Oral Biology Dental Journal Vol. 2 No. 2 Juli‐Des 2010; 10‐15
Research Report Kecepatan penyembuhan luka insisi dengan stimulasi listrik arus mikro pada kelinci (Oryctolagus cuniculus) (Incision wound healing velocity with microcurrent electrical stimulation in rabbits (Oryctolagus cuniculus)) Eva Nuryanti1, Bambang Sumarjono2, Yuliati2 1 Mahasiswa S1 Pendidikan Dokter Gigi 2 Staf Pengajar Departemen Biologi Oral Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Airlangga Surabaya – Indonesia
ABSTRACT Background: Wound is a health problem in the society. Wound is interruption of skin normal condition. All living organism have been capable of self repair. Wound healing is one of the most important regenerative processes that most organism exhibit. For decades, electrical stimulation have been used to promote wound healing. Electrical current is the trigger that stimulates healing, growth, and regeneration. Purpose: The aim of this study was to proof that microcurrent electrical stimulation can accelerate incision wound healing. Methods: This research was done in seven male rabbits between 4 to 10 months old. All of the rabbits are in healthy condition. A 4 cm full thickness incision in I shape was made on the back skin of each rabbit. The incision was made in right and left side of rabbit’s back. An electrostimulator with maximum current 60 microamperes was applicated on the right side incision of each rabbit through electrodes. Application was done for three days, 30 minutes/day. A biopsy was done for all wound incision of all rabbits at day 4. The number of vascular was counted. Results: There were significant differences between incision wound with microcurrent electrical stimulation compared with incision wound without microcurrent electrical stimulation. Conclusion: Incision wound with microcurrent electrical stimulation heals faster than incision wound without microcurrent electrical stimulation. Key words: wound healing, incision wound, microcurrent electrical stimulation. Korespondensi (correspondence): Eva Nuryanti, Mahasiswa S1 Pendidikan Dokter Gigi, Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Airlangga, Jalan Mayjend. Prof. Dr. Moestopo No 47 Surabaya 60132, Indonesia.
PENDAHULUAN Luka merupakan suatu gangguan dari kondisi normal pada kulit.1 Luka merupakan salah satu masalah kesehatan pada masyarakat. Perawatan luka dengan pengobatan seperti debridement, pemberian anti inflamasi, atau obat antibiotik.2 Organisme mempunyai kemampuan mengadakan Proses self-repair untuk bertahan hidup.3 penyembuhan luka adalah salah satu proses regenerasi penting yang dilakukan organisme.4 Tujuan utama penyembuhan luka adalah mendapatkan kesempurnaan anatomis dan untuk memulihkan fungsi.5 Proses penyembuhan dibagi menjadi lima komponen yaitu hemostasis, inflamasi, proliferasi, kontraksi, dan remodeling.6 Proses penyembuhan alami dapat dikombinasi atau dibantu dengan suatu usaha untuk menghasilkan jaringan yang sempurna.5
Selama puluhan tahun, rangsangan listrik digunakan dalam penyembuhan luka.7 Arus lisrik dapat digunakan sebagai pemicu yang menstimulasi penyembuhan, pertumbuhan, dan regenerasi pada semua organisme hidup.3 Teori Amdt-Schulz menyebutkan bahwa rangsangan arus listrik yang lemah dapat meningkatkan aktivitas fisiologis dan rangsangan yang kuat menghambat atau menghilangkan aktivitasnya. Teori menunjukkan bahwa arus mikroampere lebih baik pengaruhnya dalam proses fisiologis sel daripada arus dengan amplitudo tinggi. Penelitian yang dilakukan oleh Neil Speilholz tentang perbaikan tendon pada hewan percobaan di laboratoriumnya mencatat bahwa kelompok percobaan yang diberi arus listrik 10 kali lebih tinggi (400 μA) mempunyai tendon yang kurang kuat jika dibandingkan dengan kelompok percobaan yang hanya diberi arus listrik sebesar 40 μA.8
10
Oral Biology Dental Journal Vol. 2 No. 2 Juli‐Des 2010; 10‐15 Penelitian yang dilakukan oleh Bouzarjomehri dan kawan-kawan9 mempelajari tentang efek frekuensi arus listrik yang berbeda-beda terhadap penyembuhan luka pada kulit tikus. Bouzarjomehri dan kawankawan menggunakan frekuensi arus listrik sebesar 10, 20, 40, 50, 60, dan 80 Hertz dan aplikasi dilakukan dua kali sehari selama 30 menit. Dari penelitian tersebut dapat disimpulkan bahwa arus listrik dengan frekuensi sebesar 20 Hertz yang dihasilkan oleh suatu medan elektromagnetik adalah yang paling efektif dalam mempercepat penyembuhan luka. Banyak penelitian membandingkan efek stimulasi arus listrik terhadap penyembuhan luka. Pada penelitian ini listrik yang digunakan adalah listrik arus mikro. Listrik arus mikro adalah arus listrik yang keluar dari suatu alat listrik sebesar kurang dari 1000 μA. Listrik arus mikro ini digunakan untuk membandingkan perbedaan kecepatan penyembuhan luka insisi kelinci yang mendapat stimulasi listrik arus mikro dengan yang tidak mendapat stimulasi. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui bahwa stimulasi listrik arus mikro dapat mempercepat penyembuhan luka insisi serta mengetahui adanya perbedaan kecepatan penyembuhan luka insisi pada luka yang distimulasi listrik arus mikro dengan luka insisi yang tidak distimulasi. Dengan mengetahui mekanisme proses penyembuhan luka yang dibantu dengan stimulasi listrik arus mikro, maka diharapkan aplikasi stimulasi listrik arus mikro pada luka dapat digunakan untuk mempercepat penyembuhan luka. BAHAN DAN METODE Penelitian yang dilakukan merupakan jenis penelitian eksperimental laboratoris dengan desain after only control group design. Populasi yang digunakan adalah populasi kelinci. Sampel yang diambil adalah jenis kelinci lokal dengan kriteria jantan, berusia 4-10 bulan, sehat, dengan berat badan ± 4 kg. Sampel diambil dengan teknik simple random sampling. Besar sampel yang digunakan adalah tujuh. Penelitian dilakukan di Laboratorium Biokimia Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga, Laboratorium Patologi Anatomi RSUD Dr. Soetomo, dan Ruang Praktikum Mikrobiologi Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Airlangga. Penelitian dilaksanakan selama tiga minggu. Bahan dan alat yang digunakan antara lain: alkohol, larutan antiseptik povidone iodine, larutan anestesi, benang jahit silk 3/0, analgesik non steroid (asam mefenamat), larutan fiksasi formalin 10%, makanan kelinci, masker, sarung tangan, alat pencukur untuk mencukur bulu kelinci, jangka sorong, kapas, syringe anestesi,
scalpel, kasa steril, needle holder, jarum jahit, gunting jahit, pinset anatomis, kandang kelinci, dan alat elektrostimulator arus mikro buatan sendiri. Tabel 1. Spesifikasi elektrostimulator.
No
Fitur
1
Arus listrik
2 3 4 5 6
Bentuk gelombang Frekuensi Lebar pulsa Amplitudo tegangan Catu daya
Spesifikasi Maksimal 60 μA Pulsa 20 Hz 250 μs 0 – 50 V 7,2 V
Tujuh hewan coba dikondisikan dalam kandang individual selama ± satu minggu. Operator melakukan pendekatan terhadap hewan coba untuk meminimalkan stres hewan coba. Tahap pembuatan luka dilakukan dengan cara bulu kelinci di sekitar thoracic vertebrae dicukur secukupnya untuk membantu visualisasi pembuatan luka. Setelah kulit dibersihkan dengan larutan antiseptik povidone iodine, pada daerah sekitar thoracic vertebrae yang akan dilukai, bagian kanan tubuh hewan coba dianestesi dengan larutan anestesi sebanyak 1 ml dengan teknik injeksi subkutan, begitu juga dengan bagian kiri tubuh hewan coba. Dibuat luka full thickness berbentuk huruf I sedalam 2 mm di bagian kanan dan kiri tubuh sepanjang 4 cm. Luka kanan dan kiri dijahit dengan teknik interrupted suture sebanyak dua jahitan. Selama belum mendapat stimulasi, hewan coba diberi analgesik non steroid per oral.
Gambar 1. Luka pada punggung hewan coba.
Tahap stimulasi dilakukan keesokan harinya. Alat stimulasi diaplikasikan pada daerah beberapa milimeter dari ujung-ujung luka melalui elektrode. Hanya luka di bagian kanan tubuh yang distimulasi dan yang lainnya tidak (sebagai kontrol). Alat dilepas setelah 30 menit. Aplikasi alat dilakukan setiap hari selama tiga hari. Pada hari keempat setelah pembuatan luka, dilakukan pemotongan pada daerah luka. Luka
11
Oral Biology Dental Journal Vol. 2 No. 2 Juli‐Des 2010; 10‐15 dibiopsi dengan ukuran 5 mm dari tepi luka dan difiksasi ke dalam larutan formalin 10%.
Luka pada hewan coba kemudian dijahit dengan teknik continous suture. Jaringan yang telah difiksasi selanjutnya diproses di laboratorium untuk mendapatkan sediaan histologi. Pewarnaan yang digunakan adalah pengecatan Hematoksilin-Eosin (HE). Metode ukur yang digunakan adalah dengan menghitung jumlah pembuluh darah pada sediaan histologi yang diambil dari luka pada hari keempat setelah pembuatan luka. Pemeriksaan gambaran histologi dilakukan menggunakan mikroskop dengan pembesaran 400x. Jumlah pembuluh darah yang lebih banyak menunjukkan penyembuhan luka yang lebih cepat.
pembuluh darah pada luka dengan stimulasi yang lebih sedikit daripada luka tanpa stimulasi. Dari data yang diperoleh, didapatkan rata-rata jumlah pembuluh darah pada luka yang distimulasi listrik arus mikro sebanyak 73,00, sedangkan rata-rata jumlah pembuluh darah pada luka yang tidak distimulasi adalah 42,57. Analisis dengan Kolmogorov-Smirnov Test menunjukkan nilai signifikan p>0.05, artinya distribusi data normal. Analisis dapat dilanjutkan menggunakan paired T-test. H0 pada penelitian ini adalah tidak terdapat perbedaan kecepatan penyembuhan luka insisi pada luka yang tidak distimulasi listrik arus mikro dengan luka yang distimulasi listrik arus mikro, sedangkan H1 adalah terdapat perbedaan kecepatan penyembuhan luka insisi pada luka yang tidak distimulasi listrik arus mikro dengan luka yang distimulasi listrik arus mikro. Apabila nilai signifikansi p<0.05 maka H0 ditolak dan H1 diterima yang berarti terdapat perbedaan kecepatan penyembuhan luka insisi pada luka yang tidak distimulasi listrik arus mikro dengan luka yang distimulasi listrik arus mikro. Nilai signifikan dari data yang diperoleh adalah p=0.047 (p<0.05) sehingga dapat disimpulkan bahwa terdapat perbedaan kecepatan penyembuhan yang signifikan antara luka insisi yang distimulasi listrik arus mikro dengan luka insisi tanpa stimulasi listrik.
HASIL
PEMBAHASAN
Gambar 2. Fiksasi hewan coba saat aplikasi stimulator.
Data yang diperoleh ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Data perbedaan jumlah pembuluh darah pada luka hewan coba yang distimulasi listrik arus mikro dengan yang tidak distimulasi. Sampel
1 2 3 4 5 6 7
Jumlah pembuluh darah Kelompok Kelompok perlakuan kontrol 80 63 48 29 43 19 58 27 105 39 77 97 100 24
Tabel 2 menunjukkan jumlah pembuluh darah pada luka yang distimulasi listrik arus mikro dan luka yang tidak distimulasi listrik arus mikro. Pada enam sampel yang digunakan, jumlah pembuluh darah pada luka yang distimulasi lebih banyak daripada luka yang tidak distimulasi dan satu sampel mempunyai jumlah
Penelitian untuk membuktikan perbedaan kecepatan penyembuhan luka insisi dengan stimulasi listrik arus mikro dan tanpa stimulasi listrik arus mikro ini menggunakan tujuh hewan coba kelinci sebagai sampel. Masing-masing hewan coba diberi luka pada sisi kanan dan sisi kiri punggungnya. Luka dibuat pada bagian punggung kelinci agar mudah dilakukan stimulasi. Luka pada sisi kanan distimulasi dan luka pada sisi kiri sebagai kontrol (tidak distimulasi). Setelah empat hari, dilakukan biopsi pada jaringan luka untuk diamati jumlah pembuluh darahnya. Terjadinya luka pada kulit akan segera direspon tubuh melalui proses penyembuhan luka. Proses penyembuhan luka melalui lima tahap yaitu hemostasis, inflamasi, proliferasi, kontraksi, dan remodeling. Fase hemostasis terjadi segera setelah terbentuk luka dan berakhir 3-4 hari. Indikator kecepatan penyembuhan luka pada penelitian ini adalah jumlah pembuluh darah pada luka. Pembuluh darah berperan dalam proses penyembuhan luka. Pembentukan pembuluh darah baru (neovaskularisasi) akan meningkatkan suplai darah ke jaringan. Suplai
12
Oral Biology Dental Journal Vol. 2 No. 2 Juli‐Des 2010; 10‐15 darah ke jaringan yang meningkat membawa bahanbahan dan nutrisi yang diperlukan pada proses penyembuhan sehingga luka cepat sembuh.1, 10 Dari hasil penelitian yang didapat, enam dari tujuh sampel yang digunakan mempunyai jumlah pembuluh darah pada luka yang diberi stimulasi listrik arus mikro lebih banyak dibandingkan jumlah pembuluh darah pada luka yang tidak distimulasi listrik arus mikro. Ada satu sampel yang menunjukkan jumlah pembuluh darah pada luka dengan stimulasi listrik yang lebih sedikit daripada luka tanpa stimulasi listrik. Jahitan luka insisi yang distimulasi listrik arus mikro pada sampel enam terlepas sehingga luka menjadi terbuka. Keadaan tersebut menyebabkan luka rentan terhadap kontaminasi bakteri. Adanya kontaminasi bakteri dapat mengganggu proses penyembuhan luka sehingga luka sukar sembuh.
Gambar 3. Gambaran HPA luka yang distimulasi listrik arus mikro (tanda panah menunjukkan gambaran pembuluh darah).
Rangsangan listrik mempunyai efek langsung pada sel endotel. Faktor tertentu pada sel, misalnya faktor pertumbuhan, dapat merespon medan listrik.4 Stimulasi listrik dengan arus kecil menyebabkan peningkatan signifikan aliran darah dan kepadatan kapiler karena listrik menstimulasi sekresi vascular endothelial growth factor (VEGF). Medan listrik fisiologis yang dibangkitkan menstimulasi pengeluaran VEGF dari sel endotel. Aktivasi VEGF receptors (VEGFRs) dan elemen sinyal yang terhubung memulai pemanjangan sel, reorientasi sel, dan migrasi sel secara langsung, yang semuanya berpusat pada angiogenesis.11
Gambar 4. Gambaran HPA luka tanpa stimulasi listrik arus mikro (tanda panah menunjukkan gambaran pembuluh darah).
Tubuh dapat diasumsikan sebagai suatu sistem bioelektrik. Aliran listrik telah digunakan untuk tujuan terapi selama bertahun-tahun.12 Rangsangan listrik eksternal meniru sistem bioelektrik endogen tubuh manusia. Rangsangan listrik merupakan aplikasi rangsangan listrik eksternal untuk mempercepat penyembuhan luka.13 Terapi listrik arus mikro meningkatkan kecepatan penyembuhan secara signifikan. Terapi ini bekerja dengan menstimulasi fisiologi dan pertumbuhan seluler.14 Komponen penting dalam proses penyembuhan adalah ATP (adenosine triphospate), sintesis protein, dan transport membran. Konsentrasi ATP berperan langsung dalam fungsi vital pada mekanisme transport aktif yang dikenal sebagai pompa natrium. Di luar sel terdapat natrium yang berlimpah dan sedikit kalium, sedangkan di dalam sel terdapat kalium dalam jumlah banyak dan sedikit natrium. Efek yang terjadi adalah seperti sebuah baterai basah dengan larutan berbeda yang dipisahkan oleh membran semipermeabel sehingga menghasilkan arus listrik.2 Sel jaringan yang rusak mengakibatkan kekacauan mekanisme pompa natrium. Pemulihan kembali pompa natrium secara alami ataupun dengan stimulasi listrik mengakibatkan meningkatnya fungsi mitokondria yang menambah konsentrasi ATP sel. Ketika konsentrasi ATP pada jaringan luka terisi kembali, transport aktif membran meningkat yang memungkinkan terjadinya aliran nutrisi ke dalam sel dan terbentuklah jaringan yang sehat.2 Elektrostimulator yang digunakan pada penelitian ini mempunyai dua kutub yaitu kutub positif (anoda) dan kutub negatif (katoda). Menurut Byl (1994),12 masing-masing kutub yang ada pada alat elektrostimulator memiliki peran pada fisiologi proses penyembuhan luka. Rangsangan listrik pada daerah anoda akan mempertinggi transport ion, migrasi fibroblas dan sintesis protein, serta menurunkan sumbatan pembuluh darah. Rangsangan listrik pada daerah katoda akan meningkatkan migrasi sel epidermis, makrofag, dan leukosit sehingga jumlah bakteri menurun. Oksigen yang merupakan elemen penting untuk penyembuhan akan meningkat pada kedua kutub. Suatu area luka mempunyai tahanan listrik yang lebih besar daripada jaringan di sekitarnya. Hal ini dapat menurunkan konduksi listrik ke area luka dan menurunkan kapasitansi seluler sehingga proses penyembuhan khususnya fase inflamasi terganggu. Aplikasi stimulator listrik arus mikro yang benar dapat memperbesar aliran listrik endogen dan mengurangi tahanan listrik. Aliran listrik endogen yang bertambah besar membantu sel pada area luka memperoleh
13
Oral Biology Dental Journal Vol. 2 No. 2 Juli‐Des 2010; 10‐15 kapasitansinya kembali. Tahanan listrik yang berkurang menyebabkan bioelektrik dapat mengalir dan homeostasis normal kembali. Proses ini membantu memulai sekaligus mempertahankan banyak reaksi biokimia yang terjadi pada penyembuhan.14 Stimulasi listrik mempengaruhi migrasi dan proliferasi sel melalui ekspresi reseptor integrin, pengaturan protein kinase A, serta epidermal growth factor (EGF) dan VEGF beserta ekspresi reseptornya masing-masing. Migrasi sel secara langsung diperantarai oleh reseptor integrin β2. Protein kinase A dan protein kinase C mempunyai peran yang sangat penting dalam jalur sinyal intraseluler dan regulasi sejumlah fungsi seluler yang dicapai dengan fosforilasi protein, enzim, dan reseptor. Growth factors seperti EGF dan insulin mempunyai peran pada migrasi keratinosit.13 Pertumbuhan bakteri pada jaringan luka sering menjadi faktor yang menghalangi kesembuhan luka. Luka masih dapat terkolonisasi bakteri meskipun tidak terdapat tanda klinis adanya infeksi. Bakteri adalah sumber potensial yang dapat merangsang inflamasi dalam jangka waktu yang lama sehingga luka sukar sembuh.15 Stimulasi listrik mempunyai efek antibakterial. Rangsangan listrik dengan level rendah dapat menghambat pertumbuhan tiga organisme yang sering terdapat pada luka yaitu Staphylococcus aureus, Escherichia coli, dan Pseudomonas aeruginosa. Medan listrik dapat membunuh bakteri.15 Stimulasi listrik berhubungan dengan pengerahan neutrofil dan makrofag ke daerah luka. Makrofag dan neutrofil merupakan komponen sel utama pada fase inflamasi. Makrofag dan neutrofil penting dalam melindungi luka terhadap infeksi. Makrofag juga memegang peranan dalam mengatur proses penyembuhan dengan memproduksi sitokin dan growth factor.15 Pembentukan jaringan granulasi fungsional tergantung pada proliferasi fibroblas dan sel endotel, diikuti oleh produksi matriks ekstraseluler yang menyebabkan migrasi keratinosit dan produksi kapiler. Proses tersebut membantu penyembuhan melalui suplai nutrisi dan oksigen yang adekuat.15 Rangsangan listrik meningkatkan proliferasi dan sintesis protein fibroblas serta deposit kolagen. Penelitian yang dilakukan oleh Brown dan Gogia pada tahun 1987 membuktikan bahwa dengan adanya efek fibroblas terhadap jaringan granulasi maka luka akan berkontraksi sehingga luka dapat menutup.15
Simpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah luka insisi yang mendapat stimulasi listrik arus mikro lebih cepat sembuh daripada luka insisi yang tidak mendapat stimulasi listrik arus mikro. Meskipun stimulasi listrik untuk mempercepat penyembuhan luka telah diteliti selama bertahun-tahun, masih terdapat banyak pertanyaan tentang mekanisme yang mendasarinya serta bentuk gelombang dan waktu pengaplikasian stimulasi yang tepat untuk mendapat efek yang optimal. DAFTAR PUSTAKA 1.
Ismail. Luka dan perawatannya. 2008. Available at: http://www.scribd.com. Accessed October 18, 2009. 2. Rahmawati. Pengembangan stimulasi elektrik closedloop untuk penyembuhan luka. Tesis. Surabaya: Program Magister Bidang Keahlian Elektronika Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Industri ITS; 2009.p.1,7, 17-8. 3. Frick A. 2005. Microcurrent electrical therapy heals a recalcitrant wound in a horse. Available at: http://www.avafrick.com. Accessed December 26, 2009. 4. Chapman D, Thirkell L. 2007. How electricity relates to the process of wound healing. A Sum. Rev. Available at: http://www.synapsemicrocurrent.com. Accessed December 26, 2009. 5. Wray D, Stenhouse D, Lee D, Clark AJE. Textbook of general and oral surgery. Churchill Livingstone: Elsevier Scie Ltd; 2003.p.7-11. 6. Molnar JA. Nutrition and wound healing. Grand Rapids, Michigan: Ideasphere Inc; 2004.p.1-7. 7. Merriman H, Hegyi CA, Overton CRA, Carlos J, Putnam RW, Mulcare JA. A comparison of four electrical stimulation types on Staphylococcus aureus growth in vitro. J of Rehab Res and Dev 2004;41(2):139-46. 8. Picker RI. 2003. Low-volt pulsed micro-amp stimulation. Available at: Accessed http://www.introductiontorife.com. December 26, 2009. 9. Bouzarjomehri F, Hajisadeh S, Sharafi AA, Firoozabadi SMP. 2005. Effects of low-frequency pulsed electromagnetic fields on wound healing in rat skin. Available at: http://www.ams.ac.ir. Accessed April 27, 2010. 10. Poetri AR. 2009. Pengaruh ekstrak adas 50% terhadap proses penyembuhan luka. Available at: Accessed http://obtrando.files.wordpress.com. December 12, 2010. 11. Zhao M, Bai H, Wang E, Forrester JV, McCaig CD. Electrical stimulation directly induces pre-angiogenic responses in vascular endothelial cells by signaling through VEGF receptors. J of Cell Scie 2004; 117(3):397-405.
14
Oral Biology Dental Journal Vol. 2 No. 2 Juli‐Des 2010; 10‐15 12. Byl NN, McKenzie AL, West JM, Whitney JD, Hunt TK, Hopf HW, Scheuenstuhl H. Pulsed microamperage stimulation: A controlled study of healing of surgically induced wounds in yucatan pigs. Physic Ther 1994; 74(3): 15-27. 13. Ly M, Poole-warren LA. Acceleration of wound healing using electrical fields: time for a stimulating discussion. Wound Pract and Res 2008;16(3):138-51. 14. Mercola JM, Kirsch DL. The basis for microcurrent electrical therapy in conventional medical practice. J of Advance in Med 19958;(2):106-20. 15. Cutting KF. Electric stimulation in the treatment of chronic wounds. Wounds UK 2006; 2(1): 62-71.
15
