KELISTRIKAN DAN KEMAGNETAN DALAM TUBUH BIOELEKTROMAGNETIK KELISTRIKAN DAN KEMAGNETAN DALAM TUBUH

Biolistriksitas seperti elektrokardiogram diketahui hampir satu abad sebelum biomagnetisme ditemukan. Orang telah mengenal adanya ikan listrik “terpedo dan belut” berabad abad sebelum listrik dipelajari. Alessandro Volta juga meneliti fenomena ini dan dalam prosesnya menemukan baterai salah satu penemuan yang terpenting dalam sejarah fisika. Temuan tersebut merupakan arus listrik tetap pertama.

Penemuan biolistrik Caldani (1856) Kelistrikan pada otot katak yang telah mati Luigi Galvani 1780 mulai mempelajari kelistrikan pada tubuh hewan 1786 kedua kaki katak terangkat ketika diberikan aliran listrik melalui konduktor

Penemuan biolistrik Arons (1892) Merasa ada aliran frekuensi tinggi melalui tubuhnya sendiri Van Seynek (1899) mengamati terjadinya panas pada jaringan yang disebabkan aliran frekuensi tinggi Schlephake (1982) Pengobatan dengan menggunakan Short Wave

Rumus/ Hukum dalam Biolistrik Hukum Ohm Perbedaan potensial antara ujung konduktor berbanding langsung dengan arus yang melewati, berbanding terbalik dengan hambatan dari konduktor R = V R = Hambatan (/ohm) I V = Tegangan (volt) I = Arus (ampere)

Rumus/ Hukum dalam Biolistrik Hukum Joule Arus listrik yang melewati konduktor dengan perbedaan tegangan dalam waktu tertentu akan menimbulkan panas. V = tegangan (Volt) H (kalori) = VIT I = arus (Ampere) J T = Waktu (detik) J = Joule = 0,239 kal

Keterangan: Ion Molekul Makromolekul Organel Sel Jaringan Organ Sistem Organ Organisme pengantar faal/ikun/2007

Listrik yang dihasilakan oleh tubuh berfungsi untuk mengendalikan dan mengoprasikan saraf, otot dan berbagai organ. Kerja otak pada dasarnya bersifat elektrik.

Pengendalian Neuroendokrin pengantar faal/ikun/2007

DASAR BIOLISTRIK Biolistrik: kelistrikan di dalam sel atau jaringan hidup Berbagai kerja sistem tubuh diatur oleh sistem saraf  termasuk sistem pengendali tubuh Sel saraf  sel peka rangsang Berbagai transport zat  membran sel/plasma Berbagai kompartmen  pertukaran antara lingkungan internal & eksternal

SISTEM SYARAF . a. Sistem Saraf Pusat : Terdiri dari otak, medulla spinalis dan saraf perifer. Saraf perifer : - Afferen : mengirim informasi ke otak / medula spinalis - Eferen : dari otak atau medula spinalis ke otot dan kelenjar b. Sistem Saraf Otonom : Mengatur organ dalam tubuh seperti jantung, usus dan kelenjar secara tidak sadar.

KELISTRIKAN SARAF Kecepatan impuls serat syaraf : serat syaraf berdiameter besar kemampuan menghantarkan impuls lebih cepat dari yang berdiameter kecil Serat syarat ada 2 type : 1. Bermyelin : banyak terdpt pd manusia. suatu insulator yang kemampuan mengaliri listrik sangat rendah. Aliran sinyal dapat meloncat dari satu simpul ke simpul yang lain. 2. Tanpa myelin : - Akson tanpa myelin diameter 1 mm kecepetan 20 -50 m/s. - Akson bermyelin diameter 1 μm kecepatan 100 m/s.

Dalam keadaan normal Na + diluar sel > Na + di dalam sel Diukur dgn Galvanometer -90 mVolt  Polarisasi Bagaimana agar ion Na+ tersebut masuk ?? Ada rangsangan listrik, mekanik atau kimia + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - Membran sel Na+

KELISTRIKAN PADA SINAPSIS DAN NEUROMYAL JUNCTION. Sinapsis : Hubungan antara 2 buah syaraf. Neuromyal Junction : Berakhirnya saraf pada sel otot. Memiliki kemampuan meneruskan gelombang depolarisasi dengan cara lompat dari satu sel ke sel yang lain. Pada saat depolarisasi, zat kimia pada otot bergetar/trigger  Kontraksi otot, repolarisasi  Relaksasi otot.

Bagaimana sistem saraf bekerja Bagaimana sistem saraf bekerja?  dasar: penghantaran impuls di sel saraf Bagaimana proses terbangkitnya impuls?  peristiwa kelistrikan di sel saraf (depolarisasi & potensial aksi/impuls) Mengapa bisa terjadi? - keterlibatan ion-ion dlm kompartmen tubuh, terutama ion Na & K di ekstrasel & intrasel - membran sel semipermeabel  pertukaran ion  potensial membran  gradien konsentrasi & muatan antara ekstrasel & intrasel

POLARISASI (Isoelektris) Potensial Listrik Sel pada Keadaan yang Berbeda “ISTIRAHAT” Perpindahan ion antar ekstrasel dan intrasel (melalui membran sel) Beda potensial listrik antara ekstrasel dan intrasel: mantap POLARISASI (Isoelektris) Na+ Cl- K+ + + + + _ _ _ _ Beda Kadar Na+ Cl- K+ - 70 mV Beda Muatan Listrik Kemudahan menembus membran (saluran ion) Pompa Na - K Ekstrasel: Na+ Cl - K+ Intrasel: Na+ Cl - K+

pengantar faal/ikun/2007

Penghantaran Kegiatan Listrik ke Pusat Saraf BILA SEL DIRANGSANG? MEKANIK RANGSANG SUHU LISTRIK KIMIA PROSES TRANSDUKSI RESEPTOR RESPONS Perubahan Kegiatan Listrik Membran Reseptor Penghantaran Kegiatan Listrik ke Pusat Saraf pengantar faal/ikun/2007

BILA SEL DIRANGSANG?  TRANSDUKSI RESEPTOR Membran akan lebih permeabel, shg ion Na ekstrasel masuk ke intrasel  kenegatifan intrasel berkurang penurunan beda potensial ekstrasel & intrasel (DEPOLARISASI) Depolarisasi akan meningkatkan permeabilitas membran shg makin banyak ion Na ekstrasel yang masuk ke intrasel dan depolarisasi makin besar Bila peristiwa terus berlanjut, suatu saat depolarisasi mencapai ambang letup shg terbentuklah POTENSIAL AKSI; bila tidak berlanjut akan kembali ke keadaan istirahat (REPOLARISASI) Potensial aksi yang menjalar IMPULS

Potensial Generator (Reseptor) Peningkatan kuat rangsang akan meningkatkan amplitudo depolarisasi (potensial reseptor) Potensial reseptor Potensial Aksi Potensial Generator (Reseptor) Akson Node of Ranvier Sel Schwann

Penghantaran Impuls di Neuron tak bermielin

Impuls: potensial aksi yang dihantarkan Penghantaran potensial aksi melalui saraf bermielin Saltatory Conduction Impuls: potensial aksi yang dihantarkan

Penghantaran Impuls di Neuron bermielin

SINAPS Impuls di suatu neuron akan diteruskan ke neuron lain mll SINAPS Neuron sblm sinaps  neuron presinaps Neuron stlh sinaps  neuron postsinaps/ pascasinaps Penghantaran pd SINAPS LISTRIK  akson  mll GAP JUNCTIONS Penghantaran pd SINAPS KIMIA perlu perantara  NEUROTRANSMITTER

SINAPS LISTRIK & KIMIA

Kelistrikan & kemagnetan yang timbul dalam tubuh Aktivitas kelistrikan sel  perpindahan ion dari dalam sel ke luar sel, atau sebaliknya melalui membran sel Pada keadaan istirahat: Ion Na+ luar sel >>  potensial dalam sel > negatif  potensial membran negatif/ istirahat (-90 mVolt) = polarisasi Ada rangsangan listrik terhadap membran : Ion Na+ masuk ke dalam sel  potensial dalam sel > positif  potensial membran positif = depolarisasi

Isyarat listrik tubuh: Hasil perlakuan kimia dari tipe sel-sel +++ untuk memperoleh informasi klinik tentang fungsi tubuh EMG (Elektromiogram) ENG (Elektroneurogram)  miastenia gravis ERG (Elektroretinogram)  perubahan pigmen retina EOG (Elektroakulagram) EGG (Elektrogastrogram)  gerakan peristaltik EEG (Elektroensefalogram)  epilepsi EKG (Elektrokardiogram)

AKTIFITAS KELISTRIKAN OTOT JANTUNGJANTUNG

Jantung terdiri dari 4 bagian yaitu atrium (dextra & sinistra) & ventrikel (dextra & sinistra). Jantung mempunyai aktifitas listrik meliputi: Sino Atrio Nodus, Atrio Ventrikuler Nodus, Berkas His dan Serabut Purkinje, inilah point penting dalam pembacaan EKG.

Jantung memompa darah secara terus menerus melalui sistem sirkulasi Berdenyut kuranglebih 100.000 x /hari dan memompa sekitar 38.000 liter Jantung dapat berfungsi dengan benar dan terorganisasi dengan baik, diatur oleh rangsangan llistrik jantung.

Muatan listrik sel otot jantung Keadaan sel otot jantung Muatan listrik intraseluler ekstraseluler Istirahat/repolarisasi - (relatif lebih negatif) + (relatif lebih positif) depolarisasi

Sel telah depolarisasi Sel istirahat + + + + + + + Sel sedang depolarisasi --- --- --- + + + + -- -- -- --- --- --- --- --- --- --- --- + + + + --- --- --- Sel telah depolarisasi --- --- --- + + + + + Sel mulai repolarisasi --- --- --- ---

Dimana Listrik jantungnya? Sel membran otot jantung (miokardium) berbeda dengan saraf dan otot bergaris. Saraf dan otot bergaris memerlukan rangsangan supaya ion Na+ masuk ke dalam sel –> depolarisasi Sel otot jantung, ion Na+ mudah bocor (tidak memerlukan rangsangan dari luar), setelah repolarisasi komplit, ion Na+ akan masuk lagi ke dalam sel –> depolarisasi spontan Menghasilkan gelombang depolarisasi untuk seluruh otot miokardium Depolarisasi sel membran otot jantung oleh perambatan potensial aksi menghasilkan kontraksi otot –> denyut jantung

Penjalaran Depolarisasi

SA node mengalami gelombang depolarisasi ke atrium kiri dari atrium kanan dalam 70 sekon –> terjadi kontraksi atrium Gelombang depolarisasi berlanjut ke AV node –> AV node mengalami depolarisasi Gelombang dari AV node melalui bundle of his (BH)dan diteruskan ke bundle branch (BB) –> BB mengalami depolarisasi Diteruskan ke jaringan purkinye –> endokardium –> berakhir di epikardium –> terjadi kontraksi otot jantung Setelah repolarisasi, miokardium relaksasi

Sinyal Listrik jantung

P : gelombang yang timbul karena. depolarisasi atrium P : gelombang yang timbul karena depolarisasi atrium. Q : defleksi negatif pertama sesudah gelombang P dan yang mendahului defleksi R, dibangkitkan oleh depolarisasi permulaan ventrikel.  R : defleksi positif pertama sesuadah gelombang P dan yang ditimbulkan oleh depolarisasi utama ventrikel. S : defleksi negatif sesudah defleksi R. T : gelombang yang timbul oleh repolarisasi ventrikel.

ELEKTRODA Untuk mengukur potensial aksi dengan memindahkan transmisi ion ke penyalur elektron Bahan yang dipakai perak dan tembaga Bahan elektroda : 1. Dapat disterilkan. 2. Tidak mengandung racun. Biasanya Perak ( Ag ) ditutupi lapisan tipis perak Chlorida ( AgCl ). Perbedaan potensial sebesar 0,80 – 0,34 = 0,46 V, dijumpai apabila kedua elektroda disambungkan pada kedua tangan penderita.

Electrocauter & Electrosurgery Listrik frek tinggi  mengontrol perdarahan saat pembedahan Electrocauter (Cauterisasi = pembakaran) suatu pembakaran mengggunakan frek listrik 2 MHz, tegangan 15 kV  menghentikan perdarahan pd luka menganga menggunakan gulungan kawat panas pd pemb.darah tanpa anestesi Electrosurgery memotong jaringan; dilakukan dg gerakan cepat 5-10 cm/detik untuk mengurangi destruksi jaringan sekitar (cth:operasi otak, limpa, vesica felea, prostat, dan serviks)

Defibrillator SA Node di puncak atrium kanan dekat Vena cava superior  pace maker scr sinkron memompa darah ke sirkulasi paru-paru & ke sirkulasi darah sistemik; kehilangan sinkronisasi  FIBRILASI Fibrilasi atrium: f(x) ventrikel normal  ritme jantung iregular Fibrilasi ventrikel: tdk mampu memompa darah; jika tdk dilakukan koreksi dlm bbrp menit  kematian

BIOELEKTROMAGNETIK Defibrillator Penanganan fibrilasi: - massage jantung (metode mekanik) - syok listrik pd daerah jantung * countershock  sinkronisasi irama jantung * defibrilasi  jika tdk berespons thd countershock  defibrillator MA FISIKA - FIK UI

Riset Terakhir dari Kelistrikan Tubuh Ditubuh banyak fenomena kelistrikan dan pemahaman kita tentang fenomena tersebut sangatlah beragam. Salah satu proses kehidupan yang dikendalikan secar elektrik adalah pertumbuhan tulang Tulang mengandung kalogen yang merupakan suatu bahan piezoeletrik : apabila diberikan suatu gaya kepada kalogen akan berbentuk potensial kecil. Kalogen biasanya menghantarkan arus bermuatan negatif Kristal mineral tulang “apati” yang terletak dekat dengan kalogen menghantarkan arus bermuatan positif Pada tautan antara kedua jenis semikonduktor arus akan mengalir kesuatu arah tepi dan ini adalah gagasan dasar dalam mengubah sinyal ac menjadi dc. Walaupun sistim saraf otonom tidak berada dibawah kendali “ volunter” namun ini dapat dipengaruhi oeleh rangsangan ekternal.

SIAP UJIAN FINAL???