial & postur, koreksi posture

15. Lateral & Anterior Corticospinal
Lateral CST inervasi otot distal tubuh (kontralateral) & Anterior CST inervasi otot axial tubuh (bilateral)

16. Degree of corticospinal tract damage correlates with
motor function after stroke
Didapatkan bukti ada korelasi yang kuat antara Difussion Tensor Tractography
dengan National Institute of Health Stroke Scale (NIHSS) & Upper Extremity
Fugl Myer terhadap derajat kerusakan traktus corticospinal
Rerata skor NIHSS fase akut (3-7 hari):10.7 (±5.5), fase sub akut (30 hari): 6.1
(±5.7), fase kronis (90 hari) : 4.8 (±4.6)
Rerata skor UEFM fase akut : 25 (±22), fase sub akut : 39 (±24) dan fase
kronis : 45 (±23)
Nilai korelasi positif Fiber number (FNr) & UEFM : akut (r = 0.50, p= 0.032, n=
18), subakut (r = 0.57, p= 0.007,n= 21), kronik (r = 0.67, p= 0.0008, n= 21)
Nilai korelasi negatif FNr & NIHSS : akut (r = -0.48, p= 0.043, n= 18), subakut
(r = -0.58, p= 0.006, n= 21), and kronik (r = -0.75, p = 0.0001, n= 21)
Demonstration of the affected and unaffected corticospinal tracts from a 67-year-old man with a
left hemispheric infarct in the distribution of the middle cerebral artery, at the subacute phase
(30 days after onset)
doi: 10.1002/acn3.132

17. Reticulospinal & Vestibulospinal
Reticulospinal terbagi pada tingkat pons (medial) &
medulla oblongata (dorsal)
Medial reticulospinal (pons) & vestibulospinal melakukan
eksitasi otot antigravity & postur
Dorsal reticulospinal (medulla) melakukan inhibisi otot
antigravity & postur
Reticulospinal mendapat input dari proyeksi otak kecil
(cerebellum) > spinocerebellar > sensoris 1a&1b
(proprioceptive)
Vestibulospinal mendapat input dari proyeksi otak kecil
(cerebellum) > sensoris vestibular

19. Corticoreticular
Corticoreticular berasal dari beberapa area korteks
cerebrum, namun yang utama pada premotor cortex
Corticoreticular mempengaruhi kesesuaian tonus otot
proksimal (30-40%), kesesuaian tonus otot axial untuk
stabilitas postural dan gait/lokomosi
Corticoreticular menginformasikan kebutuhan tonus
dari premotor cortex dengan cara memfasilitasi dorsal
reticulospinal (pons)
Gangguan fasilitasi dorsal reticulospinal menyebabkan
peningkatan arkus refleks spinal
Gangguan peningkatan tonus pada otot proksimal dan
otot axial
doi: 10.3389/fneur.2019.01188

20. Corticoreticular Pathway in Post-Stroke Spasticity: A
Diffusion Tensor Imaging Study
70 subjek pasien ischemic stroke, kelompok kontrol n=
41, MAS = 0 (100%), kelompok spastis n= 29, MAS = 1
(34.5%), 1+ (41.4%), 2 (17.2%), 3 (6.9%)
Didapatkan bukti tidak seimbangnya reticulospinal
akibat kerusakan corticoreticular berkaitan erat dengan
spastisitas
Tract Based Spatial Statistic (TBSS) menunjukkan
adanya penurunan signifikan Fractional Anisotropy
pada kelompok spastisitas dibanding dengan kelompok
kontrol
There was a significant decrease in fractional anisotropy values in the ipsilesional brain
stem in the spasticity group, compared with the control group in both lesions (p < 0.05)
J. Pers. Med. 2021, 11, 1151. https://doi.org/10.3390/jpm11111151

21. Functional Role of the Corticoreticular Pathway in Chronic
Stroke Patients
54 pasien stroke, usia
30-75 tahun, >3 bulan
paska stroke
Subgroup A (Functional
Ambulatory
Classification < 3)
Subgroup B (Functional
Ambulatory
Classification >3)
https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.111.000269

22. Spastisitas
Spastisitas terbagi menjadi 2, spastisitas akibat neural reflex & spastisitas akibat non neural reflex (kontraktur)
Bukti dari beberapa penelitian menjelaskan spastisitas pada stroke diakibatkan oleh gangguan pada tingkat supraspinal
Meningkatnya tahanan secara signifikan saat dilakukan gerakan pasif
Merupakan salah satu gejala upper motor neuron syndrome (i.e stroke) yang mempunyai karakteristik velocity-dependent
Hipereksitasi otot sehingga menyebabkan peningkatan arkus refleks spinal (stretch reflex)
Gangguan sensori motor kontrol disebabkan adanya gangguan sistem saraf pusat yang ditunjukkan dengan aktivitas kontraksi otot secara involunter
doi: 10.1016/S1047-9651(03)00093-7

23. Mekanisme Spastisitas Neural Reflex
Terjaganya keseimbangan extrapyramidal dalam melakukan inhibisi (dorsal
RST) & eksitasi (medial RST & VST) pada tingkat supraspinal
Arkus refleks spinal normal (tonic & phasic stretch reflex)
Tidak seimbangnya inhibisi & eksitasi menyebabkan peningkatan arkus
refleks spinal
Hipertonia, hyperreflex, spastisitas
Tidak adanya eksitasi corticoreticular terhadap dorsal RST menyebabkan
disinhibisi medial RST & VST
Dominan eksitasi medial RST & VST tanpa inhibisi dari dorsal RST
menyebabkan peningkatan refleks spinal, hypertonia, spastisitas
Supraspinal memiliki peranan penting dalam melakukan kontrol arkus
refleks spinal Normal = (+),(+),(-) = (+) Hipertonia = (+),(+),… = (++)

24. Refleks Spinal
Inverse stretch reflex
Crossed-extensor reflex
Nociceptive reflex (flexor & extensor spasm)/withdrawal
Cutaneous reflex (babinski)
Phasic stretch reflex : aktivitas neural dalam melakukan konsentrik otot akibat penguluran tiba-tiba (deep tendon reflex patella)
Tonic stretch reflex : aktivitas neural dalam menjaga ketegangan tonus otot pada saat diam
Stretch reflex (myotatic) merupakan peran dari proprioceptive
Refleks spinal merupakan feedback dari serabut saraf sensoris perifer

25. Stretch Reflex
Stretch reflex (myotatic reflex) merupakan respon
fisiologis kontraksi otot saat dilakukan penguluran otot
Terulurnya otot akan diikuti dengan terulurnya muscle
spindle disertai stimulasi serabut saraf sensoris 1a
Pada tingkat spinal serabut sensoris 1a bersinap pada
serabut saraf motoris alpha motor (monosynaptic)
Stimulasi dari serabut saraf sensoris 1a diteruskan
menuju serabut saraf motoris alpha motor
Sehingga otot akan kontraksi saat dilakukan penguluran,
sebaliknya otot antagonis akan rileks (reciprocal inhibition)
DOI: 10.4103/0972-2327.199906

26. Alpha motor & Gamma motor
Serabut otot terdiri dari 2 struktur, serabut otot luar
(extrafusal) dan serabut otot dalam (intrafusal)
Extrafusal & intrafusal masing-masing memiliki inervasi
saraf motoris dan sensoris
Extrafusal diinervasi oleh saraf motoris alpha motor &
intrafusal diinervasi oleh saraf motoris gamma motor
Intrafusal (muscle spindle) diinervasi oleh saraf motoris Ia
(static)/II (dynamic), sedangkan extrafusal diinervasi oleh
serabut saraf sensoris Ib (golgi tendon) dan nociceptive
Alpha motor dominan inervasi oleh corticospinal dan
vestibulospinal sedangkan gamma motor dominan inervasi
reticulospinal

27. Disinhibisi Supraspinal Mengakibatkan Peningkatan
Arkus Refleks Spinal
Menurunnya/hilangnya
presynaptic inhibition
(disinhibition) mengakibatkan
hiperaktivitas gamma motor
neuron
Hiperaktivitas gamma motor
neuron mengakibatkan muscle
spindle (intrafusal) terulur dan
mengaktivasi serabut saraf
sensoris 1a
Meningkatnya aktivasi
serabut saraf motoris alpha
motor
Arkus refleks spinal
meningkat
Hipertonia, hyperreflex,
spastisitas
https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2020.113491

28. Spastisitas Non Neural Reflex
Spastisitas terbagi menjadi 2 komponen
Spastisitas akibat neural reflex/ meningkatnya arkus refleks spinal
Spastisitas akibat kontraktur/ non-reflex spasticity
Pemeriksaan spastisitas (asworth scale) ataupun penggunaan
electromyograph sekalipun tidak mampu
membedakan/mengidentifikasi komponen spastisitas tsb
Elastosonografi ultrasound sering digunakan untuk memeriksa
struktur jaringan otot
Perbedaan elastisitas jaringan terlihat dari indikasi warna, warna
merah-lebih elastis, warna biru-tidak elastis (stiff tissue)

29. Reciprocal Inhibition
Spastisitas dapat mempengaruhi kokontraksi otot
Kokontraksi merupakan kontraksi otot secara
bersamaan antara otot agonis dan antagonis
Pada subjek sehat, kontraksi otot agonis akan
diiringi oleh reciprocal inhibition otot antagonis
Ketika terjadi spastisitas, reciprocal inhibition
tidak terjadi sehingga pasien sulit
mengkontraksikan ototnya
DOI: 10.1093/brain/awh319

30. Abnormal Muscle Coactivation
https://doi.org/10.1186/1743-0003-8-41

31. Intervensi Fisioterapi
Standing Active movement
Passive movement &
stretching
Positioning
Physical Therapy
methods/programme
doi: 10.1002/14651858.CD009188.pub2

32. Tujuan intervensi
Meminimalisir perubahan
viscoelastic jaringan otot
Merubah aktivitas neural
yang menyebabkan
spastisitas
Menjaga kemampuan otot
dalam melakukan kontraksi

33. Standing
Tilt table/standing frame : merubah aktivitas
neural penyebab spastisitas dengan cara
mengulur otot dalam waktu relatif lama dapat
merubah input sensoris (tendon tension-GTO
activation)
GTO activation menyebabkan inhibisi alfa
motor
Spastisitas menurun (spinal level)

34. Latihan gerak aktif
Terganggunya inervasi otot akibat terganggunya traktus
lateral corticospinal menyebabkan penurunan aktivasi
motor unit, tanda yang ditampilkan kelemahan otot
(negative sign UMN)
Dalam waktu > 6 bulan, kelemahan otot juga
dipengaruhi oleh menurunnya cross-sectional otot dan
berkurangnya serabut otot akibat penurunan aktivasi
motor unit
Diperburuk dengan kondisi “disuse”
Latihan gerakan aktif/ kontraksi otot

35. Positioning
Pengaruh posisi (positioning) terhadap aktivitas stretch
reflex
Otot dalam posisi terulur (memanjang) cenderung
mengaktifkan stretch reflex dibanding otot dalam posisi
memendek
Prone position : direkomendasikan jika terdapat spastis
fleksor hip & lutut, jika memungkinkan posisikan kaki
menggantung dipinggir bed (ankle netral position)
Side lying : direkomendasikan jika terdapat spastis
ekstensor hip & lutut
Koreksi posisi ankle dapat menggunakan footboard,
bracing atau orthotic
https://www.wsh.nhs.uk/CMS-Documents/Patient-leaflets/Physiotherapy/6760-1-Tone-management-advice-positioning-for-spasticity.pdf

36. Physiotherapy Programme/methode
Respon motoris merupakan jawaban dari input sensoris
Jika input sensoris tidak sesuai maka output respon
motoris akan terganggu
Perbaikan output respon motoris melewati pemberian
stimulasi input sensoris yang sesuai
Proprioceptive Neuromuscular Fascilitation :
penanaman pola gerakan (input sensoris proprioceptive)
dengan tujuan memfasilitasi aktivitas neuromuscular
(output motoris)

37. Transcranial Magnetic Stimulation
Repetitive transcranial magnetic stimulation
(rTMS) merupakan non invansive treatment
dalam menstimulasi cortex cerebral
Frekuensi tinggi rTMS > 5Hz dapat
meningkatkan eksitabilitas cortex cerebral &
frekuensi rendah 1 Hz mampu meng inhibisi
cortex cerebral
Inhibisi pada unaffected hemisphere dapat
menurunkan transcallosal inhibisi pada affected
hemisphere
http://dx.doi.org/10.1136/jnnp-2017-317371

38. Functional Electrical Stimulation
Functional Electrical Stimulation dapat meningkatkan aktivitas cortex sensoris cerebral melewati
aktivasi input proprioceptive dan meningkatkan suplai darah pada cortex sensoris affected hemisphere

39. Sekian
&
Terimakasih