BIOLISTRIK Heru santoso wahito nugroho Fisika Kesehatan

Lingkup pembahasan Pendahuluan Hukum-hukum dalam biolistrik Kelistrikan sel Kelistrikan otot jantung Kelistrikan saraf dan otot

Pendahuluan Kelistrikan memegang peranan penting dalam tubuh manusia. Beberapa penyelidikan tentang biolistrik: 1856, Caldani : kelistrikan otot katak mati. 1780, Luigi galvani : kelistrikan pada tubuh hewan. 1786, Luigi Galvani : terangkatnya kedua kaki katak setelah diberi aliran listrik 1892, Arons : merasakan aliran frekuensi tinggi melalui dirinya dan asistennya. 1899, Van Seynek : terjadinya panas pada jaringan akibat aliran frekuensi tinggi 1928, Schliephake : pengobatan dengan gelombang pendek (short wave).

Hukum-hukum dalam biolistrik 1. Hukum Ohm Oleh George Simon Ohm (1826), “Beda potensial di antara dua ujung konduktor berbanding lurus dengan arus listrik yang melewatinya.” Melibatkan: V: beda potensial (tegangan) Volt (V) I: arus listrik  Ampere (A) R: hambatan (tahanan)  Ohm (Ω)

Di dalam konduktor terdapat elektron-elektron bebas yang dapat bergerak. Arah gerakan elektron berlawanan dengan gerakan proton Gerakan elektron dan proton menimbulkan gerakan muatan listrik (“arus listrik”) Arus listrik berjalan searah dengan gerakan proton

POMPA Hambatan Arus air – Arus listrik Beda ketinggian - Beda potensial

Formula: V/I = Konstan R = V/I I = V/R V = IR

Lampu dihubungkan dengan konduktor dengan beda potensial 100 Volt, menghasilkan arus listrik 5 Ampere. Berapa ohm hambatan pada konduktor? Diketahui: V = 100 V I = 1 A Ditanyakan: R = ? Jawab: R = V/I = 100 V = 20 Ω 5 A Jadi besarnya hambatan adalah 20 Ohm.

Jaringan otot uterus memiliki tahanan 2,5 kiloOhm dan tegangan listrik 120 miliVolt, berapa miliAmperekah besarnya kuat arus listrik yang mengalir pada otot uterus tersebut? Diketahui: R = 2,5 kΩ = 2500 Ω V = 120 mV = 0,12 V Ditanyakan: I = ? Jawab: I = V/R = 0,12 V = …………… A = …………… mA 2500 Ω Jadi besarnya arus listrik adalah ……………….mA.

Hukum-hukum dalam biolistrik 2. Hukum Joule Arus listrik (A) yang melalui suatu konduktor dengan tegangan (V), dalam waktu tertentu (t) akan menghasilkan kalor (W atau H). Melibatkan: tegangan listrik (V) dengan satuan Volt (V) arus listrik (I) dengan satuan Ampere (A) waktu (t) dengan satuan sekon atau detik (s) Energi (W) dengan satuan Joule (J) Energi panas (H) dengan satuan kalori (Kal)

Hubungan antara unsur-unsur di atas dituangkan dalam formula: W = Vit (dalam satuan Joule)   Karena 1 Joule = 0,24 kalori: H = 0,24. V.I.t (dalam satuan kalori)

Pada aktifitas otot skelet selama 15 menit, berapa kalorikah energi yang dihasilkan, jika beda potensial dalam serabut otot sebesar 100 mV, sedangkan hambatan pada serabut otot sebesar 3 kΩ? Diketahui: t = …………… 15 menit = …………… s V = …………… 100 mV = …………… V R = …………… 3 kΩ= …………… Ω Ditanyakan: H = …………… ? Jawab: H = 0,24.Vit I = V/R = …………… V / …………… Ω = …………… A Barulah kita cari nilai H H = 0,24. V.I.t = 0,24 x …………… x …………… x …………… kalori = …………… kalori

Kelistrikan sel

Sel dibatasi oleh membran sel dengan jaringan lipid (isolator) Di lingkungan sel terdapat kation-kation dan anion-anion Yang penting adalah Na+ dan K+. Distribusi kedua jenis ion tersebut: Intrasel: Konsentrasi Na+ berkisar 14 mEq/L Konsentrasi K+ berkisar 140 mEq/L   Ekstrasel: Konsentrasi Na+ berkisar 142 mEq/L Konsentrasi K+ berkisar 4 mEq/L

Na+ : kation utama ekstrasel K+ : kation utama intrasel Dalam keadaan istirahat terjadi perpindahan ion :   difusi (akibat perbedaan konsentrasi ion) Na+ berdifusi ke spasi intrasel K+ berdifusi ke spasi ekstrasel   transport aktif (pompa yang memerlukan energi) Na+ dipompa ke spasi ekstrasel K+ dipompa ke spasi intrasel

Potensial membran negatif (polarisasi) -90 mV 0 mV +40 mV GALVANOMETER Potensial membran negatif (polarisasi) -90 mV 0 mV +40 mV

Potensial aksi Potensial membran istirahat : -90 mV (polarisasi). Jika diberikan rangsangan pada membran sel maka potensial aksi. Prosesnya? Mula-mula kondisi polarisasi Stimulus mencapai nilai ambang datang (mekanik, kimia, listrik, panas dll.) Terjadi depolarisasi: - Permeabilitas membran sel akan meningkat - Difusi Na+ ke dalam sel - Di dalam sel lebih positif (potensial membran +40 mV) Terjadi repolarisasi: - Na+ dipompa keluar - Di dalam sel lebih negatif (potensial membran –90 mV)

+40 mV 0 mV -90 mV + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+40 mV Stimulus 0 mV ambang -90 mV + + + + + + - - + + + + + - - - - - - - + + - - - - - - - - - - - - - - + + - - - - -- Stimulus ambang

+40 mV 0 mV depolarisasi ambang -90 mV + + + + + + - - + + + + + - - - - - - - - + + - - - - - - - - - - - - - + + - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + -90 mV 0 mV +40 mV ambang depolarisasi ANIMASI

+40 mV 0 mV repolarisasi ambang -90 mV - - - - - - - - + + - - - - - - - - - - - - - - - - - + + - - - - - - - - + + + + + + - - + + + + + + - - - + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - -90 mV 0 mV +40 mV ambang repolarisasi ANIMASI

Kelistrikan saraf dan otot Coba ingat kembali tentang struktur neuron

Jenis neuron Neuron sensorik Dendrit (memiliki reseptor) Badan sel Akson (bersinapsis dengan dendrit neuron penghubung) Neuron penghubung Dendrit (bersinapsis dengan akson neuron sensorik) Akson (bersinapsis dengan dendrit neuron motorik) Neuron motorik Dendrit (bersinapsis dengan akson neuron penghubung) Akson (berakhir pada neuroeffector junction menuju efektor) - Neuromyal junction (berhubungan dengan otot) - Neuroglandular junction (berhubungan dengan kelenjar)

ARAH IMPULS SARAF Impuls = perambatan depolarisasi DENDRIT BADAN SEL AKSON

Penentu kecepatan perjalanan impuls saraf Diameter akson Dalam hal ini akson berdiameter lebih besar akan menghantarkan impuls lebih cepat. Adanya selubung myelin pada akson impuls yang melalui selubung myelin akan dihantarkan lebih cepat, karena signal dihantarkan dengan cara meloncat dari Nodus Ranvier yang satu ke nodus berikutnya. (gerakan saltatoir)

Neuron bermielin menghantarkan impuls dengan sangat cepat. Cara lain penghantaran impuls sangat cepat : lengkung refleks. Contoh: tanpa sengaja menginjak paku, memerlukan jalur lengkung refleks  impuls sangat cepat  segera diantisipasi  kerusakan tidak parah.

Kelistrikan di sinapsis Impuls di sepanjang neuron akan berakhir pada bagian ujung yang mengandung vesikel sinaptik. Vesikel terstimuli  mengeluarkan neurotransmitter (misalnya asetilkolin). Neurotransmitter membantu meneruskan impuls menuju sel berikutnya. Reseptor sinaptik sel berikutnya menangkap neurotransmitter tersebut  impuls berlanjut ke sel berikutnya.

Kelistrikan di neuroeffector junction dan otot Seperti pada sinapsis, neuromyal junction meneruskan gelombang depolarisasi dengan cara yang sama menuju efektor Selanjutnya otot akan mengalami depolarisasi setelah menerima impuls dari saraf melalui neuroeffector junction

Kelistrikan otot jantung Sel otot jantung berbeda dengan sel otot dan sel saraf. Membran sel otot dan sel saraf istirahat  stimulus  natrium berdifusi ke dalam sel  depolarisasi  repolarisasi  istirahat  menunggu stimulus Membran sel otot jantung ada stimulus terus menerus dari Nodus SA: istirahat  stimulus SA natrium berdifusi ke dalam sel  depolarisasi  repolarisasi  istirahat  stimulus SA

1 ATRIUM: Impuls dari Nodus SA  otot atrium (depolarisasi)  Nodus AV VENTRIKEL: Istirahat (polarisasi) P - 2 ATRIUM: Terjadi repolarisasi VENTRIKEL: Nodus AV  Berkas His  Cabang Berkas His  Serabut Purkinje  otot ventrikel (depolarisasi) ? QRS 3 Berada dalam kondisi istirahat (polarisasi) - T 4 Istirahat (polarisasi)

Waktu Atrium Ventrikel Rekaman EKG T1 Depolarisasi Polarisasi P T2 Repolarisasi Kompleks QRS T3 T T4 -

P Q R S T

Frekuensi jantung Dihitung berdasarkan jumlah kotak ke samping per siklus (dari R ke R berikutnya) Frekuensi denyut jantung = . 1500 . Jml kuadran kecil persiklus Frekuensi denyut jantung = . 300 . Jml kuadran besar persiklus

CONTOH HAFALAN PETUGAS JUMLAH KOTAK BESAR PER SIKLUS: TENTANG JUMLAH KOTAK BESAR PER SIKLUS: 1 kuadran besar,  frekuensi jantung = 300/1 = 300 kali/menit 2 kuadran besar,  frekuensi jantung = 300/2 = 150 kali/menit 3 kuadran besar,  frekuensi jantung = 300/3 = 100 kali/menit 4 kuadran besar,  frekuensi jantung = 300/4 = 75 kali/menit 5 kuadran besar,  frekuensi jantung = 300/5 = 60 kali/menit 6 kuadran besar,  frekuensi jantung = 300/6 = 50 kali/menit

Potensial listrik jantung Dihitung berdasarkan jumlah kotak ke atas 1 kotak kecil ke atas = 0,1 mV (mili Volt)

Terimakasih Heru Santoso Wahito Nugroho