BIOLISTRIK

Well, ini tugas paper kuliah saya di Semester 1 lalu, mata kuliah Fisika Kedokteran. hehe. Semoga bermanfaat ^^

Hukum Ohm : Perbedaan potensial antara ujung konduktor berbanding langsung dengan arus yang melewati, berbanding terbalik dengan tahanan dari konduktor.

R = V/I       R  : dalam Ohm

                   I   : Ampere (A)

                   V  : Tegangan (Volt)

Hukum Joule : Arus listrik yang melewati konduktor dengan perbedaan tegangan (V) dalam waktu tertentu menimbulkan panas.

H_1(kalori) = VIT/J           V :  Tegangan dalam voltage

                                      I   :  Arus dalam Ampere

                                      T  :  Waktu dalam detik (sekon)

                                             J   :  Joule (0,239 Kal)

Macam-macam Gelombang Arus Listrik :

1.      Arus bolak-balik atau sinusoidal

2.      Arus setengah gelombang

3.      Arus searah penuh tapi mengandung riple/desir

4.      Arus searah murni

5.      Faradik

6.      Surged faradic/sentakan faradik

7.      Surged sinusoidal/sentakan sinusoidal

8.      Galvanik yang interuptus

9.      Arus gigi gergaji

A.      KELISTRIKAN DAN KEMAGNETAN YANG TIMBUL DALAM TUBUH

1.        SISTEM SARAF DAN NEURON

Sistem Saraf Pusat : Terdiri dari otak, medulla spinalis dan saraf perifer (saraf afferen dan efferen)

Sistem Saraf Otonom : Serat saraf ini mengatur organ dalam tubuh

Struktur dasar dari sistem sraf disebut neuron/sel saraf. Suatu sel saraf mempunyai fungsi menerima, interpretasi, dan menghantarkan aliran listrik.

2.        KONSENTRASI DI DALAM DAN DI LUAR SEL

Potensial istirahat pada waktu = 0 dimana ion K akan melakukan difusi dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah sehingga pada saat tertentu akan terjadi membran dipole/membran dua kutub dimana larutan dengan konsentrasi yang tadinya rendah akan kelebihan ion positif, kebalikan dengan larutan yang konsentrasi tinggi akan berubah menjadi kekurangan ion sehingga menjadi lebih negatif. Membran permeabel biasanya permeabel terhadap ion K, Na dan Cl sedangkan terhadap protein besar (A^-) sangat tidak permeabel.

3.        KELISTRIKAN SARAF

Dengan menggunakan mikroskop elektron serat saraf dibagi dalam dua tipe yaitu serat saraf bermyelin dan tidak bermyelin. Serat saraf bermyelin banyak terdapat pada manusia. Myelin merupakan insulator (isolasi) yang baik dan kemempuan mengaliri listrik sangat rendah. Potensial aksi makin menurun apabila melewati serat saraf yang bermyelin.

Panjang dan kecepatan aliran listrik pada serat saraf tergantung pada lapisan myelin. Akson tanpa myelin dengan diameter 1 mm mempunyai kecepatan 20-50 m/s. sedangkan dengan diameter 10 m mempunyai kecepatan 100 m/s. pada serat saraf bermyelin aliran sinyal dapat meloncat dari satu simpul ke simpul lain.

Telah diketahui bahwa sel mempunyai lapisan yang disebut membran sel, didalam sel ini terdapat ion Na, K, Cl, dan protein (A^-). Sel mempunyai kemampuan memindahkan ion dari satu sisi ke sisi yang lain, disebut aktifitas kelistrikan sel

Suatu saraf atau membran otot pada keadaan istirahat (tidak adanya proses konduksi impuls listrik), konsentrasi ion Na⁺ lebih banyak di luar sel dari pada di dalam sel.

Potensial aksi merupakan tenomena keseluruhan atau tidak sama seklai (all or none) yang berarti bahwa begitu nilai ambang tercapai, peningkatan waktu dan amplitudo dari potendial aksi akan selalu sama, tidak perduli macam apapun intensitas dari rangsangan. Segera setelah potensial aksi mencapai puncak mekanisme pengangkutan di dalam sel membran dengan cepat mengembalikan ion Na ke luar sel sehingga mencapai potensial membran istirahat (-90 Mv). Proses ini disebut polarisasi dan berakshir. Siklus ini mencapai 3 m detik.

4.        PERAMBATAN POTENSIAL AKSI

Potensial aksi bisa terjadi apabila suatu daerah membran saraf atau otot mendapat rangsangan mencapai nilai ambang. Poternsial aksi itu sendiri mempunyai kemampuan untuk merangsang daerah sekitar sel membran untuk mencapai nilai ambang. Dengan demikian dapat terjadi perambatan poternsial aksi ke segala jurusan sel membran. Keadaan ini disebut perambatan potensial aksi atau gelombang depolarisasi.

Periode Rerfaktrer Absolut : Selama periode ini tidak ada rangsangan, tidak ada unsur kekuatan untuk menghasilkan potensial aksi yang lain.

Perode Refrakter Relatif : Setelah sel membran mendekati repolarisasi seluruhnya maka dari periode refrekter absolut akan menjadi periode refrekter relatif, dan apabila ada stimulus/rangsangan yan gkuat secara normal akan menghasilkan potensial aksi yang baru.

5.        KELISTRIKAN PADA SINAPSIS DAN NEUROMYAL JUNCTION

Hubungan antara dua buah saraf disebut sinapsis. Berakhirnya saraf pada sel otot/hubungan saraf otot disebut Neuromyal Junction.

Baik sinapsis maupun neuromyal junction mempunyai kemampuan meneruskan gelombang depolarisasi dengan cara lompat dari satu sel ke sel yang berikutnya.

6.        KELISTRIKAN OTOT JANTUNG

Membran sel otot jantung tanpa rangsangan dari luar akan mencapai nilai ambang dalam menghasilkan potensial aksi pada suatu rate/kecepatan yang teratur.

Interval waktunya bisa bervariasi oleh karena perubahan dalam hal :

1.     Potensial membran istirahat

2.     Tingkat dari nilai ambang

3.     Slope dari depolarisasi spontan terhadap nilai ambang.

Perubahan ketiga parameter itu sangat memperngaruhi mekanisme kontrol fisologis terhadap frekuensi jantung.

7.        ELEKTRODA

Untuk mengukur potensial aksi secara baik dipergunakan elektroda. Kegunaan dari elektroda untuk memindahkan transmisi ion ke penyalur elektron. Bahan yang dipakai sebagai elektroda adalah perak dan tembaga.

Apabila sebuah elektroda tembaga dan elektroda perak ditempatkan dalam bak berisi elektrolit akan terjadi perbendaan poter=nsial sebanyak 0,80-0,30 = 0,46 V.

Macam-macam bentuk elektroda:

1.     Elektroda Jarum (Mikro Elektroda), berbentuk konsentrik (konsentrik elektroda). Elektoda berbentuk jarum ini digunakan untuk mengukur aktivitas motor unit tunggal.

2.     Elektroda Mikropipet, dibuat daripada gelas. Cara pembuatannya ialah pipa gelas dipanaskan kemudian ditarik cepat-cepat kemudian ujung gelas tersebut dipotong.

3.     Elektroda permukaan kulit, terbuat dari metal atau logam yan gtahan karat misalnya perak, nikel atau alloy.

a.         Bentuk pelat

b.         Bentuk suction cup

c.         Bentuk floating

d.        Bentuk ear Clip

e.         Bentuk batang

8.        ISYARAT LISTRIK TUBUH

a.      EMG (Elektromiogram), pencatatan otot biolistrik selama pergerakan otot. Tujuannya untuk memperoleh informasi tentang aktivitas kelistrikan otot.

b.     ENG (Elektroneurogram). Untuk mengetahui keadaan lengkungan refleks, mengetahui kecepatan konduksi saraf motoris dan sensoris, dan untuk menentukan penderita miastenia gravis.

c.     ERG (Elektroretinogram), pencatatan potensial biolistrik pada retina melalui sangsangan cahaya pada retina.

d.     EOG (Elektrookulogram), pengukuran beda potensial pada kornea-retina akibat perubahan posisi dan gerakan mata.

e.     EGG (elektrogastrogram), yang berkaitan dengan peristaltil traktus gastrointestinalis.

f.      EEG (Elektroensefalogram), pencatatan isyarat listrik otak.

g.     EKG, ECG (Elektrokardiogram), pencatatan isyarat biolistrik jantung, dilakukan pada permukaan kulit.

9.        AKTIFITAS KELISTRIKAN OTOT JANTUNG

Sel membran otot jantung serupa dengan sel membran otot bergaris, yaitu mempunyai kemampuan menuntun suatu perambatan potensial aksi/gelombang depolarisasi. Ini akan menghasilkan kontraksi otot. Hanya saja ada 3 hal penting perbedaan antara sel otot jantung dengan sel oto bergaris, yaitu sel otot jantung mempunyai:

1.     High speed conductive pathway (konduksi berjalan dengan kecepatan tinggi)

2.     Long refractory period (periode refrekter yang penjang)

3.     Automatisasi (otomatis)

B.       ISYARAT MAGNET JANTUNG DAN OTAK

Medan magnet sekitar jantung disebabkan adanya arus listrik jantung yang mengalami depolarisasi dan repolarisasi. Pencatatan medan magnet jantung disebut magnetokardiogram. Besarnya sekitar 5x10^-11 Telsa (T) atau sekitar 10x108 medan magnet bumi.

1.        MAGNETOKARDIOGRAFI (MKG)

Penderita ditempatkan dalam ruang oktagonal yang terdiri dari 5 lapisan pelindung magnet. Segala materi disingkirkan dari subjek yan gakan diperiksa. Kemudian magnetodetector probe didekatkan pada tubuh/jantung. Perekamannya hanya berlangsung dalam waktu 1 menit.

2.        MAGNETOENSEFALOGRAM (MEG)

Yaitu pencatatan medan magnet sekaligus sekeliling otak dengan mempergunakan arus searah. Alat yang digunakan adalah SQUID magnometer. Pada ritme alpha medan magnet otak berkisar 1x10^-13 T.

C.      PENGGUNAAN LISTRIK DAN MAGNET PADA PERMUKAAN TUBUH

Pada tahun 1890 Jacques A.D. Arsonval telah menggunakan listrik berfrekuensi rendah untuk menimbulkan efek panas. Taun 1929 telah pula menggunakan frekuensi 30 MHz untuk pemanasan yang disebut short wave diathermy. Tahun 1950 diperkenalkan penggunaan gelombang mikro dengan frekuensi 2.450 MHz untuk keperluan diathermy dan pemakaian radar.

1.        FREKUENSI ARUS LISTRIK

1.    Listrik Berfrekuensi Rendah. Yaitu antara 20 Hz sampai dengan 500.000 Hz. Mempunyai efek merangsang saraf dan otot sehingga terjadi kontraksi otot. Contoh alatnya adalah stinulator yang rangkaiannya terdiri dari multivibrator, astable multivibrator.

2.    Listrik berfrekuensi Tinggi. Yaitu arus listrik di atas 500.000 siklus per detik (500.000 Hz) mempunyai sifat merangsang motoris atau saraf sensoris, kecuali dilakukan dengan pengulangan yang sama. Mempunyai sifat memanaskan.

a.    Short Wave Dhiatermy (diatermi gelombang pendek)

                                       i.          Menghasilkan panas dan peningkatan efek fisiologis :

1.    Meningkatkan metabolisme

2.    Suplai darah meningkat

3.    Efek pada saraf

4.    Mengurangi relaksasi otot dan meningkatkan efensisai usaha otot

5.    Terjadi koagulasi

6.    Penurunan tekanan darah

7.    Meningkatkan aktivitas kelenjar keringat

                                          ii.     Mempunyai efek terapeutik (pengobatan) :

1.    Terhadap daerah peradangan

2.    Efek terhadap infeksi bakteri

3.    Menghilangkan rasa sakit

4.    Peningkatan absorpsi dan peningkatan aliran darah pada daerah yang patah.

b.    Micro Wave Dhiatermy (diatermi gelombang mikro), merupakan gelombang elektromagnetis dengan panjang gelombang antara sinar inframerah dan gelombang yang dihasilkan diatermi gelombang pendek. Efek yang ditimbulkan:

                           i.     Efek fisiologis, yaitu menimbulkan panas pada jaringan-jaringan yang banyak mengandung air, dan banyak pula mendeprosit energi.

                           ii.     Efek pengobatan, dipakai untuk mengobati penderita yang mengalami ruda paksa (trauma) dan peradangan.

Gelombang mikro tidak dapat dipakai pada penderita gangguan sirkulasi, dapat mengakibatkan pendarahan, trombosis dan flebitis.

2.        ELECTROCAUTER DAN ELECTROSURGERY

Listrik berfrekuensi tinggi dipergunakan untuk mengontrol pendarahan pada waktu operasi. Biasanya digunakan untuk operasi otak, limpa, vasica felea (kantong empedu), prostat dan serviks.

3.        DEFIBRILLATOR

Penderita yang mengalami fibrilasi telah dilakukan pengobatan melalui massage jantung (metoda mekanik) namun akan sangat berhasil apabila dilakukan syok listrik pada daerah jantung.

1.    AC defibrillator, menggunakan transformator step up dengan tegangan antara 80-300 V, amper berkisar 4-6 A. Penggunaan secara interval 250 mili detik pada frekuensi 60 Hz. Untuk menghilangkan efek kejang-kejang pada otot tulang/otot bergaris.

2.    Capasitive discharge DC defibrillator, menggunakan sirkit kapasitas akan diperoleh pulsa yang singkat dengan amplitudo yang tinggi. Energi yang disimpan kapasitor :

    E = EV2/2

C  =   nilai kapasitor berkisar 10-50 uF

V  =   tegangan berkisar 2-9 kV

E  =   sebesar 400 J

3.    Delay line capasitive discharge DC defibrilator, energinya hanya dengan satu kapasitor saja. Karakteristik pada pelepasan muatan adalah rectangular

4.    Square wave defibrillator, pelepasan muatan dari kapasitor ke tubuh manusia melalui suatu seri SCR (Silicon Control Rectifier). Manfaatnya:

a.         Arus pendek yang rendah

b.         Tidak menggunakan induktor

c.         Kapasitas yang diapakai sangat kecil

d.        Tidak memakai relay

D.      MAGNETIK BLOOD FLOW METER

Yaitu alat pengukur aliran darah magnetis berdasarkan atas prinsip induksi magnetis.

V = B dv           V  =   tegangan (volt)

                                 B  =   kuat medan magnet (gauss)

                                 d   =   diameter pembuluh darah

                                 v   =   kecepatam (m/s)

E.       SYOK LISTRIK

Adalah suatu nyeri pada saraf sensoris yang diakibatkan aliran listrik yang mengalir secara tiba-tiba melalui tubuh. Merupakan kejadian yang timbul secara kebetulan.

1.    Syok dengan tujuan tertentu, ini dilakukan atas dasar indikasi medis. Penderita akan dialiri arus listrik dalam orde 0,5 sampai 1,5 A dengan voltase 80-110 V dalam waktu 1/10 sampai 1/5 sekon.

2.    Syok tanpa tujuan tertentu, timbulnya akibat dari suatu kecelakaan. Ini dikenal dengan Earth Shock :

a.    Low tension shock (syok tegangan rendah)

b.    High tension shock (syok tegangan tinggi)

1.        PARAMETER YANG MEMPENGARUHI SYOK LISTRIK

Syok semakin serius apabila arus yang melewati tibuh semakin besar. (I=V/R)  berarti tegangan penting dalam menentukan berapa arus yang dapat dilewati oleh tahanan yang diberikan oleh tubuh.

1.    Jenis kelamin

a.    Rata-rata threshold untuk laki-laki 16 mA, untuk wanita 10,5 mA

b.    Rata-rata let go current untuk laki-laki 16 mA, untuk wanita 10,5 mA. Minimum let go current untuk laki-laki 9,5 mA, untuk wanita 6 mA.

2.    Frekuensi AC, menurut hasil penelitian Dalziel ternyata frekuensi 50-60 Hz merupakan minimum let go current.

3.    Duration, nilai ambang fibrilasi akan meningkat bila waktu semakin kecil.

4.    Berat badan, nilai ambang fibrilasi akan meningkat dengan meningkatnya berat badan.

5.    Jalan yang ditempuh arus, apabila jalan yang ditempuh arus melewati jantung atau otak akan timbul bahaya syok semakin keras.

2.        PENGARUH SYOK LISTRIK TERHADAP ORGAN TUBUH

Current (1 secong contact)	Effect	Voltage requred to produce the current eith assumed body resistance
		10.000 Ohm	1.000 Ohm
Safe 1 mA, Current or less values 1-8 mA	Causes no sensation not felt is at threshold perception. Sensation of shock. Not painfull. Individual can let go at will as muscular control is not last (5 mA is   accepted as maximum harmless current intencity)	10 V 10-8 V	1 V 1-8 V
Unsafe current 8-15 mA	Painfull shock. Individual can let go at will beginning of sustained involuntary muscular control is not last	80-150 V	8-15 V
15-20 mA	Painfull shock, muscular control of adjacent muscles lost. Can not let go.	150-200 V	15-20 V
30-50 mA	Painfull, severe muscular contractions. Breading is difficult	200-500 V	20-50 V
6 Amp	Sustaind ventricular contraction followed by normal heart rhythem (defibrillator). Temporary respiratory paralysis an possibly burns.	60.000 V	6.000 V

3.        PENGOBATAN TERHADAP SYOK lISTRIK

Ringan :

1.    Penderita diistirahatkan

2.    Diberi minum dengan air dingin, tujuannya agar tidak menyebabkan vasodilatasi/pelebaran pembuluh darah dan berkeringat banyak yang dapat menyebabkan penurunan tekanan darah.

Berat :

1.    Penderita ditelentangkan sedemikian rupa agar mudah bernafas.

2.    Pakaian dibuka/dilonggarkan

3.    Apabila kesadaran menurun dan kegagalan pernafasan dapat dilakukan pernafasan buatan “mouth to mouth”

4.    Kalau terjadi jantung berhenti berdenyut, lakukan mesase jantung.

4.        PENCEGAHAN TERHADAP SYOK

Terhadap alat listrik yang digunakan :

1.    Semua alat listrik harus menggunakan three wire cord/ kabel tiga urat dan dihubungkan ke ground sekuat mungkin.

2.    Segala tombol dan tahanan harus berada pada live (kawat fasa)

3.    Seluruh tombol harus “turn off” apabila tidak dipergunakan

4.    Alat pacu jantung harus diisolasi dan hindari dari sentuhan logam

5.    Lakukan prosedur tes secara teratur

6.    Alat-alat listrik diletakkan sedemikian rupa sehingga terhindar dari pegangan penderita.

Terhadap penderita :

Penderita diisolasikan dari ground. Ini agak sulit karena pada EKG monitor kaki kanan penderita selalu dihubungkan ke ground. Untuk menghindari hak itu digunakan transformer.

Terhadap ruangan :

1.    Lantai ruangan terbuat dari bahan tanpa penghantar listrik atau dipasang karpet karet

2.    Ruangan harus sekering mungkin

Sumber : Gabriel, J.F. Fisika Kedokteran. EGC. Jakarta. 1996