STUDI PENGARUH STIMULASI ELEKTRIK (ES) PADA PROSES PERCEPATAN PENYEMBUHAN LUKA KULIT MARMUT (Cavia Cobaya) Fuad Ama1), Achmad Arifin2), Djoko Legowo3) Jurusan Teknik Elektro ITS, Surabaya 60111, email:
[email protected] luka. Yang perlu dikaji selanjutnya adalah Abstrak- Pada studi sebelumnya telah kuantitas pemberian terapi yang memberikan dibandingkan proses penyembuhan luka pada hasil optimal. hewan marmut sebagai subyek. Masingmasing subyek dengan satu luka dan dengan luas luka awal yang sama. Subyek dibagi atas Kata kunci: penyembuhan luka, stimulasi elektrik (ES). dua kelompok. Satu kelompok diberi terapi stimulasi elektrik dan kelompok yang lain tidak. Hasil percobaan menunjukkan bahwa 1. PENDAHULUAN terjadi proses percepatan penyembuhan luka Tubuh mempunyai sistem bioelektrik untuk kelompok dengan perlakuan terapi yang dapat mempengaruhi penyembuhan stimulasi elektrik. Pada penelitian ini telah luka, perbaikan sel yang rusak dan mengubah dilakukan eksperimen untuk mengetahui permeabilitas membran sel. Pada kulit yang pengaruh stimulasi elektrik pada mengalami luka, diketahui terdapat arus penyembuhan luka. Enam ekor marmut telah lemah yang terukur antara kulit dan jaringan digunakan sebagai subyek. Pada setiap yang lebih dalam, yang kemudian disebut subyek dibuat dua luka kiri dan kanan pada dengan current of injury (arus luka). Fakta punggung belakang. Luka kanan diberi empirik adanya current of injury pada daerah perlakuan stimulasi elektrik dan luka kiri luka inilah yang menjadi landasan pemikiran dibiarkan sembuh alami. Luka kiridigunakan untuk menerapkan stimulasi elektrik dalam sebagai referensi proses penyembuhan dari usaha untuk mempercepat proses masing-masing s ubyek. Eksperimen telah penyembuhan luka [3]. dilakukan pada 6 hewan marmut. Stimulasi Luka didefinisikan suatu kerusakan elektrik berupa pulsa dengan frekuensi 20 integritas epithel dari kulit [2] atau definisi Hz, lebar 200 μsec, amplitudo 30 volt. yang lain terputusnya kesatuan struktur Pemberian stimulasi elektrik dilakukan anatomi normal dari suatu jaringan akibat dengan durasi 30 menit, satu kali sehari, suatu trauma atau rusaknya sebagian jaringan selama 28 hari. Hasil yang diperoleh dari tubuh [6]. pemeriksaan histopatologi menunjukkan Penyembuhan luka adalah suatu bentuk percepatan penyembuhan pada luka dengan proses usaha untuk memperbaiki kerusakan perlakuan terapi stimulasi elektrik. yang terjadi. Pertumbuhan pembuluh darah Percepatan rata-rata total dari perlakuan adalah proses penting awal penyembuhan di stimulasi elektrik sebesar 1.5 dari perlakuan tempat luka untuk meningkatkan aliran darah tanpa stimulasi elektrik. Percepatan itu terdiri [10]. Fibroblas jaringan ikat fibrous adalah dari: 1.27 percepatan pembentukan lapisan sel yang bertanggung jawab untuk sintesa jaringan epitel, 1.27 percepatan pada densitas kolagen [9]. kolagen, 1.04 percepatan pembentukan Hasil eksperimen sebelumnya telah pembuluh darah baru dan 3 kali percepatan menghasilkan penetapan durasi 30 menit keteraturan jaringan kolagen. Dari hasil dengan amplitudo sekitar (25-30) volt. eksperimen dapat disimpulkan bahwa terapi Pemberian ES sebagai terapi pengobatan stimulasi elektrik pada luka dapat tambahan secara konvensional [1]. Dan memberikan percepatan proses penyembuhan pemberian stimulasi elektrik dapat
mempengaruhi penyembuhan dengan hasil terapi penyembuhan luka dengan prediksi penyembuhan dua kali lebih cepat dari yang tanpa terapi stimulasi elektrik, dan percobaan ini dilakukan pada hewan coba yang berbeda [7]. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui perbedaan pengaruh stimulasi elektrik (ES) terhadap proses penyembuhan luka pada kulit marmut melalui pemeriksaan histopatologi. STIMULASI ELEKTRIK Stimulasi elektrik adalah merupakan transfer energi ke luka dengan penggunaan arus elektrik dan menempatkan elektroda disekitar luka sehingga arus elektrik mengalir melewati luka untuk percepatan penyembuhan luka. Penggunaan stimulasi elektrik ini adalah sebagai pengobatan tambahan untuk penyembuhan luka yang telah dikemukakan beberapa tahun sejak dikenalkan bahwa kulit mempunyai medan elektrik dan kehadiran luka mengganggu medan elektrik ini [4]. Penyusunan elektroda dapat mempengaruhi distribusi medan elektrik pada luka. Pada penelitian klinis stimulasi elektrik untuk proses percepatan penyembuhan luka, dan ada 2 model penyusunan elektroda yang digunakan yaitu model DC+ dan DC+/-. Kedua model ini menghasilkan distribusi medan elektrik yang berbeda dalam jaringan yang distimulasi.
peradangan, yang dikarakteristikkan dengan lima tanda utama, yaitu be ngkak (swelling), kemerahan (redness), panas (heat), nyeri (pain) dan kerusakan fungsi (impaired function). Proses penyembuhan luka merupakan proses biologis yang dinamis dengan tujuan akhir pemulihan fungsi dan integritas jaringan serta meliputi berbagai mekanisme yang kompleks yaitu, proses pembekuan darah, proses inflamasi, proliferasi sel, koagulasi, fibroplasia, epitelisasi, kontraksi, pembentukan pembuluh darah baru (angiogenesis), dan rekonstruksi matriks ekstrasel atau repair and remodeling. Interaksi faktor-faktor pertumbuhan dan sel epitel fibroblas dan sel endotel berperan penting dalam proses biologis penyembuhan luka. Penilaian proses penyembuhan luka dapat juga dilakukan dengan pengukuran luas permukaan, kedalaman, volume dan tampilan klinis seperti granulasi dan eksudat luka.
Gambar 2. Penyembuhan luka normal [Robert F, 2004]
Secara garis besar proses penyembuhan luka dibagi tiga fase: fase inflamasi, fase proliferasi dan fase maturasi (fase epithelisasi dan remodelling). Umumnya proses penyembuhan luka normal dibagi dalam tiga tahap ditunjukkan pada Gambar 2. Fase biologis penyembuhan luka[Robert F, 2004]: Gambar 1 Model penyusunan elektroda pada 1. Fase inflammasi, yaitu tahap peradangan luka [8] luka, bengkak dan nyeri berwarna merah. Segera setelah timbulnya luka terjadi Proses Penyembuhan Luka vasokonstriksi lokal yang menghentikan Tubuh secara normal akan merespon pendarahan dan darah dalam luka membeku. atas terjadinya cedera dengan serangkaian Setelah 5-10 menit tahap inflammasi akut proses yang disebut dengan respon mulai terjadi kemudian sesudah itu lekosit
dalam waktu 2-3 hari jelas terlihat pada luka dan menunjukkan mulai proses penyembuhan. Pada fase inflamasi terjadi respons vaskuler dan seluler yang terjadi akibat luka pada jaringan lunak. Tujuan yang hendak dicapai adalah menghentikan perdarahan dan membersihkan area luka dari benda asing, sel-sel mati dan bakteri untuk mempersiapkan dimulainya proses penyembuhan. Pada awal phase ini, kerusakan pembuluh darah akan menyebabkan keluarnya platelet yang berfungsi dalam proses hemostasis (pembekuan darah). 2. Fase proliferasi, yaitu tahap pertumbuhan sel-sel jaringan di tempat luka. Pada luka ada krusta sebagai hasil serum yang mengering berwarna kuning-hitam. Setelah 2 hari tahap inflammasi, kolagen dikeluarkan dan dimulai proses ikatan dan proses ke arah penggabungan yang kuat antara tepi luka. Dalam waktu 4-6 hari, jaringan granulasi sehat berwarna merah muda membentuk dasar untuk menyokong dan memberi makan epitelium yang meluas. Angiogenesis suatu proses pembentukan pembuluh kapiler baru didalam luka, mempunyai arti penting pada tahap proliferasi proses penyembuhan luka. Pada fase ini fibroplasia dan angiogenesis merupakan proses terintegrasi dan dipengaruhi oleh substansi yang dikeluarkan oleh platelet dan makrofag (growth factors). 3. Fase epithelisasi dan remodeling (Penyudahan), yaitu tahap pertumbuhan jaringan kulit (epitel) dan perbaikan menuju seperti kulit semula. Krusta lepas dan sudah tumbuh jaringan epitel untuk menjadi seperti kulit semula. Kontraksi luka adalah proses penyempitan luka yang disebabkan oleh miofibroblast yang terdapat di seluruh tubuh terutama terpusat di sekitar luka. Pada luka kulit akan sembuh dengan baik dalam waktu 2 sampai 3 minggu, luka fasia abdomen akan rapat dalam waktu 6 minggu tetapi tetap terus berkembang semakin erat selama 6 bulan, tendo atau ligamentum membutuhkan waktu sekurang-kurangnya 3 bulan dan berakhir sampai kurang lebih 12 bulan
2. METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan di Fakultas Kedokteran Hewan Universitas Airlangga Surabaya, dimulai bulan April 2010 hingga Februari 2011. Selanjutnya bisa lihat diagram blok penelitian (gambar 1).
Gambar 3. Diagram Blok Penelitian 1. Subyek Penelitian Subyek penelitian menggunakan hewan coba marmut jantan sebanyak 24 ekor dengan umur 6-7 bulan dan berat badan berkisar antara 600-650 gram. Terapi menggunakan stimulasi elektrik gelombang kotak, frekuensi 20Hz, dan lebar pulsa 200µs. 2. Alat Stimulasi Elektrik (ES) Salah satu model karakteristik stimulasi elektrik (ES) yang dikembangkan di Laboratorium Sendai di Jepang adalah sebagai berikut: 1. Berbentuk impuls, dengan lebar pulsa sebesar 200 µs. 2. Frekuensi sinyal sebesar 20 Hz. 3. Besar arus yang diijinkan maksimum 60 mA. 4. Amplitudo tegangan DC sebesar (0–100)V bergantung karakteristik subyek. 5. Mode monophasic signal (sinyal tunggal polaritas).
Sinyal stimulasi elektrik (Gambar 2) dapat ditarik kesimpulan sinyal ES berupa sinyal impuls. Dengan melihat karakteristik sinyal ES tersebut dapat didesain sebuah rangkaian elektronika. Rangkaian elektronika ini harus dapat mengeluarkan sinyal bentuk impuls dengan ketentuan yang ada, juga dapat menghasilkan tegangan maksimum 100VDC.
Gambar 2. Model Sinyal ES. Dua buah elektroda diletakkan 1 cm di sekitar luka sehingga arus listrik mengalir melalui luka. Mode peletakan elektroda adalah DC+/- ditunjukkan pada Gambar 3. Pada hewan coba untuk setiap perlakuan merupakan penelitian awal yang bertujuan untuk melihat kecenderungan perilaku percepatan proses penyembuhan luka terhadap penggunaan stimulasi elektrik.
elektrik. Hewan coba diberi luka jenis luka dalam (full thickness) stadium I II, dengan pemberian durasi konsisten 30 menit on perhari. Sebelum dilukai rambut pada kulit dibersihkan terlebih dahulu, dan selanjutnya marmut dilakukan operasi oleh dokter hewan untuk dilukai. Operasi dilakukan pada marmut pada bagian punggung belakang kanan dan pada bagian punggung belakang kiri, operasi luka dimulai kulit sampai ke dermis, dengan ukuran luka operasi yaitu: panjang 1cm kali lebar 1cm dan kedalaman 3 mm. Setelah operasi luka selesai maka kita menunggu hewan marmut sampai sadar kembali dari pembiusan operasi. Pada eksperimen kedua ini dosis pemberian stimulasi elektrik dilakukan pada luka marmut dipunggu belakang sebelah kanan diterapi stimulasi elektrik dengan amplitudo tegangan 30 volt dan selama 30 menit/hari sekali selama 28 hari. Setelah hari yang ke 28 dilakukan pengambilan kulit yang sudah mulai mengering dari masing-masing luka kulit perlakuan maupun luka kulit kontrol, untuk pengujian pada 6 hewan coba marmut (M) secara histopatologi, hasil skor rata-rata bisa dilihat pada tabel 1. Nilai proses kesembuhan luka berdasarkan jaringan epitel (EP), densitas jaringan ikat kolagen (DK), dan jaringan pembuluh darah baru atau angiogenesis (AG), maturasi (MT), dan imflamasi (IM). Tabel 1. Hasil Skoring Penyembuhan Luka
Eksperimen Skor
Gambar 3. Peletakan elektroda
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
M M1L M1R M2L M2R M3L M3R M4L M4R M5L M5R M6L M6R
EP
DK
AG
MT
IM
1 3 3 3 1 1 3 3 1 1 2 3
4 7 6 7 4 6 6 7 6 7 4 4
8 9 9 9 9 9 9 8 8 9 8 9
0 10 0 10 0 10 10 10 10 10 0 10
11 11 11 11 11 0 11 11 11 11 11 11
Hasil Histopatologi Eksperimen Pengujian eksperimen ini hanya menggunakan satu ekor marmut dengan dua luka. Sedangkan dalam eksperimen ini dilakukan pada hewan coba marmut jantan berumur (6-7) bulan dengan bobot (600–650) gr, eksperimen kedua dengan menggunakan 6 ekor marmut untuk melanjutkan eksperimen dengan membandingkan hasil terapi stimulasi elektrik dengan tanpa terapi stimulasi Keterangan :
Rata2 Skor 4.8 8.0 5.8 8.0 5.0 5.2 7.8 7.8 7.2 7.6 5.0 7.4
M1L: Kelompok tanpa stimulasi elektrik (Kontrol) dari marmut dengan dua luka M1R: Kelompok yang distimulasi elektrik (Perlakuan) dari marmut dengan dua luka M2L: Kelompok tanpa stimulasi elektrik (Kontrol) dari marmut dengan dua luka M2R: Kelompok yang distimulasi elektrik (Perlakuan) dari marmut dengan dua luka M3L: Kelompok tanpa stimulasi elektrik (Kontrol) dari marmut dengan dua luka M3R: Kelompok yang distimulasi elektrik (Perlakuan) dari marmut dengan dua luka M4L : Kelompok tanpa stimulasi elektrik (Kontrol) dari marmut dengan dua luka M4R: Kelompok yang distimulasi (Perlakuan) dari marmut dengan dua luka M5L: Kelompok tanpa stimulasi elektrik (Kontrol) dari marmut dengan dua luka M5R: Kelompok yang distimulasi (Perlakuan) dari marmut dengan dua luka M6L: Kelompok tanpa stimulasi elektrik (Kontrol) dari marmut dengan dua luka M6R: Kelompok yang distimulasi (Perlakuan) dari marmut dengan dua luka
basal (a), spinosum (b), granulosum (c) dan lapisan corneum (d) (Gambar 4.9).
Gambar 4.9. Lapisan epidermis kulit normal.
Lapisan dermis terletak di bawah lapisan epidermis. Lapisan ini merupakan bagian kulit paling tebal yang dibentuk oleh jaringan ikat padat tidak teratur. Jaringan ikat penyusun lapisan dermis terutama didominasi oleh sabut kolagen, selain sabut elastis dan retikuler. P ada lapisan dermis terdapat banyak pembuluh darah (panah) serta adnexa kulit meliputi folikel rambut (fr), kelenjar Setelah operasi luka selesai maka kita keringat, kelenjar lemak dan kelenjar mamae menunggu hewan marmut sampai sadar (tiga bagian terakhir tidak tampak pada slide kembali dari pembiusan operasi. Pada ini. (Gambar 4.10). eksperimen kedua ini dosis pemberian stimulasi elektrik dilakukan pada luka marmut dipunggu belakang sebelah kanan diterapi stimulasi elektrik dengan amplitudo tegangan 30 volt dan selama 30 menit/hari sekali selama 28 hari. Setelah hari yang ke 28 dilakukan pengambilan kulit yang sudah mulai mengering dari masing-masing luka kulit perlakuan maupun luka kulit kontrol, untuk dilakukan pengujian secara Gambar 4.10. Lapisan dermis kulit histopatologi dan hasilnya skor rata-rata bisa normal. dilihat pada tabel 4.2. Nilai proses kesembuhan luka berdasarkan jaringan epitel, densitas jaringan ikat kolagen (serabut kolagen), Sabut- kolagen (panah) pada lapisan dermis dan jaringan pembuluh darah baru, maturasi, dan nampak berwarnah epsinofilik dengan arah yang tidak teratur (Gambar 4.11). imflamasi. Lapisan epidermis merupakan bagian terluar dari kulit yang dibentuk oleh sel-sel keratinosit. Berdasarkan letaknya, lapisan selsel keratinosit dibedakan menjadi lapisan
F
Gambar 4.11 Sabut kolagen penyusun lapisan dermis.
1. Gambar Mikroskopis Marmut pertama Proses penyembuhan pada marmut 1 dilakukan pemeriksaan histopatologi pada hari ke 28 dan dari Gambar A dan B masingmasing menunjukkan lapisan epidermis dan dermis pada luka yang tidak distimulasi elektrik dari kelompok (L). Sementara itu, Gambar C dan D masing menunjukkan lapisan epidermis dan dermis pada luka yang mendapat stimulasi elektrik dari kelompok (R). Nampak bahwa proses reepitalisasi dari keduanya berbeda dimana pada kelompok 1R (Gambar C) berjalan baik dengan skor 3, sedangkan kelompok 1L (Gambar A) mempunyai skor 1, namun demikian proses maturisasi jaringan ikat pada lapisan dermis keduanya berbeda, dimana pada ke lompok 1R (Gambar D) jaringan ikat pada lapisan dermisnya didominasi oleh sabut kolagen yang tebal, sedangkan kelompok 1L (Gambar B) disusun oleh sabut elastis yang lebih halus, demikian juga jumlah pembuluh darah baru pada kelompok 1R berjalan baik dengan skor 9, sedangkan kelompok 1L mempunyai jumlah pembuluh darah baru dengan skor 8 (lihat Gambar 4 dan Gambar 5).
Gambar 4. Perbandingan proses penyembuhan pada marmut 1
2.Gambar Mikroskopis Marmut Kedua Proses penyembuhan pada marmut 2 dilakukan pemeriksaan histopatologi pada hari ke 28 da n perbandingan proses penyembuhan pada perlakuan 2. Gambar E dan F masing-masing menunjukkan lapisan epidermis dan dermis pada luka yang tidak mendapat stimulasi elekterik dari kelompok 2 (2L) . Sementara itu, gambar G dan H masing menunjukkan lapisan epidermis dan dermis pada luka yang mendapat stimulasi elekterik dari kelompok 2 ( 2R). Nampak bahwa proses reepitalisasi dari kedua kelompok tersebut berjalan baik dengan skor sama 3, namun demikian proses maturisasi jaringan ikat pada lapisan dermis keduanya berbeda, dimana pada kelompok 2R (gambar H) jaringan ikat pada lapisan dermisnya didominasi oleh sabut kolagen (panah putih) yang tebal, sedangkan kelompok 2L (gambar F) disusun oleh sa but elastis (panah hitam) yang lebih halus (lihat Gambar 4.14 dan Gambar 4.15).
kolagen sebesar 1.27 dari luka kulit kontrol, percepatan angeogenesis (pembuluh darah baru) sebesar 1.78 dari luka kulit kontrol, percepatan densitas jaringan ikat kolagen, dan keteraturan struktur jaringan ikat kolagen (maturasi) sebesar 3 kali dari luka kulit kontrol. DAFTAR PUSTAKA
Gambar 4.14. Perbandingan proses penyembuhan pada marmut 2.
M 1 2 3 4 5 6 Rata2 SD CV
Pembahasan Hasil Histopatologi Eksperimen Kedua Dari data dan tabel hasil eksperimen kedua dapat dibuat tabel rekap sebagai beikut; Tabel 4.7a. Rekap Perhitungan Hasil Data Histopatologi Densitas Epitelisasi Kolagen Angiogenesis L R L R L R 1 3 4 7 8 9 3 3 6 7 9 9 1 1 4 6 9 9 3 3 6 7 9 8 1 1 6 7 8 9 2 3 4 4 8 9 1,83 2,33 5,00 6,33 8,50 8,83 0,98 1,03 1,10 1,21 0,55 0,41 53,6% 44,3% 21,9% 19,1% 6,4% 4,6% Kesimpulan Dari penelitian terhadap hewan coba marmut (cavia cobaya) tentang pengaruh terapi stimulasi elektrik (ES) pada proses penyembuhan luka kulit marmut dapat ditarik kesimpulan rata-rata skor pada hari ke 28 nilai skor rata-rata marmut luka sebelah kanan yang diterapi stimulasi elektrik menunjukkan percepatan penyembuhan lebih besar dari luka sebelah kiri tanpa stimulasi elektrik sebesar 1.2 dengan rincian tiap unsurnya; percepatan pembentukan jumlah lapisan jaringan epitel sebesar 1.27 dari jumlah lapisan epitel pada luka kulit kontrol, percepatan pembentukan jumlah densitas
[1] Aleksandra J, Renata Karba, (1994), "Low Frequency Pulsed Current and Pressure Ulcer Healing",IEEE transactions on Rehabilitation Engineering, Vol.2 No.4, hal. 225-233. [2] Brown DL. Wound. In: In: Brown DL, Borschel GH, editors. Michigan Manual of Plastic Surgery. 1st ed. Philadelphia, USA: Lippincott Williams & Wilkins;2004.p.1-9 [3] Carrie Sussman, (1998), Electrical Stimulation for Wound Healing, Wound Care Collaborative Practice Manual for Therapists and Nurses chapter 16, Place Torrance. [4] Cigna Health Care Coverage Position (2007), Electrical Stimulation for Wound Healing, Coverage Position Number: 0351. [5] Enoch S, Price P. Cellular, molecular, and biochemical differences in the pathophysiology of healing between acute wounds, chronic wounds and wounds in the aged. World Web Wound (serial online) 2007 (cited April 8, 2007). Available from URL: HYPERLINK http//www.worldwebwound.com [6] Rahmawati, dkk, “Pengaruh Stimulasi Listrik Terhadap Pembuluh Darah Dan Jaringan Ikat Fibrous Penyembuhan Luka”, Makalah Poltek Malang, 2009. [7] Renata Karba, at all, “Dc electrical stimulation for chronic wound healing enhancement”, Bioelectrochemistry and Bioenergetics, no. 43, 1997, hal. 265-270. [8] Robert F. Diegelmann at all, (2004), “Wound healing: an overview of acute, fibrotic and delayed healing”, Frontiers in Bioscience, no. 9, hal. 283-289.
[9]
Robbins, “Basic Prentice Hall, 2005.
Pathology”,
