KELISTRIKAN DALAM TUBUH KITA

A.       Kelistrikan Sel

Tahukah kita sebenarnya dalam tubuh kita terdapat aktifitas kelistrikan? Ya ternyata dalam tubuh kita terdapat aktivitas kelistrikan yang bersumber pada tiap sel dalam tubuh. Aktivitas kelistrikan sel ini timbul karena di dalam sel tedapat ion-ion elektrolite yang bermuatan listrik seperti: Na⁺ (Natrium/ Sodium), K⁺ (Kalium/Potasium), Ca⁺ (Kalsium), Cl^-(Chlor) dll. Dan bagaimana proses terjadinya kelistrikan sel ini? Untuk menjawab pertanyaan tersebut sebaiknya kita bahas anatomi sel seperti pada gambar 1. Sel selain memiliki inti sel atau nucleus juga terdapat ion-ion elektrolit baik di dalam maupun diluar sel. Pada gambar terlihat ion-ion Na+ banyak terdapat di luar sel dan ion K+ lebih banyak di dalam sel dibanding di luar sel dalam kondisi Polarisasi atau resting. Pada kondisi ini terdapat beda potensial (tegangan) antara di dalam (Inside) dan diluar (Outside) sel. Beberapa peneliti telah mengukur beda potensialnya yaitu menurut Guyton (-85mV), Crouch and McClintic (-70mV) dan Strong (-90mV).

Gambar 1. Anatomi sel saat kondisi polarisasi

Aktifitas kelistrikan dalam sel terjadi selain karena ada ion-ion elektrolite juga karena sifat dari membrane sel, yaitu semipermiabel. Sifat membrane sel ini memungkinkan dapat mengatur ion-ion yang akan keluar dan masuk ke dalam sel. Perubahan konsentrasi ion-ion yang di dalam maupun diluar sel inilah mengakibatkan terjadinya aktifitas kelistrikan sel, sehingga menyebabkan terjadinya beda potensial antara di dalam dan diluar sel secara aktif. Aktifitas kelistrikan sel terbagi dalam beberapa tahap, yaitu:

1.      Polarisasi

Pada tahap ini ion Na+ lebih banyak di luar sel sehingga konsentrasi ion yang bermuatan positif (+) lebih banyak di luar sel, Sehingga polaritas di luar sel lebih positif dibanding di dalam sel, sehingga jika diukur beda potensialnya antara di dalam dan di luar sel hasilnya bisa -90mV (menurut Strong). Kondisi ini tidak berlangsung lama karena ada stimulan pada sel baik bersifat mekanik, kimia atau listrik sehingga membrane sel akan membuka untuk mengalirkan ion-ion Na+ ke dalam  dan ion K+ ke luar sel (proses difusi). Hal ini menyebabkan secara perlahan terjadi perubahan beda potensial ke arah positif hingga sampai batas ambang tegangan untuk proses selanjutnya.

2.      Depolarisasi

Pada proses ini di awali tercapai tegangan antara di dalam dan di luar sel mencapai batas ambang. Proses ini terjadi perubahan beda potensial yang sangat drastic (potensial aksi) hingga beda potensialnya mencapai positif +40mV. Sehingga akhir pada proses ini beda potensial antara di dalam dan di luar sel menjadi +40mV.

3.      Repolarisasi

Setelah kondisi depolarisasi mencapai puncaknya kemudian kondisi sel dengan sendirinya berbalik beda potensialnya ke keadaan semula yaitu menjadi seperti kondisi Polarisasi dengan beda potensial menjadi -90mV. Setelah proses repolarisasi sel mengalami keadaan resting atau istirahat tetapi tidak lama. Kemudian melakukan aktifias kelistrikan sel kembali dari tahap polarisasi. Proses aktifitas kelistrikan sel dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2. Grafik proses aktifitas kelistrikan sel.

https://images.slideplayer.info/10/2849244/slides/slide_17.jpg

Video action potensial

Beda potensial aktual antara di dalam dan di luar sel dapat dihitung dengan persamaan Nernst atau persamaan 1, yaitu:

E(mv)= ±61 log (Co/Ci).................1

Dimana:                                                                      

E   = Resting potensial (mV)

C_o = Konsentrasi ion di dalam sel (moles/cm³)

             C_i  = Konsentrasi ion dl luar sel (moles/cm³)

Contoh konsentrasi ion K+ di dalam sel rata-rata 150x10^-6 moles/cm³. Sedangkan konsentrasi ion K+ diluar sel rata-rata 6 x 10^-6 moles/cm³. Berapa rasio konsentrasi ion K+ dan berapa resting potensial ion K+?. Jawab:

* Rasio konsentrasi ion K+ adalah = (6/150) moles/cm3 = (1/25) moles/cm3 

* Resting potensial = E(mv) = ± 61 log (1/25) = -85,3 mV

(Brown, 2001)

A.       Kelistrikan Otot Jantung

Jantung memiliki otot (miokardium) berbeda dengan saraf dan otot bergaris. Membran terhadap ion Na+ mudah bocor sehingga setelah repolarisasi, ion Na+ akan masuk kembali ke sel  sehingga terjadi proses Repolarisasi spontan dimana nilai ambang dan potensial aksi tanpa memerlukan rangsangan dari luar. Sel otot jantung akan mencapai nilai ambang dan potensial aksi pada kecepatan yang teratur sehingga terjadi Natural Rate/kecepatan dasar membran sel.

Untuk menentukan natural rate dihitung dari mulai depolarisasi spontan sampai nilai ambang setelah repolarisasi. Yang mempengaruhi :

1. Potensial membran istirahat.

2. Tingkat dari nilai ambang.

3. Slope dari depolarisasi spontan terhadap nilai ambang.

Ada sekumpulan sel utama yang secara spontan menghasilkan potensial aksi yang akan dengan cepat merepolarisasi sel otot miokardium yang sedang mengalami istirahat atau Pace Maker / perintis jantung. Proses terjadinya aktifitas kelistrikan sel otot jantung dapat dilihat pada gambar 3. (Burhan, 2010)

Gambar 3. Proses aktifitas kelistrikan sel otot jantung

https://sandurezu.files.wordpress.com/2010/01/new-picture-31.png?w=400&h=227

Aktifitas jantung timbul karena adanya aktifitas kelistrikan sel pada otot jantung. Sementara sistem  keseluruhan kelistrikan jantung yang menyebabkan jantung dapat berkontraksi biasa disebut sistem konduksi jantung. Pada sistem konduksi jantung terdiri atas: Sinoatrial (SA) Node, Atrioventricular (AV) Node, Bundle of His, Bundle of Brunces dan Purkinje fibers (lihat gambar 4) (Brown, 2001)

Gambar 4. (a) Sistem konduksi jantung. (b) Sinyal kelistrikan otot-otot jantung yang dapat direkam ECG (Instrumentasi.lecture, 2012)

A.       Kelistrikan Saraf

Sistem kelistrikan saraf ditunjukan dengan adanya kecepatan impuls serat saraf yang berupa kemampuan menghantarkan impuls listrik. Serat syarat berdiameter besar, kemampuan menghantarkan impuls lebih cepat dari yang berdiameter kecil. Serat saraf ada 2 macam yaitu:

1.  Bermyelin :

Banyak terdapat pada manusia. Suatu insulator yang baik, 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.

Gambar 5. Anatomi sel saraf

http://4.bp.blogspot.com/

Sistem saraf terdiri dari sistem saraf pusat dan sistem saraf otonom. Sistem saraf pusat terdiri dari otak, medulla spinalis dan saraf perifer. Saraf perifer adalah serat saraf yang mengirim informasi sensoris ke otak atau ke medulla spinalis yang disebut saraf afferent atau disebut saraf sensorik. Sedangkan saraf yang mengirim infomasi dari otak atau medulla spinalis ke otot adalah saraf efferent atau disebut saraf motorik.  Oleh karena itu kelistrikan sel saraf berperan dalam koordinasi otak dengan aktifitas organ tubuh kita. Fenomena kelistrikan dalam sel tubuh kita disebut bioeletical cell. (Burhan, 2010)

           

A.       Peralatan Kedokteran yang dapat merekam kelistrikan pada tubuh

Adanya aktifitas kelistrikan sel ini dapat dideteksi dengan beberapa peralatan kesehatan, salah satunya adalah alat Electro Cardiograph (ECG) yang dapat mengambil sinyal kelistrikan aktifitas jantung. Pada ECG menggunakan elektroda untuk mengambil sinyal listrik dari tubuh pasien. Ada beberapa macam elektroda yaitu: (lihat gambar 5)

1.      Elektoda suction

Dipasang pada dada pasien berjumlah 6 dan digunakan pada ECG Recorder.

2.      Klam Elektrode

Dipasang pada pergelangan kaki dan tangan pasien

3.      Disposibel electrode

Dipasang pada dada pasien berjumlah 3 atau 5 buah. Dan biasanya digunakan pada alat pasien monitor untuk parameter ECG.

Gambar 6. (a) Suction electrode. (b) Klam electrode. (c) disposible electrode (d) Alat ECG

Aktifitas kelistrikan pada tubuh kita juga dapat dideteksi dengan peralatan kedokteran yang lain yaitu:

1.      Electro Enchepalograph (EEG) yaitu alat yang dapat merekam aktifitas kelistrikan pada otak,

2.      Electro Myograph (EMG) yaitu alat yang dapat merekam aktifitas kelistrikan pada otot.

3.      Electro Oculograph (EOG) yaitu alat yang dapat merekam berbagai  potensial pada kornea retina sebagai akibat perubahan posisi dan gerakan mata.

4.      Electro Neurogram (ENG) yaitu alat yang berfungsi untuk mengukur kelistrikan saraf yang dapat menghasilkan data kelistrikan.

5.      Electro Retinogram (ERG) yaitu alat yang dapat mengevaluasi fungsi retina dll.

Daftar Pustaka

Brown, J. J. (2001). Introduction to Biomedical Equipment Technology. New Jersey: Prentice Hall.

Burhan. (2010, Juni 3). Home. Retrieved Juni 23, 2015, from http://burhan-fisika.blogspot.com.

Instrumentasi.lecture. (2012, Februari 1). Home. Retrieved Juni 23, 2015, from http://instrumentasi.lecture.ub.ac.id.

Ramliyana. (2013, Mei 25). Home. Retrieved Juni 23, 2015, from http://ramliyana-fisika.blogspot.com.

Mohamad Sofie, ST, MT. 
Dosen Akademi Teknik Elektromedik Semarang
Organisasi:
DPD Ikatemi Jawa Tengah
Gakeslab Jawa Tengah
Alfakes Pusat

BAGAIMANA TERJADINYA SINAR X PADA ALAT RONTGEN?

Sering kita mendengar pemeriksaan dengan foto rontgen. Biasanya foto rontgen dilakukan untuk diagnosa sakit paru-paru, patah tulang bahkan dengan teknologi semakin canggih yaitu computerize di ciptakan alat rontgen untuk scanning tubuh yaitu CT Scan (Computer Tomography Scan). Kemudian pertanyaannya adalah bagaimana foto rontgen ini terjadi?. Foto rontgen ini terbentuk berawal karena adanya sinar-x.

Sinar-x

Gambar Foto Rontgen Torax

Rontgenatau x-ray adalah termasuk salah satu gelombang elektromagnetik. Cahaya tampak juga termasuk gelombang elektromagnetik, sedangkan rontgentidak tampak oleh mata. Namun panjang gelombang dari x-ray sangat kecil sehingga frekuensi yang dimiliki x-ray sangat tinggi sehingga menyebakan energi yang dimilikinya pun cukup besar. Rontgenmempunyai ukuran panjang mulai dari 0,01 sampai 10 nanometer dengan frekuensi mulai dari 30 petaHertz sampai 30 exaHertz dan mempunyai energi mulai dari 120 elektroVolt hingga 120 kilo elektroVolt.

Gambar skala frekuensi rontgendan cahaya tampak

Proses Terjadinya Sinar-x

Proses terjadinya rontgenpada rontgen memerlukan beberapa komponen, yaitu:

1.    Tabung sinar-x

Tabung rontgenadalah tabung hampa udara yang terbuat kaca tahan panas. Didalamnya terdapat anoda dan katoda. Biasanya katoda berupa kawat filament  (kutub negatif) dan anodanya sebagai kutub positif berupa target. Ada dua jenis anoda yaitu stationary anoda (anoda yang tidak bergerak) dan rotating anoda (anoda yang berputar)

2.    Filament

Filamen terdapat pada katoda yang merupakan sumber elektron

3.    Listrik tegangan tinggi

Antara anoda dan katoda dalam tabung rontgendiberi tegangan yang cukup tinggi (Kilo Volt) sehingga elektron-elektron bebas pada filament ketarik ke anoda.

Elektron dengan kecepatan tinggi (karena ada beda potensial  KVolt) yang mengenai target anoda, elektron  tiba-tiba akan mengalami pelemahan yg sangat darastis oleh target sehingga menimbulkan sinar-x. Rontgenyang terjadi ini dinamakan “rontgenbrehmsstrahlung”. Sedang kan muatan (elektron) yang bergerak dengan kecepatan tinggi (mengalami percepatan) karena adanya beda potensial akan memancarkan radiasi elektromagnetik dan energi elektron cukup tinggi ini masuk radiasi elektromagnetik dalam range sinar-x.Tetapi rontgenjenis ini tidak dipergunakan untuk XRD (X-Ray Difraction)

Gambar tabung x-ray

Blok Diagram Alat Rontgen

Gambar blok diagram alat x-ray

Dari gambar blok diagram dapat dilihat bahwa alat rontgen penghasil sinar-x terdiri atas:

1.  Tabung sinar-x

Tabung rontgen berisi filament yang juga sebagai katoda dan berisi anoda. Filamen terbuat dari tungsten, sedangkan anoda terbuat dari logam anoda (Cu, Fe atau Ni).

2.  Trafo Tegangan Tinggi

Trafo tegangan tinggi berfungsi pelipat tegangan rendah dari sumber menjadi tegangan tinggi antara 30 kV sampai 100 kV. Pada trafo tegangan tinggi terdapat minyak sebagai media pendingin. Trafo tegangan tinggi berfungsi menghasilkan tegangan tinggauntuk mempercepat elektron di dalam tabung.

3.  Sistem Kontrol

Sistem kontrol berfungsi sebagai pengatur  parameter  pada pengoperasian alat sinar-x. Sistem kontrol terbagi menjadi 5 bagian yaitu :

a. Power supplay (Catu daya DC )

b. Pengatur tegangan (kV) pada primer High Tension Trafo (HTT)

c. Pengatur arus (mA) pada bagian trafo filament

d. Pengatur waktu pencitraan/timer(S)

e. Kendali sistem

f. Catu daya AC dari sumber PLN yang masuk ke autotrafo.

Citra foto rontgen

Bagaimana terbentuknya citra pada foto rontgen?. Penyerapan sinar-x oleh tubuh manusia pada proses foto rontgen dapat dijelaskan sebagai berikut: tubuh manusia dibentuk oleh unsur-unsur  yang komplek. Oleh karena itu, penyerapan sinar-x oleh tubuh pada proses foto rontgen tidaklah sama, misalnya tulang akan lebih banyak menyerap sinar-x dibanding dengan otot atau daging. Citra pada film rontgen terbentuk karena terjadi perbedaan intensitas sinar-x yang datang ke film setelah menembus bagian tubuh yang difoto. Bagian tubuh yang lebih rapat dan mengandung unsur kimia tertentu dapat bereaksi dengan sinar-x dan menyebabkan kuantitas sinar-x yang sampai ke film menjadi berkurang. Contoh kasusnya adalah pada pemotretan organ tulang. Tulang mengadung banyak unsur kimia kalsium (Ca) dan unsur kalsium menyerap banyak partikel sinar-x sehingga menyebabkan berkurangnya sinar-X yang sampai di film pada daerah yg terhalangi tulang tersebut. Hasilnya adalah citra berwarna putih sebagai gambaran tulang pada film, sedangkan organ lainnya akan dilewatkan begitu saja dan menghitamkan film.

Kegunaan x-ray dibidang Kesehatan

Sinar-x atau x-ray banyak digunakan dibidang kesehatan yaitu antara lain:

1.    Foto Rontgen

Yaitu digunakan untuk keperluan diagnostik pemeriksaan kondisi organ tubuh seperti paru-paru pada foto torax, diagnosa tulang retak atau patah dll.

2.    Radioterapi

Sinar-x ini digunakan untuk terapi kanker. Karena memiliki energy yang besar sehingga sinar-x mampu menembus sel-sel tubuh termasuk sel-sel kanker. Sehingga dengan dosis tertentu dapat membunuh sel-sel kanker

3.    CT Scan

Dengan menggunakan teknik tomography sinar-x ini dapat digunakan untuk mengambil citra potongan (slice) bagian organ tubuh. Dengan teknik ini dapat mengetahui lokasi, dimensi kelainan pada organ tubuh seperti kanker atau mungkin pendarahan dalam otak.

Daftar Pustaka:

Webster, J. G. (2010). Medical Instrumentation Application and Design. Danvers, USA: John Wiley & Son, INC.

http://manggala31.blogspot.com

http://futurummechanicis.blogspot.com

Mohamad Sofie, ST, MT. 
Dosen Akademi Teknik Elektromedik Semarang
Organisasi:
DPD Ikatemi Jawa Tengah
Gakeslab Jawa Tengah
Alfakes Pusat