Sinyal listrik dan magnet tubuh manusia (Sel Syaraf dan Sel Otot Jantung) Oleh Arif Yachya., S.Si., M.Si

Sinyal listrik dan magnet tubuh manusia (Sel Syaraf dan Sel Otot Jantung) Oleh Arif Yachya., S.Si., M.Si

Program Studi Biologi Fak. Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Univ. PGRI Adi Buana Surabaya

Partikel sub atomik Proton & elektron

e-

Medan listrik & beda potensial listrik (volt)

Pergerakan partikel subatomik

Arus listrik

Apa yang menyebabkan terjadinya arus listrik ?

• Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. • Arus listrik dapat diukur dalam satuan couloumb/detik atau Ampere

Petir

KA

Listrik di alam Di dalam tubuh Makhluk Hidup

uA

Listrik tidak bisa dilihat, dicium, bau Awalnya , Orang menyadari keberadaan listrik pada M. hidup pada belut listrik Arus Listrik atau sinyal-sinyal listrik di dalam tubuh begitu kecil  belum bisa dideteksi sampai 100 tahun setelah percobaan Galvani

Adanya beda potensial & Arus listrik tubuh baru diketahui setelah ditemukannya Galvanometer Sedangkan bentuk sinyal listrik dari neuron yang perambatannya sangat cepat (milidetik) baru dapat direkam setelah ditemukannya osiloskop (awal abad 20) Galvanometer adalah alat pengukur kuat arus dan potensial lstrik Ditemukan oleh Hans Christian Orsted (fisikawan Jerman)

Penemu Osiloskop Karl Ferdinand Braun (Fisikawan Jerman) Dengan Osiloskop maka kita dapat mengetahui berapa frekuensi, periode dan beda potensial dari sinyal listrik pada neuron.

Percobaan Biolistrik  Penelitian Galvani (ahli fisika Italia)  Tema penelitiannya efek listrik ke tubuh manusia  Galvani  orang pertama yang mengemukakan adanya hubungan listrik terhadap pergerakan makhluk hidup. Ketika kaki katak mati dialiri listrik terjadi gerakan mengejang pada kaki seakan-akan hidup.

KOMPETENSI Setelah mengikuti kegiatan perkuliahan diharapkan mahasiswa mampu : 1. Menjelaskan proses timbulnya listrik dalam tubuh 2. Menyebutkan fungsi listrik bagi tubuh 3. Menjelaskan kelistrikan sel syaraf dan otot jantung 4. Menyebutkan manfaat listrik dalam dunia medis 5. Menjelaskan efek kejutan listrik pada tubuh

Darimanakah munculnya Biolistrik ? • Biolistrik muncul dari perubahan potensial membran • Perubahan Potensial membran timbul karena adanya aliran ion-ion (kation & anion) keluar-masuk sel  maka timbul arus listrik • cairan tubuh (ekstraselular) adalah konduktor yang baik, daya hantarnyanya 100x lebih baik dari tembaga. • Cairan extrasel mirip dengan air laut, tersusun atas anion (Cl-) dan kation (Na+). Sedangkan Cairan intrasel tersusun atas kation (K+) dan anion Asam Amino (A-) • Daya hantar cairan di dalam & di luar sel adalah sama tetapi komposisi kimianya berbeda

Fungsi Biolistrik  Sebagai sinyal untuk Mengendalikan dan mengoperasikan saraf, otot, dan berbagai organ

Jenis sinyal listrik tubuh Semua organ mengeluarkan sinyal listrik, tetapi yang dominan ada 5 organ yang direkam sinyal listriknya : 1. Sinyal listrik jantung  elektrokardiogram (EKG) 2. Sinyal listrik otak  elektroenselogram (EEG) 3. Sinyal listrik otot  elektromiogram (EOG) 4. Sinyal listrik retina  elektroretinogram (ERG) 5. Sinyal otot mata  elektrookulogram (EOG)

Penjalaran Listrik Pada Sel saraf Neuron  satuan struktur dasar dari sistem syaraf Serat saraf (Neuron) ada 2 : 1. Saraf aferan  menyalurkan informasi sensorik/sinyal ke otak atau korda spinalis 2. Saraf eferan  menyalurkan informasi/sinyal dari otak atau korda spinalis ke otot, organ atau kelenjar yang sesuai

Penyaluran Sinyal (impuls) pada sel Saraf (Neuron) • Penyaluran sinyal listrik pada neuron  penjalaran potensial aksi • Neuron berfungsi  menerima, menterjemahkan dan menyalurkan pesan listrik • Awalnya badan sel menerima sinyal listrik dari neuron lainnya melalui kontakkontak yang disebut sinaps yang terletak di dendrit • Dendrit  bagian badan sel yang berperan menerima informasi dari rangsangan atau dari sel lain • Bila sinyal listrik kuat, maka sinyal listrik dari badan sel diteruskan ke akson • Dari akson sinyal listrik diteruskan ke neuron lainnya, otak, organ atau kelenjar yang sesuai Saraf aferan Rangsangan pergerakan ion Berupa : Kimiawi, perubahan potensial listrik Keluar—masuk listrik atau membran / potensial aksi membran mekanik

Saraf eferan

Otak atau sumsum tulang belakang

otot, organ atau kelenjar yang sesuai

penjalaran potensial aksi di sepanjang akson

Bagaimana Terbentuknya sinyal Listrik Pada Neuron ? I. Neuron Pada kondisi istirahat / polarisasi (tidak ada impuls listrik) Di luar membrane Bermuatan +

Di dalam membrane Bermuatan -

 Setiap sel saraf menghasilkan sedikit ion negatif tepat di dalam sel dan

ion positif tepat diluar membran sel  Sel saraf menggunakan difusi pasif dan transportasi aktif untuk mempertahankan distribusi ion melalui membran sel.

Membran sel menjadi pemisah antara cairan intra dengan ekstraselular. Membran sel adalah insulator listrikyang baik, mengapa ?  Pada Membran sel istirahat, konsentrasi ion Na+ di luar sel > di dalam sel,

sehingga dalam sel lebih negatif dr pd di luar sel atau  dikatakan telah terjadi pengutupan (bagian luar sel bermuatan positif & dalam sel bermuatan negatif). Kondisi ini disebut POLARISASI  Potensial Didalam sel +60 sampai +90mV, diluar sel 0 mV, beda potensial= (060) sampai (0-90) = -60 sampai -90 mV.  Konsentrasi ion pada sel istirahat Ion

Di dalam (mmol/L)

Di luar (mmol/L)

Na+ K+ ClLainnya

15 150 9 156

145 5 120 30

II. Neuron mengalami stimulasi/Depolarisasi (ada impuls listrik) • Saat neuron mendapatkan rangsangan (impuls)  Neuron terstimulasi  pori-pori membran akan berubah dan ion-ion Na+ akan masuk dari luar sel ke dalam sel  perubahan komposisi ion karena adanya pergerakan ion  perubahan muatan, Sehingga: didalam sel akan menjadi kurang negatif ( lebih positif) dr pd di luar sel  perubahan beda postensial yang sangat besar di titik stimulasi, Keadaan ini disebut DEPOLARISASI  selanjutnya perubahan potensial membran / potensial aksi diteruskan/menjalar sepanjang akson • Perubahan beda potansial ini disebut potensial aksi • Potensial aksi menjalar sepanjang akson (menjauhi badan sel)  seperti pesan berantai untuk sampai ke otak  Rangsangan kuat  mampu mendepolarisasi dari -90mV menjadi +50 mV Bila diukur dengan listrik, minimal diperlukan perubahan 20 mV untuk memicu potensial aksi

Impuls

alifis@corner - alifis.wordpress.com


III. Neuron setelah terstimulasi / kembali istirahat (Repolarisasi) • Setelah depolarisasi, saluran Na+ tertutup selama 1 mdetik sampai membran tidak dapat dirangsang lagi. • K+ di dalam sel difusi ke luar sel sehingga luar sel dalam jumlah besar agar luar sel bermuatan + • Selanjutnya terjadi transport aktif u/ mengembalikan sel ke kondisi polarisasi melalui mekanisme pengaktifan pompa NA. • Na+ dari dalam sel di pompa keluar sel dan sebaliknya ion K+ dipompa ke dalam sel, sehingga • potensial membran kembali seperti saat istirahat, kondisi ini disebut REPOLARISASI





• Oleh karena mekanisme perubahan potensial berantai sepanjang akson, maka potensial aksi disebut juga denyut voltase • Pada sebagian besar neuron potensial aksi berlangsung beberapa milidetik, tetapi pada otot jantung berlangsung 150 – 300 milidetik, apakah yang mempengaruhinya ?

Jadi tahapan bangkitnya arus listrik pada neuron adalah 1.Polarisasi 2.Depolarisasi 3.Repolarisasi


Pertanyaannya : Pada saat membran neuron istirahat (polarisasi) mengapa ion-ion (Na+, Cl - & K+) tersebut tidak menyeimbangkan diri dengan difusi atau mengapa ion Na tidak bocor masuk ke akson dan sebaliknya ion K tidak bocor keluar dari akson ? Sial

Penjalaran sinyal (potensial aksi) pada Akson Bermeilin Akson Tak bermeilin Meilin  lapisan insulasi dari lemak • Nodus ranvier  celah-celah kecil diantara selubung meilin, yaitu akson yang tidak terbungkus meilin • Sebagian besar saraf manusia bermeilin • Perambatan Potensial aksi pada neuron bermeilin lebih cepat dibandingkan tidak bermeilin

Faktor yang mempengaruhi kecepatan penjalaran potensial aksi : 1. Resistensi listrik (R)  dibagian inti akson 2. Kapasitansi (C)  kemampuan menyimpan muatan pada kedua sisi membran Semakin besar diameter akson, kecepatan penghantaran potensial aksi semakin cepat. Semakin besar nilai kapasitansi (daya tampung membran terhadap muatan) suatu akson, maka semakin lambat kecepatan penghantaran potensial aksi ., karena semakin lama waktu yang diperlukan untuk depolarisasi

Diatasi dengan adanya selubung meilin, sebab kapasitansinya sangat rendah  potensial aksi menjalar sangat cepat, tetapi amplitudo potensial aksinya mengalami penurunan

Bagaimana menurunan amplitudo potensial aksi? • Adanya nodus ranvier  maka kecepatan penghantaran potensial aksi melambat, sehingga amplitudonya kembali naik seperti semula. Mekanisme penghantaran potensial aksi “cepat – lambat” tersebut terus berlanjut sepanjang akson bermeilin • SEHINGGA penghantaran potensial aksi tampak seperti melompat dari satu nodus ranvier satu ke nodus ranvier lainnya Perbandingan kecepatan penghantaran potensial aksi : Organisme

Diameter akson

Ada/tidaknya meilin

Kecpatan potensial aksi

Cumi-cumi

1 mm

Tidak bermeilin

20 -50 m/detik

Manusia

10 um

Bermeilin

100 m/detik

Video terjadinya & penjalaran potensi aksi pada neuron (klik)

Tugas : 1. Jelaskan secara biofisika apa yang terjadi ketika tubuh kita tersengat listrik? 2. Bagaimana cara merekam sinyal listrik otak (EEG) ? 3. Apa manfaat perekaman sinyal listrik otak (EEG) ? 4. Apa yang menstimulasi otot jantung berkontraksi/berdenyut ? 5. Apa manfaat merekam sinyal listrik jantung (EKG)


PENDAHULUAN (Bagian-bagian jantung & fungsinya) Jantung (bahasa Latin, cor) adalah sebuah rongga organ berotot yang memompa darah melalui pembuluh darah dengan mekanisme kontraksi berirama yang berulang Bagian-bagian Jantung : Jantung manusia memiliki 4 ruang 1. Bilik kanan (right ventricle) 2. Bilik kiri (left ventricle) 3. Serambi kanan (right atrium) 4. Serambi kiri (left etrium) Katup –katup jantung : 1. Katup Trikuspidalis (katup berdaun 3) : diantara SKa-Bka 2. Katup bikuspidalis /mitralis (katup berdaun dua) : diantara Ski - Bki

Otot jantung adalah jenis otot lurik tidak sadar yang ditemukan di dinding jantung. Ada 2 macam :

a)

b)

Sel-sel otoritmik dapat ditemukan di daerah :

Didalam otot jantung terdapat jaringan khusus yang menghantarkan aliran listrik. Jaringan tersebut mempunyai sifat-sifat yang khusus, yaitu sebagai berikut : 1. Otomatisasi : kemampuan untuk menimbulkan impuls secara spontan. 2. Irama : pembentukan impuls yang teratur. 3. Daya konduksi : kemampuan untuk menyalurkan impuls. 4. Daya rangsang :

Nodus SA (Sinoatrium / Pacemaker) • Berbagai sel penghantar khusus memiliki kecepatan pembentukkan impuls spontan yang berlainan. • Simpul SA memiliki kemampuan membentuk impuls/sinyal spontan tercepat. Impuls ini disebarkan ke seluruh jantung dan menjadi penentu irama dasar kerja jantung, sehingga pada keadaan normal, simpul SA bertindak sebagai picu jantung (pacemaker) yang mengeluarkan sinyal listrik sekitar 72 kali/menit • Kecepatan pengeluaran sinyal SA tergantung (meningkat/menurun) saraf di luar jantung sebagai respon kebutuhan tubuh akan darah/kebutuhan lainnya • Jaringan penghantar khusus lainnya tidak dapat mencetuskan potensial aksi intriksiknya karena sel-sel ini sudah diaktifkan lebih dahulu oleh potensial aksi yang berasal dari simpul SA, sebelum sel-sel ini mampu mencapai ambang rangsangnya sendiri. • Urutan kemampuan pembentukkan potensial aksi berbagai susunan penghantar khusus jantung yaitu: Nodus SA (pemacu normal) : 72kali per menit tetapi Nodus AV : 40-60 kali per menit Berkas His dan serat purkinje : 20-40 kali per menit

 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

 SA node mengalami gelombang depolarisasi

ke atrium kiri dari atrium kanan dalam 70 detik  terjadi kontraksi atrium yang memompa darah ke ventrikel, kemudian repolarisasi atrium  Gelombang depolarisasi berlanjut ke AV node

 AV node mengalami depolarisasi

 Gelombang dari AV node dilanjutkan ke berkas

his (BH) dan percabangannya (bundle branch) (BB)  BB mengalami depolarisasi  Diteruskan ke jaringan purkinye 

Repolarisasi: epi  endo Depolarisasi: endo  epi

endokardium  berakhir di epikardium  terjadi kontraksi otot ventrikel yang mendorong darah ke seluruh tubuh & paru, kemudian otot ventrikel mengalami repolarisasi

 Rangkaian proses ini kembali berulang

Hasil rekaman EKG pada jantung normal  P : gelombang yang

 

 

timbul karena depolarisasi & kontraksi atrium. QRS : depolarisasi ventrikel. R : defleksi positif pertama sesuadah gelombang P dan yang ditimbulkan oleh depolarisasi utama ventrikel. ST: kontraksi ventrikel. T : gelombang yang timbul oleh repolarisasi ventrikel.

• Depolarisasi & Repolarisasi otot jantung menyebabkan arus darah mengalir dalam badan, menimbulkan potensial listrik di kulit • EKG adalah perekaman potensial listrik yang dihasilkan jantung di antara dua titik pada berbagai lokasi dipermukaan tubuh

 EEG  perekaman sinyal-sinyal listrik neuron di permukaan (kortex)

otak  Sinyal listrik otak sangat lemah (Amplitudo sekitar 50 uV), diteliti pertama kali oleh Hans Berger 1929  Frekuensi sinyal EEG bergantung aktivitas subyek

Fungsi EEG • Merekam aktivitas otak saat tidur, beraktivitas atau saat

• •

•

mendapatkan rangsangan tertentu Sebagai alat bantu kelainan otak,misalnya penyakit epilepsi atau tumor otak. Menentukan lokasi tumor otak  aktivitas listrik di daerah tumor berkurang Menunjukkan derajad anastesi yang berhubungan dengan tingkat kesadaran pasien selama operasi

Jenis Gelombang EEG Gelombang EEG dibedakan menjadi 4 berdasarkan rentang frekuensinya 1.Delta (0,5 – 4 Hz) : diperlihatkan pada subyek (bayi-orang dewasa) dalam kondisi tidur 2.Teta (4-8 Hz) : diperlihatkan pada subyek (anak-anak & orang dewasa) dalam kondisi tidur 3.Alfa (8-13 Hz) : diperlihatkan pada subyek yang rileks 4.Beta (>13 HZ) : diperlihatkan pada subyak yang kondisinya waspada

Tahapan Tidur

Hasil perekaman EEG pada subyek dalam kondisi : (a) waspada; (b) mengantuk; (c) light sleep (sekitar 20 menit setelah tertidur); (d) tidur pulas (deep sleep)

Bagaimana perekaman EEG Menempelkan elektrode di kepala, menurut standar internasional sejumlah 21 elektrode


• Yaitu medan magnet disekitar organisme yang dihasilkan sel hidup atau organisme tersebut • Medan magnet ditimbulkan oleh aliran muatan listrik / arus listrik • Satuan kuat medan magnet  A/m atau Tesla (T)  arus di neuron menghasilkan medan listrik  medan magnet  Medan Magnet di dalam tubuh sama dengan medan listrik di dalam tubuh  sangat lemah (< medan magnet bumi)



Manusia tidak bisa merasakan medan magnet tetapi medan magnet membantu beberapa hewan dalam menentukan arah atau lokasi Hal ini disebabkan adanya partikel Fe3O4 yang berdiameter 50 nm berbentuk rantai di dalam sel Burung dara mempunyai kepekaan 10-20 nT & lumba-lumba < 20 nT.



Medan Magnet bumi akan menginduksi rantai Fe3O4 di dalam sel menjadi sebuah bentruk kumparan. Pergerakan rantai ini menjadi sinyal neuron sensorik untuk diteruskan ke otak



Medan magnet tubuh yang umumnya direkam a) Medan magnet jantung  magnetokardiografi (MKG). Besarnya 5 . 10-11 T atau sekitar seperjuta kuat medan magnet bumi b) Medan magnet otak  magnetoensefalogram (MEG)

Alat pengukur Madan Magnet Tubuh • Magnetometer  detektor medan magnet yang sangat peka, yaitu SQUID (Superconducting Quantum Interference device) Magnetometer SQUID bekerja pada T 5 K & dapat mendeteksi medan magnet tetap / berubah – ubah minimal 10-4 T • Pengukuran bioomagnetik tubuh dilakukan pada suatu ruangan yang terisolasi dari pengaruh medan magnet luar • Pengukuran MEG  menggunakan magnetometer SQUID  dapatdipelajari pola kerja terhadap berbagai bentuk rangsangan  membuka kesempatan yang luas terhadap penelitian otak

Seorang pasien yang sedang direkam medan magnet otaknya (MEG) menggunakan magnetometer SQUID

Pencemaran Magnetik • Tubuh kita dapat tercemar bahan-bahan bermagnet, misalnya • Pada para pekerja asbestos  menghirup debu asbestos yg mengandung partikel besi oksida. Medan magnet dari dada pekerja asbestor sekitar 5.10-8 T

Manfaat Biomagnetik dalam bidang kesehatan •

• •

Studi Biomagnetik lebih banyak dilakukan di dunia Timur daripada di dunia barat Di dunia timur pengobatan dengan menyalurkan energi tubuh/tenaga dalam/Reiki/Prana  hakekatnya menyalurkan medan magnet ke tubuh pasien Energi magnetik mendatangkan efek menguntungkan terhadap sirkulasi darah,sirkulasi getah bening, produksi hormon, saraf dan otot

• Para Praktisi kesehatan ini mampu memanipulasi kekuatan dan frekuensi medan magnet di sekitar daerah lokal tubuh mereka sendiri (mis. Tangan)  disalurkan ke bagian tubuh pasien • medan magnet yang mengelilingi tangan penyembuh serupa dengan frekuensi medan magnet eksternal yang digunakan dalam eksperimen medis terhadap tikus dan mamalia (rata-rata 7-8Hz)  Medan magnet lemah (rata-rata 7-8Hz) telah terbukti mempercepat penyembuhan luka pada kulit, jaringan/organ dan patah tulang pada tikus dan kelinci • Terapi yang dilakukan para Praktisi jauh lebih efektif daripada mesin-penginduksi medan magnet yang digunakan dalam percobaan, karena frekuensi medan magnet sekitar tangan bekisar antara 0,3 dan 30Hz • Kuat Medan magnet yang dihasilkan oleh manusia yang ahli dalam yoga, meditasi, dan Qigong meningkat 1000 kali dari kuat medan magnet normal pada manusia

Prinsip Kerja Terapi Magnet dalam Menyembuhkan Penyakit Sel sel darah manusia mengandung zat besi (Fe) dan Neodymium magnet (Nd2Fe14B) Ketika magnet atau sinar inframerah diletakkan dekat pembuluh arteri utama, seperti pembuluh arteri jantung (titik nadi di pergelangan tangan) atau arteri karotid (titik nadi dileher) selama 20 menit mempengaruhi unsur besi (Fe) pada sel-sel darah. sehingga sel-sel yang sebelumnya saling menempel dan bersambungan akhirnya terurai. Hal ini mengakibatkan aliran darah lebih lancar. Sehingga kemampuan sel darah menyerap oksigen dan nutrisi meningkat.

Mengapa Burung yang Hinggap di kabel listrik tidak tersengat listrik ? • Sesuatu bisa tersengat listrik jika terjadi perbedaan tegangan. • Arus listrik, mengalir dari tegangan yang tinggi menuju ke tegangan yang lebih rendah. • Bumi dan tanah memiliki tegangan yang lebih rendah, berbeda dengan benda lainnya. Ini membuat aliran listrik selalu mengalir ke tanah atau bumi dari sumber tegangan atau disebut dengan konduktor. • Manusia kesetrum saat terjadi kontak antara tubuh kita sebagai konektor dengan sumber tegangan listrik yang cukup tinggi yang bisa menimbulkan arus melalui rambut dan otot manusia itu. • Listrik akan menyetrum kita hanya jika tubuh kita terhubung dengan tanah atau ground. • Burung yang hinggap di atas kabel listrik, mereka tidak terhubung dengan tanah. Burung tersebut tidak menyebabkan perubahan tegangan listrik pada kabel yang dihinggapinya sehingga dia tidak akan kesetrum.

Sinyal listrik dan magnet tubuh manusia (Sel Syaraf dan Sel Otot Jantung) Oleh Arif Yachya., S.Si., M.Si

Recommend Documents