BIOMEKANIKA

1. PENDAHULUAN

Ada 2 (dua) bidang yang termasuk dalam fisika kedokteran yaitu : bidang

kedokteran dan bidang fisika. Oleh karena itu fisika kedokteran berperan

dalam 2 hal, meliputi :

1. Penggunaan ilmu fisika untuk menentukan fungsi tubuh meliputi

kesehatan dan penyakit. Dalam hal ini dapat pula disebut faal fisika.

2. Penggunaan fisika dalam praktek kedokteran meliputi pengetahuan

tentang benda/alat yang dipergunakan dalam bidang kedokteran yaitu alat

ultrasonik, laser, radiasi dan sebagainya.

2. PENGUKURAN

Fisika maupun disiplin ilmu lain pengukuran kwantitas merupakan dasar

utama. Dalam pengukuran ini akan dicari korelasi atau interpretasi dan sering

pula diadakan perbandingan dengan prediksi teoritis. Hal-hal yang meliputi

pengukuran kwantitas ini adalah sistem satuan Internasional atau disingkat

dengan sistem SI (System Internatioal Unit) atau Satuan Metrik.

Dasar sistem SI yang dipakai adalah panjang dinyatakan dalam meter,

massa di nyatakan dalam kilogram dan waktu dinyatakan dalam sekon (detik).

Secara praktis sering dipergunakan satuan kecil atau satuan besar misalnya

centimeter ( meter); gram (g = Kg), kadang-kadang untuk

menyatakan kwantitas dipergunakan satuan Inggris misalnya : feet, pound dan

galon.

Di Amerika Serikat, National Bureau of Standards (NBS) berlokasi dekat

dengan Washington D.C. Mempunyai peranan dalam standarisasi pengukuran

radiasi ionisasi.

Dalam bidang kedokteran sampai sekarang masih senang mempergunakan

kwantitas ukuran dalam satuan Non Standar. Sebagai contoh satuan tekanan

dinyatakan sebagai Newton per meter kwadrat, dyne per sentimeter kwadrat

1

dan pound perinci kwadrat tekanan darah dinyatakan dalam milimeter air

raksa, satuan panjang/tinggi zat cair.

Suatu contoh lain, satuan Non Standar yang telah lama dipergunakan

tetapi mempunyai arti sejarah yaitu pengukuran tentang pulse rate pada

penderita.

Sanctorium (1602) (teman kedokteran Galileo) memperkenalkan

pulsogium (suatu pendulum simpel) untuk mengukur pulse rate pada

penderita.

2.1. PROSES PENGUKURAN

Pada abad ini seiring dengan pertumbuhan ilmu kedoktera, bilangan

dan ketelitian dari pengukuran kwantitas dalam praktis klinik sangat

ditingkatkan. Hal ini oleh karena hasil pengukuran itu dapat memberikan

informasi yang sangat berharga tentang gambaran keadaan tubuh dan

hasil pengukuran itu dipakai sebagai bahan perbandingan. Dalam

pengukuran fisik dibagi dalam 2 (dua) group yaitu :

a. Proses pengukuran pengulangan

Pada proses ini biasanya melibatkan sejumlah pengulangan perdetik,

permenit, perjam dan sebagainya. Misalnya pengukuran pernafasan

diperoleh nilai pernafasan rata-rata (breathing rate) kira-kira

15/menit, denyut nadi 70/menit.

b. Proses pengukuran yang tidak ulang

Proses pengukuran ini hanya dilakukan sekali terhadap individu.

Misalnya mengukur substansi asing yang dikeluarkan lewat ginjal;

potensial aksi dari suatu sel saraf.

Pada proses pengukuran ini, perlu diperhatikan ”ketelitian (accuracy)

dan kebenaran (precision). Ketelitian dan kebenaran mempunyai arti

yang sangat berbeda dalam pengukuran. Ketelitian (accuracy)

menunjukkan yang bagaimana memberikan pendekatan untuk

memperoleh suatu standar. Suatu contoh tinggi seseorang ketika diukur

diperoleh 1,765 meter, ketelitian mungkin 0,003 (=33mm) dibandingkan

dengan patokan (standar) meter.

2

Untuk memperoleh ketelitian diperlukan suatu pengukuran berkali-kali,

kemudian di cari rata-rata akhir dari kesemuanya itu dan dicari standar

Deviasi.

Contoh : pengukuran tekanan systolik (P) sebanyak 25 kali (n) maka

tekanan rata-rata systolik :

=

Standar Deviasi

=

Sedangkan kebenaran (precision) berhubungan dengan kemampuan

pengembalian dari suatu pengukuran tanpa memperdulikan ketelitian

dalam pengukuran.

Suatu contoh, misalnya seseorang penderita yang diukur temperaturnya

dalam 10 kali diperoleh : 36,10C, 36,20C, 36,10C, 36,40C, 36,30C, 36,00C,

36,30C, 36,40C, dan 36,20C, (temperatur tubuh normal berkisar 370C).

Hasil ini menunjukkan kebenaran dalam pengukuran dengan nilai rata-

rata 36,20C dan variasi 0,20C. Apabila dibandingkan dengan termometer

standar tampak adanya ketidaksempurnaan dari termometer yang

dipakainya, selisih pembacaan 30C dibawahnya.

Dari uraian diatas tampak perbedaan yang jelas antara ketelitian dan

kebenaran ; termometer yang dipakai tidak teliti, sedangkan hasil yang

diperoleh itu betul-betul suatu kebenaran dari pengukuran.

2.2. REGISTRASI

Mencatat hasil yang diperoleh dari hasil pengukuran disebut

meregistrasi. Registrasi ini penting untuk memperoleh informasi yang

diperlukan. Kadang-kadang diperlukan registrasi kontinyu terhadap

suatu keadaan selam waktu tertentu, registrasi ini disebut registrasi

analog.

3

2.3. FALSE POSITIF DAN FALSE NEGATIF

Dari hasil pengukuran itu belum bisa menentukan apa-apa tanpa

membandingkan nilai yang ada. Suatu contoh, seorang dokter setelah

memperoleh sejarah kesakitan dari seorang penderita,memperoleh hasil

pemeriksaan fisik dan hasil pengukuran laboratorium, dapat menentukan

apakah penderita itu sakit atau tidak. Dalam hal penentuan itu bisa

terjadi false positif atau false negatif.

False positif merupakan suatu error (penyimpangan) yang terjadi di

mana penderita dinyatakan menderita suatu penyakit pada hal sama

sekali tidak. Sedangkan false negatif merupakan suatu error yang terjadi

dimana penderita dinyatakan tidak sakit pada hal penderita tersebut

menderita sesuatu penyakit.

False positif maupuan false negatif ini sangat berkaitan akan hasil test

laboratorium. Untuk menghindari atau mengurangi false positif atau

false negatif perlu memperhatikan :

a. Dalam pengambilan pengukuran

b. Pengulangan pengukuran

c. Penggunaan alat-alat yang dapat dipercayai

d. Kalibrasi sepatutnya terhadap alat-alat.

Skema dasar pengukuran.

Dari uraian diatas dapat dibuat suatu skema dasar pengukuran yaitu :

4

Proses pengukuran Ketelitian dan kebenaran

Data-data lain

False positif atau, False negatif

3. SATUAN

Dalam cabang ilmu fisika yang dikenal sebagai ilmu mekanika, kuantitas

dasar adalah panjang, massa dan waktu sedangkan satuan dasar adalah meter,

kilogram, dan detik. Seluruh kuantitas fisik yang terlibat di dalam mekanika

dapat dinyatakan dalam istilah satuandasa. Sebagai contoh gaya (Force)

dinyatakan sebagai kg m per detik.

Cabang ilmu fisika lainnya mempergunakan lebih dari 3 kuantitas dasar

dan satuan yaitu temperatur (Kelvin), arus listrik (Amper) dan intensitas

luminasi (Candela). Tahun 1954 dan 1960, seluruh kuantitas fisika dan satuan

telah dinyatakan dalam istilah satuan yang dikenal sebagai satuan

Internasional (SI) dan beberapa derivat/keturunan dari SI.

Untuk jelasnya lihat tabel di bawah ini.

Tabel Satuan Internasional

Kuantitas Satuan Singkatan

Meter

Kilogram

Detik

Ampere

Kelvin

Candela

m

Kg

sec.

A

K

cd

Tabel Turunan Satuan Internasional

Kuantitas Satuan Singkatan Dimensi

Newton

Pascal

Youle

Watt

Meter-Newton

Coloumb

N

Pa.N/m2

J.Nm

W.J/sec

r.mN

C

Kgm/sec2

Kg/m sec2

Kgm2/sec2

Kgm2/sec2

Kgm2/sec2

A sec

5

Tabel Turunan Satuan Internasional (Lanjutan)

Kuantitas Satuan Singkatan Dimensi

Volt

Ohm

Farad

Henry

Weber

Testa

Hertz

Becquerel

Gray

V,J/c

V/A

F,C/V, C2/J

H, J/A2,sec

Wb,J/A,Vsec

T,W/m2,Vsec/m2

Hz

Bq

Gy,J/Kg

Kgm2/sec3A

Kgm2/sec3A2

sec4A2/Kgm2

Kgm2/sec2A2

Kgm2/sec2A

Kg/sec2A

sec-1

sec-1

m2/sec2

Dalam bidang kedokteran sistem SI, maupun turunan sistem SI tidak semua

dipergunakankan masih banyak mempergunakan sistem non SI (lihat tabel

dibawah ini).

Tabel Non SI

Kuantitas Satuan Singkatan

Gram

Foot, centimeter

Liter

Menit

Dyne

Pound force

Kalori

Kilokalori

Kilokalori / menit

Pound/inch2

Milimeter merkuri

Sentimeter air

Atmosfir

FahrenheitCelsius

g

ft,Cm

-

min

-

Lbf

Cal

Kcal

Kcal/Min

Psi

mm hg

CmH2O

Atm

FC

6

Dibawah ini disajikan data standar manusia yang menggunakan sistem satuan

Internasional, turunan SI dan non SI

Umur 30 tahun

690 N (154 Lb)

172 cm

70 kg

1,85 m2

37,00C

34,00C

0,86 Kcal/Kg C

38 Kcal/m2 hr

260 ml/min

Tabel Sistem Satuan Internasional, Turunan SI dan Non-SI (Lanjutan)

Umur 30 tahun

208 ml/min

5,2 liter

5 liter / menit

120/80 mm Hg

70 beat / min

6 liter

4,8 liter

0,5 liter

0,15 liter

15/min

30.000 g (43 % dari massa badan)

10.000 g (14% dari massa badan)

7

4. HUKUM DASAR DALAM BIOMEKANIKA

Dalam biomekanika memakai hukum dasar yang dirumuskan oleh Isaac

Newton (1643-1727) untuk mempelajari gerakan mekanik pada manusia dan

hewan. Newton mula-mula mengembangkan hukum gerakan dan menjelaskan

gaya tarik gravitasi antara dua benda.

Lebih dari dua abad hukum gerakan Newton merupakan landasan bagi

ulmu mekanika. Namun pada abad ke XX tampaknya hukum Newton tidak

mampu menyatakan skala atom dan kecepatan cahaya (3 x 108mS-1).

Hukum Newton sangat memadai dan banyak penggunaanya di dalam

bidan astronomi, geologi, biomekanik dan tehnik. Ada 3 hukum dasar

mekanika yang dicetuskan oleh Newton yaitu :

1. Hukum Newton pertama

2. Hukum Newton kedua

3. Hukum Newton ketiga

4.1. HUKUM NEWTON PERTAMA

Hukum Newton ini disebut pula hukum inersia (=hukum

kelembaman). Ini berarti bahwa benda itu mempunyai sifat

mempertahankan keadaanya; apabila benda itu sedang bergerak maka

benda itu akan bergerak terus. Demikian pula benda itu sedang tidak

bergerak maka benda itu bersifat malas untuk mulai bergerak. Dapat

pula dikatakan bahwa semua obyek/benda akan bergerak apabila ada

gaya yang mengakibatkan pergerakan itu. Pandangan ini disimpulkan

sebagai hukum Newton yang berbunyi ”Setiap objek berlangsung dalam

keadaan istirahat, atau gerakan yang sama pada suatu garis lurus.

Kecuali benda itu dipaksa untuk berubah keadaan oleh gaya yang

bekerja padanya”.

Hukum Newton pertama ini dipakai untuk mengukur suatu pengamatan.

4.2. HUKUM NEWTON KEDUA

Apabila ada gaya yang bekerja pada suatu benda maka benda akan

mengalami suatu percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya.

8

Percepatan (a) dan gaya (F) adalah sebanding dalam besaran. Apabila

kedua besaran ini sebanding maka salah satu adalah sama dengan hasil

perkalian bilangan konstan. Maka hubungan gaya (F) adalah sebanding

dalam besaran. Apabila kedua besaran ini sebanding maka salah satu

adalah sama dengan hasil perkalian bilangan konstan. Maka hubungan

gaya (F) dan Percepatan (a) oleh Newton dirumuskan :

F = m.a

m = massa benda atau masaa inisial

m dinyatakan 1 kg massa

a = Percepatan 1 mS-2

F = 1 Kg mS-2 = 1 N

Massa benda berlainan dengan berat benda, massa benda adalah

kuantitas skalar sedangkan berat benda adalah gaya gravitasi yang

bekerja pada benda tersebut dan merupakan kuantitas vektor (Fg = gaya

gravitasi, Fg-m.g).

4.3. HUKUM NEWTON KETIGA

Bilamana suatu benda A memberi gaya F pada suatu benda B, pada

waktu bersamaan benda B memberi gaya R pada benda A ; gaya R sama

dengan gaya F tetapi mempunyai arah yang berlawanan (lihat gambar).

5. GAYA PADA TUBUH DAN DI DALAM TUBUH

Gaya merupakan suatu konsep umum yang dapat dirasakan secara institusi

bagi fisikawan atau seorang insinyur.

Ada gaya yang bekerja pada tubuh dan ada gaya berada di dalam tubuh

kita sendri. Gaya yang bekerja pada tubuh ini dapat diketahui apabila kita

menabrak suatu objek. Sedangkan gaya yang berada dalam tubuh, sering-

sering tidak kita ketahui, padahal gaya itu ada, misalnya gaya otot yang

menyebabkan mengalirnya darah dan paru-paru yang memperoleh udara.

Newton telah membuat hukum gravitasi secara universal yang merupakan

dasar asal mula gaya yang dikenal dengan gaya gravitasi.

9

Hukum ini merupakan gaya tarik antara 2 benda, misalnya berat badan, ini

merupakan gaya tarik bumi terhadap badan kita ; terjadinya varises pada vena

merupakan gaya tarik bumi terhadap aliran darah yang mengalir secara

berlawanan.

Selain gaya gravitasi ada pula gaya listrik yaitu gaya antara elektron dan

proton pada atom hidrogen. Ada pula 2 gaya lain yang fundamental /

mendasar yaitu gaya inti kuat yang dihasilkan oleh proton dan gaya inti lemah

yang dihasilkan elektron (beta) dari inti atom.

Apabila ditinjau dari segi statis dan dinamisnya tubuh manusia maka gaya

yang bekerja pada tubuh manusia ini dibagi dalam 2 tipe yaitu :

1. Gaya pada tubuh dalam keadaan statis

2. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis

5.1. GAYA PADA TUBUH DALAM KEADAAN STATIS

Tubuh dalam keadaan statis/stationer berarti objek/tubuh dalam keadaan

setimbang berarti pula jumlah gaya dalam segala arah sama dengan nol,

dan jumlah momen gaya terhadap sumbuh juga sama dengan nol dan

tulang dari tubuh manusia bekerja sebagai pengumpil.

Ada 3 macam sistem pengumpul yang bekerja dalam tubuh manusia

yaitu :

a. Klas pertama sistem pengumpil

Titik tumpuan terletak di antara gaya berat dan gaya otot

b. Klas kedua sistem pengumpil

Gaya berat diantara titik tumpuan dan gaya otot

c. Klas ketiga sistem pengumpil.

Gaya otot terletak di antara titik tumpuan dan gaya berat

MOMENTUM

Dalam kehidupan sehari-hari sering terjadi tabrakan, misalnya pemain

sepak bola, petinju, atau mobil. Gaya yang bekerja selama tabrakan

berlangsung sering kali sulit untuk ditentukan, walaupun penggunaan

langsung hukum Newton kedua. Apabila terjadi tabrakan antara dua objek,

10

maka penggunaan momentum sangat berhasil, oleh karena total momentum

dari kedua objek selalu tetap, walaupun momentum tiap objek akan berubah.

Momentum dari sebuah objek adalah hasil kali massa dan kecepatannya.

Perubahan momentum sesuatu objek berkaitan erat akan gaya objek itu

sendiri. Oleh sebab dalam mengukur perubahan momentum, harus dicari rata-

rata gaya yang bekerja pada objek.

Untuk mendapat gambaran yang jelas akan momentum akan disajikan

peristiwa tabrakan antara dua objek.

Momentum initial objek A adalah P1 = m1V1, dan objek B mempunyai

momentum intitial P2 = m2V2. Selama tabrakan kedua objek dalam keadaan

seimbang dan ada gaya berlawanan untuk tiap-tiap objek. Setelah terjadi

tabrakan momentum tiap-tiap objek adalah P1’=m1V1’ dan P2’ = m2V2’.

Kalau kita perhatikan hukum Newton ke II, dimana gaya sama dengan massa

kali percepatan yang dinyatakan dalam rumus :

F = m.a

= m. ( )

Maka :

F . t = m . (V’ – V)

F . t = mV’ – mV

F . t = impuls

= gaya kali waktu

Dengan demikian momentum adalah gaya kali waktu atau massa kali

percepatan. Satuan momentum menurut SI adalah kilogram meter perdetik

(Kg m S-1)

11

FLUIDA

1. PENDAHULUAN

Fluida atau zat alir meliputi zat cair dan gas. Zat cair meliputi air, darah,

asam H2SO4, air laut dan sebagainya. Zat gas meliputi udara, oksigen,

nitrogen, CO2 dan sebagainya.

Hukum-hukum yang berlaku pada air berlaku pula pada zat cair lainnya.

Walaupun zat cair dan gas tergolong dalam fluida namun terdapat perbedaan

antara kedua zat alir tersebut.

ZAT CAIR ZAT GAS

Molekul-molekul terikat

secara longgar namun tetap berdekatan

Tekanan yang terjadi oleh

karena ada gaya gravitasi bumi yang

bekerja terhadapnya.

Tekanan terjadi secara tegak

lurus pada bidang

Molekul

bergerak bebas dan saling

bertumbukan

Tekanan gas

bersumber pada perubahan

momentum yang

disebabkan tumbukan

molekul gas pada dinding

Tekanan terjadi

tidak tegak lurus pada

bidang

2. HIDRODINAMIKA

Penelitian mengenai zat cair yang mengalir disebut ”Hidrodinamika”;

penelitian ini sangat rumit, meliputi tekanan, kecepatan aliran, lapisan-lapisan

zat cair yang melakukan gesekan dan sebagainya

12

Untuk melakukan penelitian perlu suatu pendekatan. Bernoulli telah

berhasil menurunkan rumus dengan meletakkan persyaratan-persyaratan atau

pendekatan khusus yaitu :

1. Zat cair tanpa adanya geseran dalam (cairan tidak viskous)

2. Zat cair mengalir secara stasioner (tidak berubah) dalam hal kecepatan,

arah maupun besarnya (selalu konstan).

3. Zat cair mengalir secara steady yaitu mengalir melalui lintasan tertentu.

4. Zat cair tidak termampatkan (incompresible) melalui sebuah pembuluh

dan mengalir sejumlah cairan yang sama besarnya (continuitas)

Berdasarkan persyaratan di atas dan berdasarkan hukum kinetis diperoleh

rumus :

½ V2 + P + gh = konstan

= massa jenis zat cair

P = tekanan volume

V = volume

Dengan mempergunakan rumus ini dapat menghitung kecepatan aliran zat

cair; alat yang dipakai adalah ”Venturimeter”. Kecepatan gerak benda dalam

zat cair dapat pula ditentukan dengan mempergunakan ”Tabung pitot” dan

dapat pula menghitung gerakan udara.

2.1. ALIRAN ZAT CAIR MELALUI PEMBULUH

Apabila sebuah lempengan kaca diletakkan diatas permukaan zat

cair kemudian digerakkan dengan kecepatan V, maka molekul

dibawahnya akan mengikuti kecepatan yang besarnya sama dengan V.

Hal ini disebabkan oleh adhesi lapisan zat cair pada permukaan kaca

bagian dibawahnya. Lapisan zat cair dibawahnya lagi akan berusaha

mengerem kecepatan tersebut, demikian seterusnya sehingga pada

akhirnya zat cair yang paling bawah mempunyai kecepatan sama dengan

nol.

13

Makin ke tengah kecepatan mengalir makin besar; dengan adanya

gaya (F) yang bekerja pada penampang A (P= ) maka kecepatan aliran

berbentuk parabola.

Apabila volume zat cair yang mengalir melalui penampang tiap detiknya

disebut debit.

(V) = maka menurut Poiseuille

V =

V = jumlah zat cair yang mengalir perdetik (flow rate)

= viskousitas. Satuan pascal :

untuk air : 10-3 pas pada 200C

darah : 3 – 4 x 103 pas tergantung kepada

prosentase sel darah merah dalam darah

(hematokrit)

r = jari-jari pembuluh (meter)

L = panjang dalam meter

P1, P2 = tekanan

Hukum Poiseuille menyatakan bahwa cairan yang mengalir suatu pipa

akan berbanding langsung dengan penurunan tekanan sepanjang pipia

dan pangkat empat jari pipa.

Jadi rumus di atas dapat dinyatakan :

Flow rate = atau :

Volume =

Detik

Hukum Poiseuille sangat berguna untuk menjelaskan mengapa pada

penderita usia lanjut mengalami pingsan (akibat tekanan darah

meningkat); mengapa daerah akral/ujung suhunya dingin. Namun

14

demikian hukum Poiseuille ini hanya bisa berlaku apabila aliran zat cair

itu laminer dan harga Re (Reynold) = 2.000.

Apabila hukum Poiseuille ditulis dalam bentuk :

P1 – P2 = V

Maka tampak ada persamaan dengan hukum Ohm :

E = I . R

E = tegangan = P1 – P2

I = aliran = V

R = tahanan = = tahanan Poieseuille dalam satuan :

2.2. TAHANAN TERHADAP DEBIT ZAT CAIR

Dari perubahan diatas diperoleh rumus :

V =

Kalau dikaji lebih lanjut terhadap rumus diatas bahwa tahanan

tergantung akan :

a. Panjang pembuluh

b. Diameter pembuluh

c. Viskous / kekentalan zat cair

d. Tekanan

2.2.a. Efek Panjang Pembuluh Terhadap Debit

Makin panjang pembuluh, sedangkan diameter pembuluh

sama, zat cair yang mengalir lewat pembuluh tersebut akan

memperoleh tahanan semakin besar dan konsekwensi terhadap

besar tahanan tersebut, debit zat cair akan lebih besar pada

pembuluh yang lebih pendek.

2.2.b. Efek Diameter Pembuluh Terhadap Debit

Zat cair yang melewati pembuluh akan dihambat oleh

dinding pembuluh. Dengan alasan ini kecepatan aliran zat cair

makin cepat pada pembuluh dengan diameter semakin besar, dan

15

aliran tengah semakin tidak dipengaruhi oleh zat cair yang berada

di tepi dekat dinding pembuluh.

2.2.c. Efek Kekentalan Terhadap Debit

Dengan semakin kentalnya zat cair yang melewati

pembuluh, semakin besar gesekan terhadap dinding pembuluh

dan sebagai konsekwensinya, diperoleh tahanan semakin besar.

Kekentalan ini penting untuk mengetahui konsentrasi sel darah

merah. Pada darah normal, kekentalan sebesar 3,5 kali air.

Apabila konsentrasi darah 1 ½ dari darah normal, kekentalan

menjadi dua kali air dan apabila konsentrasi darah meningkat

mencapai 70 kali di atas normal maka kekentalan darah mencapai

20 kali air. Dengan alasan demikian, aliran darah pada penderita

anemia adalah cepat oleh karena konsentrasi sel darah merah

sangat rendah. Sebaliknya pada penderita polycythemia (kadar

sel darah merah meningkat) aliran darha sangat lamban.

2.2.d. Efek Tekanan Terhadap Debit

Apabila tekanan zat cair/darah pada salah satu ujung

pembuluh lebih tinggi dari ujung lainnya, maka zat cair/darah

akan mengalir dari tekanan yang tinggi ke tekanan yang rendah.

Dengan demikian aliran zat cair/darah berbanding langsung

terhadap perbedaan tekanan.

2.3. LAJU ENDAP DAN GAYA BOUYANSI/APUNG

Apabila dua buah kerikil dengan massa yang sama dimasukkan ke

dalam dua buah tabung yang masing-masing berisi air dan minyak, maka

akan terlihat kedua kerikil itu mencapai dasar tabung dalam waktu yang

berbeda. Hal ini disebabkan perbedaan massa jenis air dengan massa

jenis minyak. Gerak jatuh inipun dipengaruhi oleh gaya graviasi maka

diperoleh :

Gaya jatuh = G = π r3 g

= massa jenis benda

16

g = gravitasi

r = jari-jari

Benda yang jatuh dalam zat cair mendapat gaya ke atas (Bouyant force)

sebesar:

Gke atas = π r3 O g

O = massa jenis zat cair

Dari hasil penelitian Stokes (1845) sebuah objek dengan jari-jari r

mendapat gaya hambatan (retarding force) sebesar :Ghambat= 6 r v

v = kecepatan

r = jari-jari

= viskous dalam poise

Gaya hambatan (retarding force) sama dengan selisih gaya gravitasi

dengan gaya ke atas; dengan demikian :

6 r v = π r3 g - π r3 O g

v = g ( - O)

r = jari-jari sel darah merah

v = kecepatan endap/sedimentasi

= massa jenis sel darah

= massa jenis plasma

g = gravitasi

= viskousitas (koefisien gesekan dalam)

Penentuan kecepatan sedimentasi ini sangat penting oleh karena pada

beberapa penyakit :

17

a. Rheumatic

b. Rheumatic fever

c. Rheumatic heart disease

d. Gout

Sel darah merah cenderung berkumpul/ bergerombol bersama dan

jari-jari efektif meningkat sehingga pada waktu pengetesan kecepatan

sedimentasi akan tampak meningkat.

Pada penderita dengan hemolytic jaundice (pemecahan hemoglobin

berlebihan) dan sickle sel anemia, sel darah merah berubah menjadi

ceper/shape dan pecah sehingga radius sel darah merah berkurang, rate

dari sedimentasi sel darah akan menurun dari normal.

Menentukan kecepatan sedimentasi ini di klinik atau dirumah-rumah

sakit dikenal dengan nama BBS (=Bloed Bezinking Snelheid), BSR (=

Basal Sedimentasi Rate), laju endapan darah (LED) atau KPD (=

Kecepatan Pengendapan Darah).

Untuk menghitung/mengetahui BBS di rumah sakit/klinik biasa

dikerjakan dengan cara mengambil darah yang sudah dicampurkan

dengan Na-Citrat, kemudian dimasukkan ke dalam tabung Westergen.

Pipet dibiarkan tegak lurus selama 1 ½ jam berikutnya. Kecepatan

pengendapan erythrocit/eritrosit kemudian dilihat. Keadaan normal

untuk laki-laki 2 – 7 mm/½ jam dan wanita 3 – 10 mm/½ jam.

Secara artifisial untuk peningkatan/akselerasi gravitasi dikerjakan

dengan cara sentrifugir, dimana akan diperoleh :

Gefektif = 4 2 f2 r

f = rotasi rate

r = jari-jari tabung yang dipergunakan untuk rotasi.

Dengan cara sentrifugir selama 30 menit pada 3.000 rpm dengan jari-

jari (r) = 22 cm, diperoleh hematokrit : 40 – 60 (% sel darah merah di

dalam darah) kurang dari 40 menunjukkan anemia ; sedangkan nilainya

lebih besar dari 60 menunjukkan polycythemiavera.

18

Untuk suatu research (penelitian), biasanya dikerjakan suatu

ultrasentrifugir. Tujuan dari ultrasentrifugir adalah untuk menentukan

berat molekul dari molekul-molekul yang besar. Ultrasentrifugir

dilaksanakan dengan kecepatan 40.000 sampai dengan 100.000 rpm,

sehingga diperoleh Gefektif sebesar 300.000 g.

2.4. ALIRAN LAMINER DAN TURBULENSI

Aliran air sungai kadang-kadang terlihat secara perlahan-lahan

tenang, tetapi kadang-kadang terjadi pula aliran secara cepat bahkan

terjadi turbulensi/gerak putaran.demikian pula aliran darah, biasanya

mengalir secara laminer/stream line, tetapi pada beberapa tempat terjadi

trubulensi, misalnya pada valvula jantung (katup jantung).

Apabila aliran darah hanya secara laminer saja, tidak mungkin bisa

memperoleh informasi tentang keadaan jantung dengan mempergunakan

Stetoskop yang diletakkan pada arteri brachialis. Tetapi dengan bantuan

sphygmomanometer (alat pengukur tekanan darah) dimana kita

menggunakan pressure cuff, sehingga aliran darah akan dibuat turbulensi

dan menghasilkan fibrasi sehingga bunyi jantung dapat didengar dengan

menggunakan stetoskop. Secara teoritis, aliran laminer bisa diubah

menjadi aliran turbulensi apabila tabung/pembuluh secara berangsur-

angsur diciutkan jari-jarinya dan kecepatan aliran secara bertahap

ditingkatkan sehingga mencapai kecepatan yang kritis (Vc).

Osborne Reynolds (1883) telah menentukan kecepatan kritis (vc)

berbanding langsung dengan kekentalan (viskous = ) dan berbanding

terbalik terhadap massa jenis () dan jari-jari (r) tabung :

Vc ( = berbanding )

Catatan : darah selalu tetap agar terpenuhi hukum Bernoulli

Vc dan R

Maka :

Vc = K

19

Dimana :

Vc = kecepatan kritis

K = konstanta Reynolds

1.000 atau 2.000 (untuk air atau darah)

= viskous (pas)

= massa jenis

Jika pembuluh darah tertutup atau terikat, nilai Reynolds menjadi sangat

kecil.

Contoh :

Jari-jari aorta orang dewasa 1 cm ;

= 4 x 10-3 pas. Darah = 103 Kg/m3, K = 1.000

Kecepatan kritis Vc :

Vc = K

= 1.000

= 0,4 m/sec

Dari hasil eksperimen diperoleh kecepatan darah di dalam aorta berkisar

0 – 0,5 m/sec; dan turbulensi terjadi pada saat systolik.

Kalau ditinjau dari segi debit dan tekanan maka diperoleh bahwa aliran

laminasi lebih efisien dari pada aliran turbulensi.

3. BUNYI JANTUNG

Melalui pendengaran yang baik banyak informasi dapat diperoleh dari

suara jantung. Suara jantung dapat didengar melalui stetoskop oleh karena ada

vibrasi pada jantung dan pembuluh darah besar. Biasanya buka tutupnya

valvula/katub jantung akan terdengar suara, demikian pula dapat didengar

aliran turbulensi pada saat-saat tertentu.

4. TEKANAN DARAH

20

Dalam mempelajari sirkulasi/aliran darah, kita bertolak dari hukum

Poiseuille dan Bernoulli. Dalam hukum itu tertera hubungan antara tekanan,

kekuatan aliran dan tahanan (tahanan Poiseuille) yang berlaku dalam susunan

pembuluh darah. Darah mengalir ke arah turunnya tekanan yang berlaku

sepanjang pembuluh darah tersebut.

Tekanan darah vena yang rendah dan tekanan darah pada sistem paru-paru

yang relatif rendah. Jumlah darah pada orang dewasa 4,5 liter. Setiap

kontraksi jantung akan terpompa 80 ml darah dan setiap satu menit, sel darah

merah telah beredar komplit satu siklus dalam tubuh. Pada setiap 80% darah

berada dalam sirkulasi sistemik 20% dalam sistem sirkulasi paru-paru.

Darah dalam sirkulasi sistemik ini 20% berada di arteri, 10% dalam

kapiler dan 70% di dalam vena.

Pada sirkulasi paru-paru 7% berada di dalam kapiler paru-paru sedangkan

93% berada antara arteri paru-paru dan pembuluh vena paru-paru

Untuk mengetahui/mengukur tekanan darah, Rev Stephen Hales (1733

Great Britain) mula-mula menggunakan pipa gelas yang panjangnya 9 ft

dihubungkan langsung ke pembuluh arteri kuda dengan pengantara trackea

angsa.

Para ahli bedah sering pula mengukur pembuluh darah dengan memasang

kateter secara langsung pada pembuluh darah, yang sebelumnya salah satu

ujung kateter dihubungkan dengan transduser tekanan. Pengukuran secara

Stephen maupun para ahli bedah ini sangat tidak praktis sehingga akhirnya

diciptanya Sfigmomanometer yang terdiri dari manometer air raksa, pressure

cuff dan stetoskop.

Pressur cuff dipasang pada lengan kemudian dipompa perlahan-lahan

dengan tujuan aliran darah dapat distop, tampak air raksa dalam tabung naik

pada skala tertentu, kemudian pressure cuff dilepas secara perlahan-lahan.

Stetoskop diletakkan pada lengan daerah volar tepat di atas arteri

brakhialis, melalui stetoskop akan terdengar suara vibrasi turbulensi darah

yang disebut bunyi Korotkoff (suara K). K ini adalah tekanan sistolik.

21

Tekanan diturunkan terus sehingga pada suatu saat bunyi K ini adalah

kedengarannya, saat ini menunjukkan tekanan diastolik.

4.1. TEKANAN DARAH SISTEMIK

Tekanan darah rata-rata bukannya tekanan sistolik ditambah tekanan

diastolik kemudian dibagi dua, melainkan diperoleh secara matematis.

4.2. TEKANAN ARTERI PARU-PARU

4.3. TEKANAN RATA-RATA

Nilai tekanan rata-rata yang diperoleh dari tekanan rata-rata sistolik dan

tekanan rata-rata diastolik secara matematis tidak sama dengan tekanan

rata-rata dalam satu siklus waktu jantung.

Secara matematik bisa diperoleh tekanan rata-rata:

Prata-rata = t P (t) dt

0

Arti tekanan rata-rata ini penting oleh karena sangat menentukan bagi

banyaknya darah yang mengalir melalui setiap satuan waktu .

V ( ) =

P (t) = tekanan (yang berubah) dalam aorta

Pv = tekanan pada susunan vena

V = debit

V =

V = rata-rata

5. ALAT UNTUK MENGUKUR TEKANAN ZAT CAIR

Alat-alat yang dipergunakan dalam pengukuran tekanan zat cair :

1. Tonometer

2. Sistometer

5.1. TONOMETER

22

Alat ini dipakai untuk mengukur tekanan intraokuler apakah sipenderita

menderita glaukoma atau tidak. Satuan tonometer adalah Hg atau Torr.

Harga normal tekanan intraokuler 12 – 23 mm Hg.

5.2. SISTOMETER

Alat yang dipakai untuk mengukur tekanan kandung kencing disebut

sistometer; alat sistometer terdiri dari pipa kapiler yang mengandung

skala dalam cm H2O. Pipa kapiler ini dihubungkan dengan jarum melalui

pipa karet.

Tehnik ini memberi informasi mengenai tekanan kandung kencing dan

keadaan sfingter uretra, sedang pengukuran tekanan kandung kencing

dapat dilakukan secara langsung yaitu kateter dimasukkan ke dalam

uretra melalui lubang uretra.

Pada orang dewasa kandung kencing terisi penuh pada 500 ml. Pada saat

ini tekanan mencapai 30 cm H2O dan terjadi pengeluaran kencing secara

refleks. Akibat kotraksi otot, tekanan kandung kencing akan meningkat

mencapai 150 cm H2O. Pada penderita prostat hipertrofi (pembesaran

prostat) akan terjadi obstruksi, sehingga tekanan kandung kencing

mencapai 100 cm H2O baru terjadi pengeluaran kencing.

6. GAS

Gas merupakan bagian dari zat alir; yang akan dibahas disini adalah udara,

oleh karena udara sangat diperlukan dalam kehidupan makhluk.

6.1. KOMPONEN UDARA

Udara terdiri dari gas N2, O2, H2O; udara yang dihirup/pada waktu

inspirasi kira-kira 80% N2, 19% O2 dan 0,04% CO2 (kadar CO2 ini bisa

diabaikan), sedangkan pada waktu ekspirasi/udara yang dikeluarkan

lewat pernafasan 80% N2, 16% O2 dan 4% CO2. Setiap hari udara yang

dihirup sebanyak 10 Kg (22 lb), sedangkan absorpsi O2 lewat paru-paru

sebanyak 400 liter (# 0,5 Kg) dan sedikit CO2. Telah kita ketahui pula

22,4 liter udara terkandung 6 x 102 3 molekul (bilangan Avogadro),

23

sedangkan setiap pernafasan ada sejumlah 102 2 molekul udara yang

masuk ke dalam paru-paru.

7. MEKANIK PARU-PARU

Paru-paru diliputi selaput yang disebut pleura viseralis yang tumbuh

menjadi satu dengan jaringan paru-paru. Di luar pleura viseralis terdapat

selaput pleura parietalis. Ruang antara pleura visceralis dan parietalis disebut

ruang intraplueral. Ruang ini berisi lapisan cairan yang tipis.

Apabila ruang dada berkembang (pada waktu tarik nafas) ikut berkembang

pula pleura parietalis dan pleura viseralis. Pada penyakit paru-paru yang

menyebabkan kekakuan paru-paru, pleura viseralis tidak ikut berkembang

sehingga akan mengakibatkan penurunan yang tajam tekanan intrapleura. Hal

ini dapat disamakan dengan suatu pengisap dimana lapisan itu terikat dengan

pir yang kaku, sedangkan yang lain bergerak bebas.

Apabila piston ditarik, ruang antara pleura viseralis dan pleura parietalis

akan bertambah besar, dengan demikian volume antara kedua pleura akan

meningkat, sedangkan tekanan dalam ruangan tersebut akan mengalami

penurunan secara drastis. Kalau digambar P – V diagaram akan terlihat jenis

hubungan volume dan tekanan.

Kalau pernya lemah maka ketika piston ditarik, plat A akan tertarik juga,

sehingga tampak penambahan volume (V) hanya sedikit saja dan terjadi

penurunan tekanan sangat kecil sekali ini merupakan keikutsertaan paru-

paru yang disebut kompliansi.

Pada penyakit paru-paru misalnya fibrosis paru-paru (pembentukan

jaringan pada paru-paru) maka kompliansi akan tampak mengecil. Jadi

kompliansi merupakan suatu perubahan yang kecil dari tekanan.

Nilai kompliansi ini tergantung dan penyakit paru-paru; pada usia lanjut

kompliansi rendah. Penderita usia muda nilai kompliansi sangat berarti. Oelh

karena itu nilai kompliansi itu dibagi dengan volume paru-paru yaitu K

(kapasitas) residu (R) dan F (fungsional), yaitu volume paru-paru yang

24

mengeluarkan nafas secara normal. Di klinik nilai kompliansi dinyatakan

dalam liter per cm H2O.

Pada orang dewasa kompliansi mempunyai nilai antara 0,18–0,27 liter/cm

H2O. Secara umum pada laki-laki umur di atas 60 tahun, 25% lebih tinggi bila

dibandingkan dengan anak muda dan hanya sedikit sekali ada perubahan pad

awanita serta berkaitan dengan umur.

Pada penyakit paru-paru yang mempunyai kompliansi yang rendah dimana

terlihat sedikit sekali perubahan volume untuk perubahan tekanan yang besar,

misalnya fibrosis paru-paru. Penyakit paru-paru dengan kompliansi yang

tinggi yaitu perubahan volume yang besar untuk terjadi suatu perubahan

tekanan yang kecil, misalnya :

a. Respiratory distress syndrom (RDS)

b. Emfisema pulmonum.

8. HUKUM-HUKUM YANG BERLAKU DALAM PERNAFASAN

1. Hukum Dalton, mengenai tekanan partial

2. Hukum Boyle, PV = konstan

3. Hukum Laplace

8.1. HUKUM DALTON

Hukum ini menyatakan bahwa suatu campuran dari beberapa gas, tiap-

tiap membentuk kontribusi tekanan total seakan-akan gas itu berada

sendiri. Misalnya dalam suatu ruangan terdapat udara dengan tekanan 1

atmosfir (760 mm Hg). Jika kita O2 mempunyai tekanan 20 x 760 mm Hg

= 150 mm Hg. Demikian pula N2 = 610 mm Hg (80% dari 760 mm Hg).

Tetapi tekanan partial uap air tergantung pada kelembaban. Suatu contoh

udara ruangan mempunyai tekanan parsial 15 – 20 mm Hg. Sedangkan di

dalam paru-paru mempunyai tekanan 47 mm Hg pada temperatur 370C

dengan 100% kelembaban. Dengan mempergunakan tekanan parsial dari

hukum Dalton bisa dibuat daftar dibawah ini :

Tabel % dan tekanan parsial O2 dan CO2 pada insipirasi, alveolus dan

ekspirasi di mana tekanan parsial paru-paru pH2O = 47 mm Hg\

25

Pada waktu ekspirasi terakhir di dalam paru-paru selalu terdapat 30%

volume udara ini, disebut ”Fungsional Residual Capasity”.

8.2. HUKUM BOYLE

Membahas gas ideal, dimana gas bermassa m pada temperatur konstan

dapat disimpulkan bahwa hubungan P – V = konstan. Apabila terjadi

peningkatan volume akan diikuti dengan penurunan tekanan, demikian

sebaliknya.

Pada saat inspirasi (menarik nafas) volume paru-paru meningkat,

sedangkan tekanan intrapleura mengalami penurunan.

Pada saat inspirasi, jumlah volume udara dalam paru-paru meningkat;

pada waktu ekspirasi jumlah volume udara paru-paru akan menurun.

Volume paru-paru bertambah pada waktu tarik nafas sedangkan pada

waktu ekspirasi voume udara paru-paru akan menurun. Pada waktu

inspirasi/menarik nafas akan terlihat flow rate meningkat sedangkan

tekanan intrapleura menurun. Sedangkan pada waktu ekspirasi, terjadi

peningkatan tekanan sedangkan flow rate menurun.

8.3. HUKUM LAPLACE

Laplace mengatakan bahwa tekanan pada gelembung alveoli berbanding

terbali terhadap radius dan berbanding lurus terhadap tegangan

permukaan .

P =

P = tekanan. R = jari-jari (cm)

= tegangan permukaan (dyne/cm)

Katub dalam keadaan tubuhnya, tekanan terbesar terdapat pula pada

gelembung yang kecil. Ketiak katub dibuka udara yang berada dalam

gelembung yang kecil (P2) akan masuk ke dalam gelembung P1 sehingga

gelembung yang besar akan tampak membesar dan menjadi keadaan

(P3), sedangkan gelembung kecil akan tampak sferis dengan radius yang

sama yaitu dari bentuk P2 menjadi (P4).

26

Walaupun alveoli tidak sama persis dengan gelembung sabun (P2) yang

mengalami kollaps, tetapi apabila terjadi demikian maka disebut

Atelectasis. Hal-hal yang menyebabkan terjadinya kollaps alveolus

disebabkan adanya surface active agent (surfactant), oleh karena itu

surface ative agent ini memegang peranan penting dalam fungsi paru-

paru. Tegangan permukaan alveoli menurun dengan adanya surface

active agent.

Apabila bayi yang baru lahir tanpa surface active agent di dalam paru-

paru (sebab yang belum diketahui) akan timbul suatu keadaan yang

disebut ”Respiratory Distres Syndrome”.

9. PENGARUH KETINGGIAN TERHADAP TEKANAN BAROMETRIK

Banyak prinsip fisika yang dipakai dalam pernafasan terutama bagi

penerbangan dan penyelaman. Pada atmosfir yang tinggi, dengan temperatur

200 sampai 500C atau dibawah 00C dan pada kedalaman di bawah permukaan

air laut, tekanan yang terjadi di luar tubuh kadang-kadang dapat menyebabkan

penderita masuk dalam keadaan kollaps. Untuk menghindari bahaya-bahaya

yang timbul perlu diketahui tekanan barometrik terhadap tekanan O2 dan

saturasi tekanan oksigen dalam arteri.

9.1. EFEK TEKANAN BAROMETRIK TERHADAP

OKSIGEN

Pada suatu ketinggian di atas permukaan air laut maka tekanan

berometrik akan menurun. Penurunan tekanan barometrik diikuti dengan

penurunan tekanan O2 dalam udara. Untuk jelasnya lihat tabel yang

disajikan di bawah ini.

Tabel : Efek penurunan tekanan atmosfir terhadap tekanan parsial oksigen

dalam udara dan dalam udara pernafasan.

Ketinggian(feet)

Tekanan barometrik (mm

Hg)

PO2

dalam udara

Udara Pernafasan

PO2 dalam Alveoli

(mm Hg)

Satuan oksigen

dalam darah arteri (%)

27

0(Pada permukaan air laut)10.00020.00030.00040.00050.000

760-

52334922614187

150

11073472918

104

67402181

97

90702051

9.2. EFEK TEKANAN BAROMETRIK TERHADAP UDARA.

Sama halnya tekanan barometrik terhadap oksigen, yaitu dengan

menurunnya tekanan barometrik akan tampak penurunan tekanan partial

N2 – CO2.

Tabel di bawah ini dapat dilihat dengan jelas pengaruh tekanan

barometrik terhadap tekanan partial tersebut.

Ketinggian

(feet)

Tekanan

Barometrik (mm

Hg)

Tekanan partial gas pada

Alveoli (mm Hg)

Permukaan air laut 760 PN2 = 569

PO2 = 104

PCO2 = 40

PH2O = 47

20.000 349 PN2 = 238

PO2 = 40

PCO2 = 24

PH2O = 47

Ketinggian

(feet)

Tekanan

Barometrik (mm

Hg)

Tekanan partial gas pada

Alveoli (mm Hg)

50.000 87 PN2 = 15

PO2 = 1

PCO2 = 24

PH2O = 47

28

9.3. EFEK TEKANAN BAROMETRIK TERHADAP

KESEHATAN

Efek yang ditimbulkan oleh perubahan barometrik akan lebih luas

dibahas dalam mata kuliah faal. Disini hanya disinggung sepintas kilas.

Pada suatu ketinggian, tekanan barometrik akan rendah dan diikuti

penurunan tekanan partial O2. Pada ketinggian 23.000 feet hanya

sebagian hemoglobin saturasi/jenuh dengan oksigen, menyebabkan

transport oksigen ke jaringan mencapai 50% dengan akibat jaringan

mengalami anoksia / kekurangan O2.

Pada ketinggian 20.000 feet, penderita belum masuk koma (tidak

sadarkan diri) tetapi setelah 10 menit berlangsung atau lebih penderita

akan mengalami kollaps seperti lemah mental hariness.

Pada 20.000 sampai 24.000 feet ketinggian penderita akan masuk ke

dalam keadaan kritis. Pada ketinggian diatas 30.000 feet dalam tempo

satu menit seseorang normal akan jatuh dalam koma.

10. ALAT UKUR VOLUME PARU-PARU

Alat pengukur paru-paru antara lain :

1. Spirometer

2. Peak flow rate

10.1. SPIROMETER

Alat ini dipakai untuk mengukur aliran udara yang masuk dan ke luar

dan dicatat dalam grafik volume per waktu.

Pada waktu istirahat menunjukkan volume udara paru-paru 500 mL.

Keadaan ini disebut tidal volume. Pada permulaan dan akhir pernafasan

terdapat keadaan reserve; akhir dari suatu inspirasi dengan suatu usaha

agar mengisi paru-paru dengan udara, udara tambahan ini disebut

inspiratory reserve volume, jumlahnya sebanyak 3.000 ml. Demikian

pula akhir dari suatu ekspirasi, usaha dengan tenaga untuk mengeluarkan

udara dari paru-paru, udara ini disebut expiratory reserve volume yang

29

jumlahnya kira-kira 1.100 ml. Udara yang tertinggal setelah ekspirasi

secara normal disebut fungtional residual capacity (FRC). Seorang yang

bernafas dalam keadaan baik inspirasi maupun ekspirasi, kedua keadaan

yang ekstrim ini disebut Vital Capacity.

Dalam keadaan normal vital capacity sebanyak 4.500 ml. Dalam

keadaan apapun paru-paru tetap mengandung udara, maka udara ini

disebut residual volume (kira-kira 1.000 ml) untuk orang dewasa.

Untuk membuktikan adanya residual volume, penderita (subjek) disuruh

bernafas dengan mencampuri udara dengan helium, kemudian dilakukan

pengukuran fraksi helium pada waktu ekspirasi. Di klinik biasanya

mempergunakan spirometer. Penderita disuruh bernafas dalam satu

menit yang disebut respiratory minute volume. Maksimum volume udara

yang dapat dihirup selama 15 menit disebut Maximum Voluntary

Ventilation. Maksimum ekspirasi setelah maksimum inspirasi sangat

bergunauntuk mengetest penderita emphysema dan penyakit obstruksi

jalan pernafasan. Penderita normal dapat mengeluarkan udara kira-kira

70% dari vital capacity dalam 0,5 detik; 85% dalam satu detik; 94 %

dalam 2 detik; 97% dalam 3 detik. Normal peak flow rate 350 – 500

liter/menit.

10.2. PEAK FLOW RATE

Penderita disuruh meniup dengan sekuat-kuatnya. Udara akan

mendorong piston A dan kemudian dapat membaca skala yang ditunjuk

oleh piston tersebut. Alat peak flow meter ini dipergunakan untuk

mengetahui udara ekspirasi maksimum (liter/menit). Hasil studi Ian

Gregg A.J. Nunn (Brithish Medical Journal 1973, 3282) menunjukkan

flow rate sangat tergantung akan usia dan jenis kelamin. Usia berkisar 25

– 45 tahun menunjukkan flow rate yang tinggi sedangkan kurang dari 25

tahun dan lebih dari 50 tahun menunjukkan flow rate yang rendah.

Demikian pula antara laki-laki dan wanita sangat berbeda. Wanita

berkisar 380 – 480 liter/menit sedangkan laki-laki 520 – 650 liter/menit.

30

BIOAKUSTIK

1. BUNYI

1.1. PENDAHULUAN

Suatu perubahan mekanik terhadap zat gas, zat cair atau zat pada

sering menimbulkan gelombang bunyi. Gelombang bunyi ini merupakan

vibrasi/ getaran dari molekul-molekul zat dan saling beradu satu sama

lain namun demikian zat tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang

serta mentransmisikan energi bahkan tidak pernah terjadi pemindahan

partikel.

Berbicara, tergantung pada substansi yang menjala apabila suara

mencapai tapal batas maka suara tersebut akan terbagi dua yaitu

sebagian energi ditransmisikan/diteruskan dengan sebagian direfleksikan

(dipantulkan).

Suatu penelitian mengenai terjadinya penjalaran bunyi, mendeteksi

dan penggunaan bunyi sangat penting untuk mengetahui lebih lanjut

akan pengalihan energi mekanik.

Binatang mempergunakan suara untuk memperoleh perubahan

informasi dan untuk mendeteksi lokasi dari suatu objek. Misalnya ikan

lumba-lumba, kelelawar, mempergunakan suara untuk mengemudi dan

menentukan lokasi makanan, apabila cahaya tidak cukup untuk

pengamatan. Manusia berusaha menggunakan suara sebagai pengganti

cahaya bahkan sinar X. Gema dipergunakan pengemudi kedalaman air

31

dan pengamatan sedangkan ultrasonik atau frekwensi tinggi bunyi

dipergunakan untuk diagnosis dan pengobatan. Bunyi yang berfrekwensi

rendah dipergunakan dalam penelitian geofisik.

1.2. GELOMBANG BUNYI DAN KECEPATAN

Gelombang bunyi timbul akibat terjadi perubahan mekanik pada

gas, zat cair atau gas yang merambat ke depan dengan kecepatan

tertentu. Gelombang bunyi ini menjalar secara transversal atau

longitudinal, lain dengan cahaya hanya menjalar secara transversal saja.

Pada suatu percobaan, apabila terjadi vibrasi dari suatu bunyi maka

akan terjadi suatu peningkatan tekanan dan penurunan tekanan pada

tekanan atmosfir, peningkatan tekanan ini disebut kompresi sedangkan

penurunan tekanan disebut rarefaksi (peregangan).

Bunyi mempunyai hubungan antara frekwensi vibrasi (f) bunyi,

panjang gelombang (λ) dan kecepatan V, secara matematis hubungan itu

dapat dinyatakan dalam rumus :

Pada penelitian lebih lanjut diperoleh bahwa bunyi yang melewati

berbagai zat mempunyai kecepatan tersendiri seperti terlihat pada daftar

dibawah ini.

Tempe

ratur

200C

Material Masa jenis

()

Kg/M3

Kecepatan

V

(cm/detik)

Z ( = v)

Kg/m2 sec.

Udara

CO2 (00C)

H2 (00C)

Alkohol

Benzine

Air

Alumunium

Tembaga

Glas

Besi

1,29

1,98

8,99 x 10-2

794

810

1.000

2.700

8.200

2.500

7.900

331

258

1.270

1.210

1.166

1.480

5.100

3.560

5.600

5.130

430

32

Darah (370C)

Otak

Otot

Lemak

Tulang

1.056

1.020

1.040

920

1.900

1.570

1.530

1.580

1.450

4.040

1,56 x106

1,64 x106

1,33 x106

7,68 x106

1.3. SUMBER BUNYI

Banyak sekali fenomena menghasilkan bunyi. Misalnya

pembakaran minyak dalam suatu mesin, selalu menghasilkan bunyi.

Bunyi yang dihasilkan instrumen musik, gerakan dahan, pohon atau

daun juga menghasilkan bunyi. Ruang mulut dan ruang hidung manusia

merupakan struktur resonansi untuk menghasilkan vibrasi melalui pita

suara ; demikian pula garputala yang digetarkan akan menghasilkan

contoh di atas dapat disimpulkan bunyi itu bisa berasal dari alam, dan

bisa berasal dari perbuatan manusia.

1.4. MENDETEKSI BUNYI

Untuk mendeteksi bunyi perlu mengkonversikan gelombang bunyi

bentuk vibrasi sehingga dapat dianalisa frekwensi dan intensitasnya.

Untuk perubahan ini diperlukan alat mikrofon dan telinga manusia. Alat

mikrofon merupakan transduser yang memberi respon terhadap tekanan

bunyi (sound pressure) dan menghasilkan isyarat/signal listrik. Mikrofon

yang banyak digunakan adalah mikrofon kondensor. Pemilihan mikrofon

ini sangat penting oleh karena berguna untuk mendeteksi kebisingan

lingkungan perusahaan (merupakan medan difus segala arah atau medan

bebas) disamping itu perlu diperhatikan faktor kecepatan angin, cuaca,

oleh karena sangat mempengaruhi pada mikrofon.

1.5. PEMBAGIAN FREKWENSI BUNYI

33

Berdasarkan frekwensi maka bunyi dibedakan dalam 3 daerah frekwensi

yaitu :

a. 0 – 16 Hz (20 Hz) : Daerah infrasonik, yang termasuk disini

adalah getaran tanah, gempa bumi

b. 16 –20.000 Hz : Daerah sonik, yaitu daerah yagn termasuk

frekwensi yang dapat didengar.

(audiofrekwensi)

c. Diatas 20.000 Hz : Daerah ultrasonik

ARTI DARI PEMBAGIAN FREKWENSI BUNYI

Pembagian frekwensi bunyi mempunyai arti dalam hal pengobatan,

diagnosis, nyeri yang ditimbulkan dan sebagainya. Untuk mengetahui

lebih jelas akan diutarakan sebagai berikut :

a. Frekuensi bunyi antara 0 – 16 Hz (infrasound)

Frekuensi 0 – 16 Hz ini biasanya ditimbulkan oleh getaran tanah,

getaran bangunan maupun truk mobil. Vibrasi yang ditimbulkan oleh

truk mobil biasanya mempunya frekuensi sekitar 1 – 16 Hz.

Frekuensi lebih kecil dari 16 Hz akan mengakibatkan perasaan yang

kurang nyaman (discomfort), kelesuan (fatique) kadang-kadang

menimbulkan perubahan pada penglihatan.

Apabila vibrasi bunyi dengan frekwensi infra yang mengenai tubuh

akan menyebabkan resonansi dan akan terasa sakit pada beberapa

bagian tubuh.

b. Frekuensi antara 16 – 20.000 Hz (frekuensi pendengaran)

Dari hasil percobaan diperoleh kepekaan telinga terhadap frekuensi

bunyi antara 16 – 4.000 Hz.

Nilai ambang rata-rata secara internasional terletak di daerah 1.000

Hz.

Arti dari nilai ambang yaitu frekuensi yang berkaitan dengan

nineau bunyi (dB) yang dapat didengar, misalnya pada frekuensi 30

Hz nineau bunyi harus 60 dB (yaitu 106 x 10-2 W/m2); untuk

34

mendengar bunyi tersebut (60dB) berarti telinga seseorang harus

106x lebih kuat pada nada 1.000 Hz baru dapat mendengar bunyi

tersebut dan berarti pula tekanan bunyinya harus 103 x lebih besar.

Pada usia lanjut misalnya 60 tahun, nilai ambang pendengaran bagi

4.000 Hz terletak ± 40 dB lebih tinggi dari pada usia muda (20

tahun). Gejala naiknya nilai ambang karena usia tua tersebut

dinamakan prebikusis (kurang pendengaran oleh karena umur

semakin tua).

c. Frekuensi diatas 20.000 Hz

Frekuensi di atas 20.000 Hz disebut ultrasonik/bunyi ultra. Frekuensi

ini dalam bidang kedokteran dipergunakan dalam 3 hal yaitu

pengobatan, destruktif/penghancuran dan diagnosis

Hal ini dapat terjadi oleh karena frekuensi yang tinggi mempunyai

daya tembus jaringan cukup besar.

1.6. INTENSITAS BUNYI

Untuk menghitung intensitas bunyi perlu mengetahui energi yagn

dibawa oleh gelombang bunyi. Energi gelombang bunyi ada 2 : energi

potensial dan energi kinetik. Intensitas gelombang bunyi (I) yaitu energi

yang melewati medium 1 m2/detik atau watt/m2. Apabila dinyatakan

dalam rumus maka :

I = ½ v A2 (2 π f)2 = ½ Z (A)2

= massa jenis medium (Kg/m3)

v = kecepatan bunyi (m/detik)

v = Z = impedansi Akustik

A = maksimum amplitudo atom-atom/molekul

f = frekuensi

W = 2 π f = frekuensi sudut Po2

Intensitas (I) dapat pula dinyatakan sebagai berikut :

I =

35

Po = perubahan tekanan maksimum (N/m2)

1.7. SKALA DESIBEL (NINEAU BUNYI)

Alexander Graham Bell (1847 – 1922) guru besar fisiologi di

Boston, adalah penemu telpon tahun 1876, melakukan penelitian

terhadap suara dan pendengaran, beliau mengatakan satu bell (nineau

suara) = 1 0 log IIo. Apabila diperoleh intensitas bunyi adalah 10 kali

intensitas yang lainnya maka IIo = 10.

Intensitas yang lainnya maka = 10

Oleh karena itu bell merupakan unit yang besar sehingga dipakai

desibel (dB). Hubungan bell dengan desibel dinyatakan 1 bell = 10 dB.

Telah diketahui bahwa intensitas (I) berbanding langsung depan P2 maka

perbandingan antara tekanan dari dua bunyi dapat dinyatakan sebagai

berikut :

101 0 Log = 201 0 Log

Rumus ini menunjukkan nilai desibel (dB) yang dipergunakan

membandingkan dua tekanan bunyi dalam medium yang sama.

Contoh :

Dua bunyi dengan perbandingan tekanan ( ) adalah 2 maka :

201 0 Log = 201 0 Log 2 = 20 (0,301) 6 dB

Untuk test pendengaran biasanya memakai bahan pembanding intensitas

bunyi atau tekanan bunyi dasar yaitu Io dan Po

Io = 10-6 W/cm2 (10-1 2 W/m2)

Po = 2 x 10-4 dyne/cm2

Daftar intensitas dan dB pada berbagai bunyi

Bunyi Intesitas W/m2 dB

Suara bisik

Kantor sibuk

10-10

10-7

20

50

36

Bicara jarak 1 meter

Kesibukan lalu lintas

Mobil

Suara yang menghasilkan nyeri

Pesawat jet

Roket tinggal landas

10-6

10-5

10-3

10-0

10-1

10-5

60

70

90

120

130

170

1.8. KEKERASAN BUNYI/NYARING BUNYI

Kekerasan bunyi/nyaring bunyi merupakan bagian dari ukuran

bunyi yang merupakan perbandingan kasar dari logaritma intensitas

efektifnya jarak penekanan bunyi yang mengakibatkan respon

pendengaran.

Kenyaringan bunyi tidak berkaitan dengan frekuensi; kenyataan 30 Hz

mempunya kekerasan sama dengan 4.000 Hz bahkan mempunyai

perbedaan intensitas dengan faktor 1.000.000 atau 60 dB.

1.9. SIFAT GELOMBANG BUNYI

Gelombang bunyi mempunyai sifat memantul, diteruskan dan

diserap oleh benda. Apabila gelombang suara mengenai tubuh manusia

(dinding) maka bagian dari gelombang akan dipantulkan dan bagian lain

akan diteruskan/ditransmisi ke dalam tubuh.

Mula-mula gelombang bunyi dengan amplitudo tertentu mengenai

dinding, gelombang bunyi tersebut dipantulkan (R). Pantulan tersebut

tergantung akan impedansi akustik. Pernyataan itu ditulis sebagai berikut

:

Z1,2 = impedansi akustik (V) dari kedua media

Telah dikatakan bahwa gelombang bunyi sebagian akan diteruskan

(T);besarnya T dapat dihitung dengan mempergunakan rumus :

37

Pada hukum geometri diketahui bahwa cahaya bisa refleksi (pantul) dan

refraksi (patah). Demikian pula pada gelombang bunyi dapat dipatah

(direfraksi); dan gelombang bunyi yang masuk ke dalam jaringan akan

menyebabkan efek friction (friksi). Penyerapan energi bunyi ini akan

mengakibatkan berkurangnya amplitudo gelombang bunyi.

Nilai amplitudo bunyi yang menetap pada jaringan dinyatakan dalam

rumus :

A = Ao– x

A = amplitudo bunyi yang menetap pada jaringan yang tebal

X cm.

Ao = amplitudo bunyi mula-mula

= koefisien absorpsi jaringan (cm-1)

x = tebal jaringan (cm)

hal yang sama pula dapat diketahui berupa nilai intensitas bunyi yang

menetap pada jaringan yaitu :

I = Io e-2 x

Io = intensitas mula-mula

I = intensitas bunyi yang menetap pada jaringan

= koefisien absorpsi

Dengan demikian mempergunakan rumus-rumus dapat menghitung nilai

absorpsi jaringan terhadap gelombang bunyi (lihat daftar).

Tabel : Koefisien absorpsi dan nilai paruh ketebalan jaringan.

Bahan Frekuensi

(cm-1)

Nilai paru ketebalan

jaringan (cm)

Otot

Lemak

Otak

Tulang

1

0,8

1

0,6

0,13

0,05

0,11

0,4

2,7

6,9

1,2

6,95

38

Air 1 2,5 x 104 14 x 103

Nilai paruh ketebalan (Half – value thickness) jaringan adalah ketebalan

jaringan yagn diperlukan untuk menurunkan intensitas mula-mula (Io)

menjadi ½ Io

1.10. AZAS DOPPLER

Pada tahun 1800 ahli fisika telah membuktikan bahwa sumber

bunyi berfrekuensi fo mempunyai derajat tinggi apabila sumber bunyi

bergerak emndekati pendengaran; apabila sumber bunyi bergerak

menjauhi pendengar akan terdapat frekuensi dengan derajat rendah.

Demikian pula apabila pendengar mendekati sumber bunyi akan

memperoleh frekuensi bunyi dengan derajat tinggi. Percobaan frekuensi

ini disebut Doppler Shift. Sedangkan efek yang timbul akibat

bergeraknya sumber bunyi atau bergeraknya pendengar disebut Efek

Doppler.

Efek Doppler ini dipergunakan untuk mengukur bergeraknya zat

cair di dalam tubuh misalnya darah. Berkas ultrasonik/bunyi ultra yang

mengenai darah (darah begerak menjauhi bunyi) darah akan

memantulkan bunyi ekho dan diterima oleh detektor. Apabila diketahui

fo = frekuensi mula-mula, sudut dari arah sumber bunyi dan perubahan

frekuensi (fd) maka :

fd = cos

V = kecepatan darah

V = kecepatan suara

2. ULTRASONIK DALAM BIDANG KEDOKTERAN

2.1. PENDAHULUAN

39

Ultrasonik/bunyi ultra dihasilkan oleh magnet listrik dan :kristal piezo

electric” dengan frekuensi di atas 20.000 Hz.

2.1.1. Magnet Listrik

Batang ferromagnet diletakkan pada medan magnet listrik maka

akan timbul gelombang bunyi ultra pada ujung batang

ferromagnet. Demikian pula apabila batan ferromagnet dilingkari

dengan kawat dialiri listrik akan timbul gelombang ultrasonik

pada ujung batang ferromagnet.

2.1.2. Piezo Electric

Kristal piezo electric ditemukan oleh Piere Curie dan Jacques

pada tahun sekitar 1880; tebal krisal 2,85 mm. Apabila kristal

piezo electric dialiri tegangan listrik melalui lempengan kristal

akan mengalami vibrasi sehingga timbul frekuensi ultra;

demikian pula vibrasi kristal akan menimbulkan listrik.

Berdasarkan sifat itu maka kristal piezo electric dipakai sebagai

transduser pada ultrasonografi.

2.2. DAYA ULTRASONIK

Frekuensi dan daya ultrasonik yang dipakai dalam bidang kedokteran

menurut kebutuhan; apabila ultrasonik yang digunakan untuk diagnostik

maka frekuensi yang digunaakn sebesar 1 MHz sampai 5 MHz dengan

daya 0,01 W/cm2. Apabila daya ultrasonik ditingkatkan sampai 1 W/cm2

akan dipakai sebagai pengobatan, sedangkan untuk merusakkan jaringan

kanker dipakai daya 103 W/cm2.

2.3. PRINSIP PENGGUNAAN ULTRASONIK

Efek Doppler merupakan dasar penggunaan ultrasonik yaitu terjadi

perubahan frekuensi akibat adanya pergerakan pendengar atau

sebaliknya; dan getaran bunyi yang dikirim ke tempat tertentu ( keobjek)

akan direfleksi oleh objek itu sendiri.

Efek gelombang ultrasonik

Ultrasonik sama dengan gelombang bunyi hanya saja frekuensi yang

sangat tinggi dan mempunyai efek :

40

a. Mekanik

Yaitu membentuk emulsi asap/awan dan disintegrasi beberapa benda

padat, dipakai untuk menentukan lokasi batu empedu.

b. Panas

Nelson Heerich dan Krusen, menunjukkan bahwa sebagian

ultrasonik mengalami refleksi pada titik yang bersangkutan,

sedangkan sebagian lagi pada titik tersebut mengalami perubahan

panas. Pada jaringan bisa terjadi pembentukan rongga dengan

intensitas yang tinggi.

c. Kimia

Gelombang ultrasonik menyebabkan proses oksidasi dan terjadi

hidrolisis pada ikatan polyester.

d. Efek biologis

Efek yang ditimbulkan ultrasonik ini merupakan gabungan dari

berbagai efek misalnya akibat pemanasan menimbulkan pelebaran

pembuluh darah. Selain itu ultrasonik menyebabkan peningkatan

permeabilitas membran sel dan kapiler serta merangsang aktifitas sel.

Sesuai hukum Van’t Hoff ( menimbulkan panas) otot mengalami

paralyse dan sel-sel hancur; bacteri, virus dapat mengalami

kehancuran. Selain itu menyebabkan keletihan pada tubuh manusia

apabila daya ultrasonik ditingkatkan.

2.4. PENGGUNAAN DALAM BIDANG KEDOKTERAN

Berkaitan dengan efek yang ditimbulkan gelombang ultrasonik dan sifat

gelombang bunyi ultra maka gelombang ultrasonik dipergunakan

sebagai diagnosis dan pengobatan.

2.4.1. Ultrasonik Sebagai Pelengkap Diagnosis

Kristal piezo electric yang bertindak sebagai transduser mengirim

gelombang ultrasonik mencapai pada dinding berlawanan,

kemudian gelombang bunyi dipantulkan dan diterima oleh

transduser tersebut pula. Transducer yang menerima gelombang

41

balik akan diteruskan ke amplifier berupa gelombang listrik

kemudian gelombang tersebut ditangkap oleh CRT (Ossiloskop).

Gambaran yang diperoleh CRT tergantung tehnik yang

dipergunakan. Ada 3 macam metoda dalam memperoleh

gambaran yaitu :

1) A Skanning

2) B Skanning

3) M Skanning

1. A Skanning

Di sini yang akan dicari adalah besar amplitudo sehingga

disebut A Skanning.

Bunyi yang akan dihasilkan oleh piezo electric melalui

transducer akan mencpai dinding b kemudian dipantulkan ke

dinding a dan diterima oleh transduser (T)

2. B Skanning

B Skanning ini disebut pula Bright scanning. Metode

skanning ini banyak dipakai di klinik oleh karena metoda ini

bisa memperoeh pandangan/ gambaran dua dimensi dari

bagian tubuh. Prinsip B skanning sama dengan A skanning,

hanya saja pada B skanning transdusernya digerakkan

(moving) sedangkan pada A skanning transdusernya tidak

digerakkan.

Gerakan transducer mula-mula akan menghasilkan echo

dapat dilihat adanya dot (dot ini disimpan pada CRT)

kemudian transducer digerakkan ke arah lain menghasilkan

echo pula sehingga kemudian tercipta suatu gambaran dua

dimensi.

Skematik B skanning

Pada B skanning ini, operator boleh memilih 2 mode kontrol

pada alat elektronik; untuk mencapai nilai ambang agar

42

memperoleh gambaran yang dikehendakinya maka dipakai

alat kontrol leading-edge display.

Untuk mengatur cahaya benderang pada layar TV (=CRT =

Tabung sinar katode) yang sebanding dengan besarnya

echo/gema yang dihasilkan oleh transducer ultrasonik maka

dipakai alat gray-scale display.

3. M Skanning

M Skanning atau modulation scanning ini merupakan dua

metoda yang digunakan dalam kaitan untuk memperoleh

informasi gerakan alat-alat dengan mempergunakan

ultrasonik. Misalnya dalam hal mempelajari gerakan jangtung

dan gerakan vulva, atau tehnik Doppler yang dipergunakan

untuk mengukur aliran darah.

Pada M Skanning dimana A akan dalam keadaan stasioner

sedangkan echo yang terjadi berupa dot dari B skan.

2.4.2. Hal-hal Yang Didiagnosis Dengan Ultrasonik

Sesuai dengan metode skanning yang dipakai maka ultasonik

dapat dipergunakan untuk diagnosis :

1) A Skanning

Mendiagnosis tumor otak (echo encephalo graphy), memberi

informasi tentang penyakit-penyakit mata, daerah/lokasi yang

dalam dari bola mata, menentukan apakah cornea atau lensa

yang opaque atau ada tumor-tumor retina.

2) B Skanning

a. Untuk memperoleh informasi struktur dalam dari tubuh

manusia.misalnya hati, lambung, usus, mata mamma,

jantung janin.

b. Untuk mendeteksi kehamilan sekitar 6 minggu, kelainan

dari uterus/kandung peranakan dan kasus-kasus

perdarahan yang abnormal, serta treatened abortus

(abortus yang sedang berlangsung)

43

c. Lebih banyak memberi informasi dari pada X-ray dan

sedikit resiko yang terjadi. Misalnya X-ray hanya dapat

mendeteksi kista yang radioopaque sedangkan B

skanning lebih banyak memberi petunjuk tentang tipe

berbagai kita.

3) M Skanning

a. Memberi informasi tentang jantung, valvula jantung,

percardial effusion (timbunan zat cair dalam kantong

jantung)

44

b. M Skanning mempunyai kelebihan yaitu dapat dikerjakan

sembari pengobatan berlangsung untuk menunjukkan

kemajuan dalam pengobatan.

2.4.3. Penggunaan Ultrasonik Dalam Pengobatan

Sebagaimana telah diketahui bahwa ultrasonik mempunyai efek

kimia dan biologi maka ultrasonik dapat dipergunakan dalam

pengobatan. Ultrasonik memberi efek kenaikan temperatur dan

peningkatan tekanan; efek ini timbul karena jaringan

mengabsorpsi energi bunyi dengan demikian ultrasonik dipakai

sebagai diatermi/pemanasan. Daya ultrasonik yang dipakai

sebesar beberapa W/cm2 dilakukan dalam 3 – 10 menit, dua kali

sehari, seminggu dilakukan 3 kali. Gelombang ultrasonik berbeda

dengan gelombang elektromagnetik dan panas yang ditimbulkan

oleh ultrasonik sangat berbeda dengan microwave diathermi. Hal

ini dapat ditunjukkan melalu grafik.

Ultrasonik sebagai diatermi, intensitas yang dipakai 1 – 10

W/cm2 dengan frekuensi sebesar 1 MHz pemindahan amplitudo

sebesar 10 W/cm2 ke dalam jaringan 10-6 cm, maksimum

tekanan 5 atm. Tekanan mula-mula maksimum, berubah menjadi

minimum dengan panjang gelombang ½ ; untuk 1 MHz

gelombang ke dalam jaringan sebesar ½ = 0,7 mm.

Selain itu ultrasonik dapat dipakai untuk menghancurkan

jaringan ganas (kanker). Sel-sel ganas akan hancur pada beberapa

bagian sedangkan di daerah lain kadang-kadang menunjukkan

rangsangan pertumbuhan; masih diselidiki lebih lanjut.

Pada penderita parkinson, penggunaan ultrasonik dalam

pengobatan sangat berhasil namun sangat disayangkan untuk

mengfokuskan bunyi ke arah otak sangat sulit. Sedangkan pada

penyakit maniere (maniere’s disease) di mana keadaan penderita

kehilangan pendengaran dan kesetimbangan, apabila diobati

dengan ultrasonik dikatakan 95 % berhasil baik ; ultrasonik

menghancurkan jaringan dekat telinga tengah

45

PANAS

1. HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA DAN METABOLISME

Termodinamika berasal dari dua kata yaitu thermal (yang berkenaan

dengan panas) dan dinamika (yang berkenaan dengan pergerakan). Jadi

termodinamika adalah ilmu mengenai fenomena-fenomena tentang energi

yang berubah-ubah karena pengaliran panas dan usaha yang dilakukan.

Misalnya satu benda dinaikkan suhuhnya maka timbul pemuaian atau

penyusutan; pada termo elemen akan membangkitkan gaya gerak listrik. Pada

proses ini terdapat suatu pemindahan panas dan juga bekerja sesuatu gaya

mengalami perpindahan yang mengakibatkan terlaksanannya suatu usaha.

1.1. TERMOMETRIK

Mengetahui panas dinginnya suatu zat dengan mempergunakan

indra peraba merupakan penilaian yang subjektif serta tidak ilmiah.

Pengamatan secara itu disebut pengamatan yang kwalitatif yang justru

dapat menyesatkan. Misalnya seseorang mencelup tangannya ke dalam

air suam akan menilai air itu hangat, apabila orang tersebut sebelumnya

telah mencelupkan tangannya ke dalam aira dingin. Sebaliknya akan

terasa dingin apabila sebelumnya tangannya telah dicelupkan ke dalam

air yang lebih hangat. Untuk menghindari penilaian yang subjektif perlu

ada penilaian yang kwantitatif. Justru ini perlu adanya alat ukur serta

satuan dasar. Alat yang dipakai untuk pengukuran suhu tersebut disebut

Termometer; prinsip dasar dari alat ukur ini ialah fenomena pemuaian

yang merupakan indeks temperatur. Contoh : termometer air raks dan

termometer alkohol.

Air raksa mempunyai batas muai dan titik uap tertentu yaitu pada –

400C air raksa akan membeku dan titik uap berkisar di atas 3600C

sehingga perlu ada metoda lain/alat lain untuk mengukur suhu suatu

benda.

46

Macam-macam termometer :

a. Termometer air raksa / alkohol

b. Termometer tahanan (termistor termometer)

c. Termometer elemen (termocouple)

d. Pyrometer optik

e. Termometer gas yang bervolume tetap.

Dalam bidang kedokteran penggunaan termometer air raksa/ alkohol

sangat populer.

1.2. SKALA TEMPERATUR

Di Amerika banyak mempergunakan skala Fahrenheit (00F). Dalam

pembuatan skala itu dicari titik referensi, yang disebut titik tetap

kemudian dibuat skala sekehendak kita. Sebelum tahun 1954 ditentukan

dua titik sebagai titik acuan baku yaitu titik es dan titik uap.

Titik es yaitu suatu titik dimana terdapat campuran air yang jenuh

udara dengan es yang bertekanan 1 atmosfir. Titik uap ialah suhu dimana

terdapat air mendidih pada tekanan 1 atmosfir.

Fahrenheit pada tahun 1724 telah menentukan skala temperatur

dimana pada 320F adalah titik es, pada 2120F merupakan titik uap serta

temperatur rectal berkisar 98,60 F. Dalam bidang kedokteran banyak

menggunakan skala Celsius, titik es di beri harga 00C suhu pada titik uap

diberi 1000C. Untuk keperluan bidang ilmu pengetahuan diperlukan

skala lain yaitu skala Kelvin.

1.3. HUKUM TERMODINAMIKA

Termodinamika adalah suatu pengetahuan tentang transformasi energi ke

dalam usaha. Walaupun kerja/usaha dapat ditransformasi secara komplit

ke dalam energi dalam, namun energi dalam tidak dapat

ditransformasikan secara komplit kedalam usaha. Hal ini disebabkan

adanya hukum termodinamika kedua yang membatasinya. Dalam

mempelajari termodinamika ini dikenal ada 4 hukum termodinamika

yaitu :

47

a. Hukum ke nol termodinamika (oleh R.H. Flower)

b. Hukum pertama termodinamika

c. Hukum kedua termodinamika

d. Hukum ketiga termodinamika

1.4. METABOLISME SEBAGAI KONVERSI ENERSI

Metabolisme berarti ”change” ialah kata yang dipakai untuk

mengidentifikasi perubahan yang terjadi dalam kehidupan organisme

yang bernyawa.

Dalam arti luas metabolisme sinonim dengan jumlah total reaksi

kimia atau fisika yang diperlukan untuk kehidupan. Metabolisme juga

dipakai dalam batasan untuk menunjukkan serangkaian reaksi dari tipe-

tipe makanan (flood stuff) atau derivatnya. Turunannya metabolisme

karbohidrat misalnya metabolisme karbohidrat atau beberapa kompound

partikel seperti metabolisme glukosa. Kadang-kadang menyatakan suatu

objek seperti ”Water metabolisme” dimana substansi masuk ke dalam

badan, bergerak ke berbagai bagian tubuh dan meninggalkan ginjal, kulit

atau melalui route yang lain. Ada dua kata yang terkandung dalam

metabolisme yaitu anabolisme dan kata bolisme. Anabolisme

dipergunakan untuk menunjukkan reaksi sintetis menjurus ke tempat

penyimpanan enersi di dalam tubuh. Katabolisme menggambarkan

kerusakan jaringan dan penggunaan dari sumber enersi. Kedua kata itu

luas dalam pemakaian tetapi sering sulit diartikan dan sering pula

tercampur dalam pengertian. Suatu contoh : sintetis dan penyimpanan

lemak tubuh. Ketika lemak dibentuk dari karbohidrat dan disimpan

dalam jaringan lemak tampak dalam proses ini pengertian anabolisme,

katabolisme dapat terjadi pada saat yang sama dalam proses penggunaan

enersi dalam sintesis.

Tetapi jelas dalam proses reaksi metabolisme akan tampak panas.

Tubuh walaupun bukan mesin panas, yang dapat membakar makanan

seperti api yang membakar makanan namun energi yang dihasilkan

merupakan suatu substansi yang dioksidasi di dalam badan serupa

48

dengan material yang dibakar di luar tubuh. Berdasarkan hal ini para ahli

telah mengkonstruksikan ”bom kalori meter” (oleh Richard dan Barry)

untuk mencari beberapa kalori apabila suatu bahan dibakar.

Hasil pembakaran dengan kalorimeter pada bahan-bahan hewan :

a) Untuk karbohidrat :

Sukrose menghasilkan 3,94 Kcal/gram.

Glukose menghasilkan 3,74 Kcal/gram

Glikogen menghasilkan 4,19 Kcal/gram

Tepung menghasilkan 4,18 Kcal/gram

b) Untuk lemak :

Rata-rata menghasilkan 9,3 Kcal/gram

c) Untuk protein :

Rata-rata menghasilkan 5,6 Kcal/gram

Untuk manusia diperoleh nilai :

a) Protein dan karbohidrat masing-masing 4,1 Kcal/gram

b) Lemak : 9,3 Kcal/gram.

Berdasarkan hukum termodinamika I, total energi dalam suatu sistem

berhubungan erat dengan pertukaran energi :

Food intake = head loss + work output + energi storage

Dengan demikian dapat diambil kesimpulan bahwa metabolisme

merupakan konversi energi.

2. PENGATURAN SUHU TUBUH

2.1. KESETIMBANGAN PANAS

Pengaturan temperatur atau regulasi termal ialah suatu pengaturan

secara kompleks dari suatu proses fisiologis dimana terjadi

kesetimbangan antara produksi panas dan kehilangan panas sehingga

suhu tubuh dapat dipertahankan secara konstan.

Burung atau mamalia secara fisiologis digolongkan dalam ”Worm-

Blooded” atau Homotermal. Organisme homotermal ini secara umum

dapat dikatakan temperatur tubuh tetap konstan walaupun suhu

49

lingkungan berubah. Hal ini oleh karena ada interaksi secara berantai

antara heat produksi (pembentukan panas) dan heat loss (kehilangan

panas). Kedua proses ini dalam keadaan tertentu aktifitasnya diatur oleh

susunan syaraf pusat yang mana mengatur keadaan metabolisme,

sirkulasi (peredaran darah), perspirasi (penguapan) dan pekerjaan otot-

otot skeletal; sebagai contoh kontraksi otot banyak menghasilkan panas,

rumusnya dapat ditulis :

K =

K = efisiensi

H = energi total (dalam kalori) pada waktu kerja

W = usaha dinyatakan dalam kg M.

2.2. TOPOGRAFI TEMPERATUR BADAN DAN KULIT

Temperatur 370C diterima sebagai temperatur normal tubuh

manusia. Untuk mengukur rata-rata temperatur badan dan kulit terdapat

banyak kesukaran. Di klinik sering dipakai lokasi pengukuran

temperatur pada ketiak (aksila), sub lingual (di bawah lidah) atau rektal

(dubur). Temperatur liang dubur (rektal) 0,3 sampai dengan 0,50C lebih

tinggi dari pada temperatur aksila. Daerah tubuh maupun kepala

mempunyai temperatur kulit lebih tinggi dari pada anggota badan. Untuk

mengetahui rata-rata temperatur kulit banyak metoda yang dipergunakan

untuk menghitungnya. Tetapi metoda yang lazim dipakai untuk

menghitung temperatur kulit rata-rata ialah :0,07 Tkepala + 0,14 Tlengan + 0,05 Ttangan+0,07 Tkaki+0,13 Tbetis + 0,09 Tpaha + 0,35 Tbatang tubuh

Dengan mengetahui temperatur kulit rata-rata tersebut dapat menghitung

temperatur tubuh rata-rata : Mean body temperature = (0,69 x temp.

Rektal + (0,33 x temp.kulit rata-rata)

Kwantitas ini berkaitan dengan panas yang tertampung di dalam tubuh

manusia (Heat storage). Untuk menghitung banyaknya panas yang

tertampung di dalam tubuh harus menghitung perubahan temperatur

50

tubuh rata-rata dikalikan dengan panas spesifik dan massa badan maka

diperoleh persamaan :

Heat storage = temp. change x spesifik heat x massa

Nilai spesifik heat/panas spesifik diperoleh dari hasil eksperimen sebesar

0,83 g kalori gram/0C. Dengan mengetahui persamaan temperatur kulit

rata-rata dapat kita menghitung variabel yang lain yaitu heat

conductance/konduksi panas. Heat conductance ialah ratio antara rata-

rata transfer panas (rate of heat transfer)/rata-rata alih panas dengan

perbedaan temperatur internal/rektal dengan temperatur kulit rata-rata

sehingga diperoleh :

Heat = rate of heat transfer Conductance rectal temp – mean skin temp.

2.3. PENGATURAN TEMPERATUR TANPA UMPAN BALIK

DAN DENGAN UMPAN BALIK

a. Pengaturan temperatur tanpa umpan balik

Yang dimaksud dengan pengaturan temperatur berarti mengatur heat

loss dan heat produksi. Untuk manusia hal ini dapat terjadi tetapi

bagi benda-benda mati tidak, oleh karena benda mati tidak produksi

panas sehingga umpan balik tidak pernah terjadi. Misalnya : sebuah

logam dipanaskan berarti temperatur akan meninggi dengan

demikian logam tersebut akan memuai sesuai dengan persamaan :

Lt = Lo [I + (t1 – to)]

Lo = panjang mula-mula pada to

Lt = panjang pada t1

= angka mulai panjang

Pada temperatur tinggi ini logam akan memancarkan radiasi (heat

loss). Apabila logam tersebut diletakkan pada tempat yang dingin,

logam tersebut akan dingin perlahan-lahan dan tidak mungkin dapat

memanaskan diri sendiri, sehingga dapat kita katakan bahwa pada

benda mati tidak akan terjadi umpan balik akibat perbedaan

temperatur.

51

b. Pengaturan temperatur dengan umpan balik.

Tubuh selalu berikhtiar agar temperatur tetap konstan walaupun

lingkungan ada perubahan temperatur. Pengaturan fisik panas secara

implisit adalah sejumlah total dari proses fisiologis dimana terjadi

peningkatan dan penurunan panas dari tubuh kita. Panas dapat hilang

dan masuk ke dalam lingkungan dengan cara konveksi, radiasi dan

evaporasi; konduski tidak pernah terjadi. Kehilangan panas melalui

radiasi dapat terjadi apabila temperatur udara berhubungan langsung

dengan tubuh dan temperatur sekeliling objek tersebut sangat rendah.

Kehilangan panas melalui konveksi apabila temperatur sekeliling

objek lebih rendah daripada suhu tubuh. Kehilangan panas akibat

evaporasi adalah hubungan antara output dari evaporasi kulit dan

pernafasan dari paru-paru. Pada temperatur 15 – 200C sekitar 0,4 –

0,5 liter penguapan melalui kulit disebut perspirasi insensibilis.

Dikatakan penguapan 0,7 – 1liter cairan seimbang dengan

kehilangan panas sekitar 400 – 600 kalori besar. Pada temperatur

100C 70 – 80% panas akan hilang melalui proses konveksi dan

radiasi.

Peristiwa konveksi, radiasi dam evaporasi ini semuanya dikontrol

oleh susunan syaraf ”Mesmer’s Corpuscle” mengatur temperatur

panas dan dingin. Melalui syaraf motor somatis dan syaraf visero

motoris via hipofise anterior dan kelenjar endokrin maka produksi

panas dan pelapasan panas dapat diatur. Di kulit ada ”Counter

current” dimaan terjadi pembesaran pembuluh darah pada satu

bagian sedangkan pada bagian lain terjadi konstruksi penguncupan

dan ini pula diatur oleh susunan syaraf pusat.

Pada keadaan kritis misalnya panas atau dingin yang menyengat,

keadaan ini langsung mempengaruhi fisiologis termostat yaitu

hipothalamus dan preoptik. Hipothalamus posterior mengatur suhu

dingin yang kritis.

52

Untuk mengetahui mekanisme pengaturan suhu tubuh dengan umpan

balik, lihat daftar dibawah ini.

Mekanisme aktifitas oleh dingin :

Menggigil

Kelaparan Peningkatan

Peningkatan aktifitas otot bergaris Produksi

Peningkatan sekresi norefeneprin Panas

Dan efeneprin

Penyempitan pembuluh darah kutaneus Penurunan

Kulit mengkerut Kehilangan panas

Mekanisme aktifitas oleh panas :

Pelebaran pembuluh darah kulit Peningkatan

Berkeringat kehilangan

Peningkatan pernafasan panas

Nafsu makan berkurang Penurunan

Lesu dan lembam produksi panas

2.4. TRANSFER PANAS (AHLI PANAS)

Sesuai dengan seluruh reaksi kimia, rata-rata reaksi kimia di dalam

tubuh tergantung pada temperatur. Menurutnya reaksi kimia tubuh,

seiring dengan menurunnya temperatur (hukum Vantt Hoff).

Apabila ular dimasukkan ke dalam mesin pendingin maka ia akan

memberi respon normal walaupun dalam keadaan dingin. Tetapi dalam

keadaan dingin yang ekstrim mekanisme pengaturan suhu (Homeostatic

mekanisme) terganggu bahkan sama sekali tidak dapat bekerja sehingga

tampak suhu tubuh turun secara drastis, diklinik dikenal dengan nama

hipotermia. Keadaan hipotermia digunakan pada operasi jantung sebagai

proteksi metabolisme agar dapat mencegah keadaan anoksia /

53

kekurangan oksigen, aliran darah dapat berhenti pada waktu singkat

yang tidak membahayakan jaringan, oleh karena jaringan hipotermia

membutuhkan oksigen sangat rendah. Fungsi pengaturan suhu terutama

terletak pada reaksi biokimia dari organisme itu sendiri. Si panas dan

hasil metabolisme serta heat loss melalui lingkungan.

Energi panas yang hilang atau masuk ke dalam tubuh melalui kulit

ada empat cara :

a. Konduksi (conduction)

b. Konveksi (convection)

c. Radiasi (radiation)

d. Evaporasi (evaporation)

a. Konduksi

Konduksi ialah pemaparan panas dari suatu objek yang suhunya

lebih tinggi ke objek lain dengan jalan kontak langsung.

Berdasarkan teori kinetis dimana energi dihantarkan dari satu

molekul ke molekul yang lain dengan jalan tabrak sehingga

terbentuk panas. Berdasarkan teori ini dicarikan persamaan hantaran

panas melalui konduksi.

Misalkan ada sebuah batang logam dimana T1 > T2 mengalir panas

perdetik melalui luas penampang dalam cm2. perbedaan temperatur

T = T1 – T2

Andaikan pemaparan panas dinyatakan :

Jq = kalori /cm2 detik, maka :

Jq = – K

Tanda (-) menyatakan aliran panas dari temperatur tinggi ke

temperatur rendah.

K = koefisien konduktivitas termal

L = panjang batang

T = perbedaan temperatur

54

Kecepatan pemaparan panas secara konduksi tergantung kepada

besar perbedaan temperatur dan konduktivitas termal dari bahan.

Beberapa material seperti logam merupakan konduktor / penghantar

yang baik, sedangkan yang lain seperti udara merupakan penghantar

yang jelek. Konduktivitas termal bervariasi dengan temperatur;

setiap peningkatan 10C dari 00C maka konduktivitas termal udara

akan meningkat sekitar 0,28 prosen.

Persamaan diatas merupakan konduksi panas dari hukum Fourier,

dan berlaku bagi material yang homogen.

Ahli-ahli faal sangat tertarik mengenai aliran panas melalui dua

material yang berbeda. Misalnya panas mengalir dari kulit ke udara.

Pada jarak X (dari dalam sampai permukaan kulit) mempunyai

temperatur sebesar T1 dan pada jarak yang sama di udara

temperaturnya T2, diantara kedua permukaan temperatur T1. Aliran

panas melalui kulit harus sama dengan udara sekitarnya maka asumsi

kita :

Dipermukaan kulit Jq = (Ti – T1)

di udara Jq = – (T2 – T1)

Jadi : Jq = – (T1 – T1) = – (T2 – Ti)

Jq = – .

ks = koefisien konduktivitas kulit

ka = koefisien konduktivitas udara

T2 – Ti = perbedaan suhu antara udara dan kulit

b. Konveksi (Convection)

Apabila seceret kopi diletakkan di atas kompor listrik yang panas

maka energi di dalam ceret akan meningkat yang disebabkan oleh

55

konduksi. Bila seceret kopi panas diletakkan di atas meja maka

tampak ada peningkatan energi di daerah yang ditempatkan seceret

kopi tersebut.

Transfer pansa ini disebut konveksi yang sangat berbeda dengan

konduksi. Aliran konveksi dapat terjadi dikarenakan massa jenis

udara panas sangat ringan dibandingkan udara dingin. Konveksi

secara alam dapat terjadi oleh karena pemanasan yang asymetris.

Gaya konveksi bisa terjadi apabila angin secukupnya mengalir

melewati tubuh. Pertukaran panas dan gaya konveksi adalah

berbanding lurus perbedaan temperatur antara kulit dan udara dan

kecepatan udara.

Aliran panas yang terjadi antara kulit dan lingkungan secara

konveksi dapat di tulis persamaan seperti :

Jq (konveksi) = 8,3 V 0.5 (Ts – Ta)

V = kecepatan angin (m/s)

8,3 = konstanta dimana seorang berdiri berhadapan

dengan tiupan udara

Ta = temperatur udara

Ts = temperatur kulit

Persamaan ini diperoleh secara empiris dan dikenal sebagai hukum

Newton mengenai konveksi.

c. Radiasi (Radiation)

Umumnya teori kwantum membawa pengertian tentang

menyusutnya radioaktif, bom atom dan lain-lain manifesatsi yang

dramatis. Ada beberapa pandangan mengenai fenomena atomyang

memberi pengertian tentang energi radiasi. Sebuah permukaan objek

akan memberi energi dalam bentuk radiasi elektromagnetis dan

radiasi yang dipancarkan dalam bentuk pake kwantum oleh karena

distribusi energi sangat khas dari tiap-tiap objek. Radiasi adalah

suatu transfer energi panas dari sesuatu permukaan objek ke objek

yang lain tanpa mengalami kontak dari kedua objek tersebut.

56

Oleh Planck dikatakan radiasi mempunyai energi dan energi suatu

radiasi itu sama dengan konstanta dikalikan dengan frekuensi radiasi.

E(energi) = n h f

E = energi radiasi

n = suatu bilangan bulat

h = konstanta Planck, 6,62 x 10-27 erg/det

f = frekwensi

Pada tahun 1900 Planck telah bekerja keras menentukan radiasi

panas. Secara empiris Stefan telah mendapatkan total energi yang

mengalir dari seluruh tubuhpada temperatur T, dan Boltzman (1884)

telah meletakkan dasar perhitungan termodinamika sehingga

sekarang dikenal dengan hukum Stefan Boltzman :

Jq (radiasi) = e σ T4

σ = konstanta Stefan – Boltzman, sebesar 5,67 x 10-5

erg/cm2 sec deg4

e = emissivity dari permukaan

Benda hitam merupakan penyerap radiasi yang baik sehingga disebut

radiator. Di bidang ilmu faal dikatakan bahwa panas tubuh yang

melakukan radiasi ke dalam udara dimana sebelumnya telah

memperoleh panas dari lingkungan. Dengan demikian maka

persamaa radiasi dituliskan :

Jq = e σ Ar (Tw4 – Ts4)

e = emissivity dari manusia

σ = konstanta Stefan – Boltzman

A = luas permukaan tubuh (1,8 m2 untuk seorang laki-laki)

r = perbandingan permukaan radiasi efektif oleh Du Bois, 0,

78 untuk seseorang yang berdiri tegak sedangkan pada

orang yang bergerak 0,85.

Tw = temperatur dinding dalam derajat absolut

Ts = temperatur kulit dalam derajat absolut

d. Evaporasi (Evaporation)

57

Evaporasi adalah peralihan panas dari bentuk cairan menjadi uap.

Manusia kehilangan sekitar 9 x 103 kalori/gram melalui penguapan

paru-paru. Dengan suatu latihan yang berat atau lingkungan panas

seseorang akan minum 4 liter/jam, ini merupakan suatu proses

pertukaran energi termal.

Kehilangan panas lewat evaporasi dapat terjadi apabila :

a) Perbedaan tekanan uap air antara keringat pada kulit dan udara

ambien.

b) Temperatur lingkungan rendah dari normal sehingga evaporasi

dari keringan dapat terjadi dan dapat menghilangkan panas dari

tubuh; dan itu dapat terjadi apabila temperatur basah kering di

bawah temperatur kulis.

c) Adanya gerakan angin

d) Adanya kelembaban

Dengan demikian kehilangan panas melalui evaporasi melewati kulit

dapat ditulis dengan rumus ::

Jq maksimum = 13,7 – V0,5 (Pkulit – Pudara)

Jq = dalam watt/m2

V = kecepatan angin m/sPkulit = tekanan uap air pada kulit dalam milibarPudara = tekanan uap air pada udara dalam milibar

Jika udara kering maka evaporasi perspirasi adalah sedang dan rata-

rata seimbang yang besarnya :

Jq (evaporasi) = 580 JH2O cal/log

(= 245 x 106 J/kg)JH2O dalam gram H2O / cm2 sec. keringat.

Jika udara lembab evaporasi tidak terjadi dan rata-rata proporsinya

berbeda dalam tekanan uap pada permukaan tubuh dan tekanan

ambien udara. Du Bois dan Haris telah melakukan eksperimen di

laboratorium pada temperatur 70 – 800F kehilangan panas akibat

58

radiasi sebesar 60 – 65% dari total kehilangan panas dan evaporasi

berkisar antara 20 – 30% dari total kehilangan panas.

e. Transfer panas seluruh tubuh

Ahli fisiologi menghendkai rumus yang dapat menyatakan tentang

transfer panas tubuh.

Rumus tersebut dinyatakan sebagai berikut :

Ta4 – Ts4 = (Ta2 – Ts2) (Ta2 + Ts2)

= (Ta + Ts) (Tas – Ts) (Ta2 + Ts2)

Ta = temperatur udara

Ts = temperatur kulit

Bentuk temperatur mutlak ini sukar untuk mengatakan suhu udara

oleh karena sangat berbeda bagi suhu tubuh.

Hal ini oleh karena (Ta – Ts) di mana Ta sangat kecil perubahannya

sehingga perlu satu persamaan yang mendekati :

Jq radiasi = e σ Ar (Tw4 – Ts4)

Ar tergantung kepada temperatur Ta dimana perubahan itu sangat

sedikit dengan perubahan Ta. Apabila rumus radiasi dikombinasikan

dengan hukum Newton mengenai konveksi maka dapat menyatakan

total kehilangan panas dari tubuh :Jtotal = Jq konveksi – Ktotal (Ta4 – Ts4)Ktotal = e σ Ar

Disini tak dapat dihubungkan dengan hukum Fourier oleh karena

tidak pernah terjadi proses konduksi dari tubuh ke dalam udara.

3. ENERGI PANAS DALAM BIDANG KEDOKTERAN

Sejak beribu-ibu tahun, energi panas telah banyak digunakan dalam bidang

kedokteran.

Romans (600 tahun Masehi) memakai minyak panas untuk memijat.

Tahun 1774 Tuan Faure mempergunakan ”hotsbrichs” dalam pengobatan

nyeri yang disebabkan oleh rheumatik.

Roebereiner (1816) membicarakan pemakaian sinar dalam bidang pengobatan.

59

Seabad kemudian tepatnya 1913 penggunaan sinar ungu ultra oleh Reyn

dalam irradiasi tubuh manusia.

Dan sejak diketemukan piezo elektrik generator oleh Langevin pada tahun

1917 mulailah para klinisi mempergunakan ultrasonik dalam pengobatan.

Sepuluh tahun kemudian Schliepluke melaporkan hasil pengobatan dengan

mempergunakan short wave diathermy.

Dan hingga kini masih banyak orang bahkan di klinik masih mempergunakan

air panas atau dingin sebagai bahan kompres.

3.1. EFEK PANAS

Sukar dikatakan secara pasti efisiensi panas apabila ada energi

panas mengenai salah satu bagian tubuh.

Tetapi jelas apabila energi panas mengenai salah satu bagian tubuh akan

menaikkan temperatur daerah tersebut.

Efek panas dapat dibagi tiga group :

a. Fisik

Panas menyebabkan zat cair, pada dan gas mengalami pemuaian

segala arah. Sebuah logam berbentuk kubus mengalami pemuaian

isi.

b. Kimia

Kecepatan reaksi kimia akan meningkat dengan peningkatan

temperatur. Hal ini terlihat pada reaksi oksidasi. Pada reaksi oksidasi

akan meningkat dengan peningkatan suhu, ini sesuai dengan hukum

Vant Hoff.

Permeabilitas membran sel akan meningkat sesuai dengan

peningkatan suhu, pada jaringan akan terjadi peningkatan

metabolisme seiring dengan peningkatan pertukaran antara zat kimia

tubuh dengan cairan tubuh.

c. Biologis

Efek panas terhadap biologis merupakan sumasi dari efek panas

terhadap fisik dan kimia. Adanya peningkatan sel darah putih secara

60

total dan fenomena reaksi peradangan serta adanya dilatasi

(pelebaran) pembuluh darah yang mengakibatkan peningkatan

sirkulasi (peredaran) darah serta peningkatan tekanan kapiler.

Tekanan O2 dan CO2 di dalam darah akan meningkat sedangkan pH

darah akan mengalami penurunan.

3.2. PENGGUNAAN ENERGI PANAS DALAM PENGOBATAN

Telah dibicarakan bahwa hamparan energi panas dapat melalui

konduksi, konveksi dan evaporasi.

Dengan mengetahui sifat hamparan energi panas ini diusahakan agar

dengan cara apa saja dapat mentransferkan panas tersebut serta

bagaimanakah agar energi panas tersebut dapat mencapai tubuh. Energi

panas mula-mula akan penetrasi ke dalam jaringan kulit dalam bentuk

berkas cahaya (dalam bentuk radiasi atau konduksi). Kemudian akan

menghilang di daerah jaringan yang lebih dalam berupa panas. Panas

tersebut kemudian di angkat ke jaringan lain dengan cara konveksi yaitu

diangkut ke jaringan seluruh tubuh melalui cairan tubuh.

Metoda-metoda yang dipakai dalam pengobatan :

a. Metoda konduksi :

Metoda ini merupakan dasar dari sifat fisik kedua benda. Apabila

terdapat perbedaan temperatur antara kedua benda maka panas akan

ditransfer secara konduksi yaitu dari benda yang lebih panas ke

benda yang lebih dingin.

Pemindahan energi panas total tergantung kepada :

Luas daerah kontrak

Perbedaan temperatur

Lama melakukan kontak

Material konduksi panas.

Melalui metoda konduksi ini dapat berupa :

1. Kantong air panas / botol air panas.

61

Cara ini sangat efisien dalam pengobatan penderitaan nyeri.

Misalnya nyeri daerah abdomen (perut).

2. Handuk panas.

Cara ini sangat berhasil apabila pengobatan dilakukan pada

daerah otot yang sakit. Misalnya spame otot, fase akut

poliomyelitis/

3. Turkish batsh (mandi uap).

Mandi uap ini sangat populer dalam masyarakat. Tetapi manfaat

dari metode ini belum diketahui dengan pasti. Hanya dikataan

sebagai penyegar atau dikatakan mempunya efek relakasasi otot.

4. Mud packs (lumpur panas).

Lumpur panas dapat mengkonduksi panas ke dalam jaringan

serta dapat pula mencegah kehilangan panas tubuh (heat loss).

5. Wax bath (parafin bath).

Dengan cara ini sangat efisien untuk mentransfer panas pada

tungkai bawah terutama pada orang tua.

Cara wax bath :

Wax diletakkan di dalam bak dan dipanaskan sampai temperatu

1150 sampai 1200F. Lama merendam kaki berkisar antara 30

menit sampai 1 jam.

6. Electric pads.

Caranya dengan melingkari kawat elemen panas yang dibungkus

asbes atau plastik. Untuk amannya dilengkapi dengan termostat.

Output berkisar antara 8 – 10 Watt/foot.

Dikatakan dengan metode konduks (1 s/d 6) ini dapat melakukan

pengobatan terhadap penyakit :

Neuritis

Sprains

Strains

Contusio

Siausitis

62

Low back pain.

b. Metode radiasi

Metode ini dipergunakan untuk pemanasan permukaan tubuh serupa

dengan pemanasan dengan sinar matahari atau nyala api :

1) Electric fire, ada dua tipe :

a) Old type fire.

Mempunyai daya 750 Watt dengan range radiasi antara

merah dan mendekati infra red serta panjang gelombang lebih

pendek dari 15.000 A0. Ini sering dipergunakan pada home

treatment.

b) Pensil bar tipe

Ini mempergunakan reflektor rektangular dan “shape like

acoustic type”.

2) Infra merah.

Untuk mendapat infra red maka dipakai lampu pijar berkisar

antara 250 W s/d 1.000 W serta diberi filter merah.

Gelombang infra red yang dipergunakan antara 800 s/d 40.000

nm (1nm – 10-9m). Penetrasi energi/gelombang pada kulit 3

mm dan meningkat di permukaan kulit. Bila kita pergunakan

large lamp maka radiasi yang diperoleh mendekati infra red,

tetapi kualitas emisi gelombang panjang radiasi lebih dari pada

radient infra red heat lamp.

Lampu radient infra red berkisar antara 7.500 s/d 12.000 A0

tetapi kenyataan maksimal 40.000 A0. Kalau memakai silikon

yang mengandung chlorium resistant element di dalamnya maka

benda ini memproduksi cahaya serupa dengan sinar tampak.

Metoda radiasi dengan infra merah ini (radient infra red) secara

umum serupa dengan metode konduksi panas, namun lebih

efektif bila dibandingkan dengan metode konduksi. Oleh karena

penetrasi energi panas ke jaringan lebih dalam.

c. Metoda elektromagnetis.

63

Ada dua metoda yang dipakai untuk transfer panas ke dalam jaringan

tubuh:

1. Short wave diathermy (Diatermi gelombang pendek)

2. Micro wave diathermy (Diatermi gelombang mikro)

c.1. Short wave diathermy.

Agar supaya energi panas dapat ditransfer ke dalam tubuh

maka dapat dilakukan 2 cara :

1) Tehnik kondensor (Conductor technique)

Bagian tubuh sebelah menyebelah diletakkan dua metal

plate like electrode. Pada permukaan elektrode diberikan

larutan elektrolit. Dengan adanya aliran bolak balik (AC)

molekul-molekul tubuh menjadi agitasi dengan akibat

kenaikan temperatur. Hal ini sesuai dengan hukum Joule :

H =

H = energi panas dalam kalori

V = tegangan dalam voltage

I = arus dalam amper

T = waktu dalam detik

J = ekivalen Joule (1 Joule = 0,239 kalori =

0,738 ft/lb)

2) Inductiothermy (Diatermi metode induksi)

Bagian tubuh yang akan dipanasi dililitkan dengan kabel

kemudian dialiri listrik, dengan cara ini jaringan tubuh

tidak berada dalam sirkuit tetapi terletak dalam medan

magnet dari sutau koil.

Aliran bolak balik di dalam koil akan menimbulkan medan

magnet yang bolak-balik di dalam jaringan. Sebagai

konsekwensinya timbul arus Eddy yang memproduksi

panas di daerah bersangkutan.

64

Frekwensi yang digunakan pada short wave diathermy 1

MHz sudah cukup untuk memanas jaringan. Kegunaan

short wave diathermy pada keadaan kram otot (muscle

spasm), nyeri pada intervertebraldisk, penyakit

degenerative pada persendian dan bursitis (radang bursa).

c.2. Micro wave

diathermy.

Penggunaan micro wave diathermy lebih mudah dari pada short

wave diathermy. Micro wave diathermy termasuk gelombang

radio dengan ossilasi pada frekwensi yang sangat tinggi.

Energinya terletak antara short wave diathermy dan infra

merah.

Pada tahun 1940, frekwensi ossilasi yang dipakai 2.450 MHz.

Ternyata pada penelitian selanjutnya frekwensi 900 MHz lebih

efektif. Untuk memperoleh frekwensi 900 MHz dipakai

magnetron. Penyakit-penyakit yang memerlukan pengobatan

dan micro wave diathermy :

Patah tulang (fracture)

Sprains dan strains

Bursitis

Radang tendon

Arthritis

Ada pula metode lain yang dipergunakan untuk memperoleh

energi panas yaitu : gelombang ultrasonik.

d. Gelombang ultrasonik

Gelombang ultrasonik ini sangat berbeda dengan gelombang elektro

magnetis. Gelombang ultrasonik diperoleh dari gelombang bunyi

(Audible sound) dengan frekwensi mendekati 1 MHz.

Pada waktu penggunaan ultrasonik maka piezo electric transduser

diletakkan langsung pada jaringan yang akan diobati. Intensitas yang

dipergunakan sekitar 5 Watt/cm2. Penggunaan ultrasonik lebih

65

efektif pada tulang dibandingkan pada soft tissue oleh karena tulang

lebih banyak menyerap panas.

Ultrasonik selain dipergunakan untuk terapi (pengobatan) juga

dipergunakan untuk diagnostik.

4. ENERGI DINGIN (COLD ENERGY) DALAM KEDOKTERAN

Kriogenik adalah pengetahuan dan teknologi yang menghasilkan dan

menggunakan suhu yang sangat rendah. Dalam mempelajari efek suhu rendah

pada bidang biologi dan kedokteran, ilmu ini disebut Kriobologi. Pada

kriobologi akan timbul efek fatologis pada jaringanyang terkena temperatur di

bawah titik beku. Efek patologis yang dimaksud :

a. Krioadhesia (menghasilkan adhesi)

b. Krionekrosis (merusakkan jaringan)

Melalui :

Pecahnya membran sel

Dehidrasi intraseluler

Denaturasi protein

Hipometabolisme seluler

Iskemik lokal

Respon imunologik

c. Efek hemostasis

d. Efek anastesia

Penggunaan temperatur rendah sudah dikenal sejak 2.500 tahun

sebelum masehi. Pada tahun 1840 John Gorrie telah berhasil

mendinginkan udara yang dipakai sebagai ”air conditioning” bagi

penderita malaria. Beliau telah berhasil membuat es dengan menggunakan

efek pendinginan udara serta berhasil mencairkan udara (-1960C) pada

tahun 1877 dan pada tahun 1908 mencairkan Helium pada temperatur -

2690C.

James Dewar (1892) telah berhasil membuat termos untuk

penyimpanan material dalam keadaan panas atau dingin. Tetapi

66

penggunaan temperatur rendah untuk operasi (Cryosurgery) mulai

berkembang pada abad XX tepatnya pada tahun 1961 yaitu mula-mula

dilakukan Cooper (putra Amerika ahli bedah syaraf) yang mempergunakan

dasar kriobiologik untuk mengontrol gerakan-gerakan pada penderita

parkinson. Penggunaan temperatur rendah pada bidang kedokteran :

1. Penyimpanan darah (Bank Darah)

2. Penyimpanan sperma (Bank sperma)

3. Penyimpanan bone marrow (sumsum tulang)

4. Penyimpanan jaringan tubuh lainnya

5. Penyimpanan obat-obatan.

6. Pengobatan edema yang diakibatkan rudapaksa mendadak (trauma

akut) dan sakit kepala. Untuk ini biasanya dipakai ice bag/kantong es.

7. Pengobatan nyeri dan bengkak yang lokal, biasanya dipakai kompres

dingin.

8. Operasi jaringan kanker.

Dalam hal penyimpanan jaringan perlu dipikirkan sistem mana yang

dipakai serta survival life/kemampuan hidup dari suatu jaringan. Untuk

memperpanjang kemampuan hidup dari suatu jaringan biasanya dipakai

cairan Nitrogen dengan titik didih -1960C daripada CO2 padat (-790C).

Untuk memperoleh suhu rendah bisa juga memakai :

N2O (-89,50C)

Freon 22 (-410C)

Tetapi dalam hal pengobatan kanker, oleh karena diperlukan

merusak jaringan kanker yang sangat luas maka pilihan cairan Nitrogen

adalah sangat cepat. Untuk beberapa macam sel dapat dibantu gliserol atau

dimethil sulfonat dengan tujuan sebagai proteksi agent. Cara konvensional

non kriogenik method dalam penyimpanan darah adalah campuran antara

wholeblood dengan anti koagulant dan disimpan pada suhu 40C. Dengan

metode ini kira-kira 1 % sel darah akan mengalami hemolysa setiap hari

sehingga dalam waktu 25 hari darah itu tidak dapat dipergunakan lagi.

Agar supaya penyimpanan darah dapat bertahan lama dipakai 2 tehnik :

67

a. Thin walled container / wadah berdinding tipis

Wadah dibuat / dikonstruksi dari metal tipis yang terdiri dari dua

dinding sehingga volume darah terletak diantara dua dinding tersebut.

Setelah darah dimasukkan dengan segera masukkan Liquid Nitrogen,

sehingga terbentuk darah Frozen/darah beku. Darah ini kemudian

disimpan pada Nitrogen cair (-1960C)

b. Blood sand method

Darah disemprot pada permukaan cairan Nitrogen sehingga terbentuk

butir-butir. Butir-butir darah ini kemudian dikumpulkan lalu disimpan

diwadah khusus.

Perlu diketahui pekerjaan untuk pembentukan Bank kulit, tulang, otot dan

organ-organ lain sangat sulit bila dibandingkan dengan Bank darah.

5. TERMOGRAFI

5.1. DASAR TERMOGRAFI

A. Slonim telah melukiskan distribusi temperatur permukaan kuli

darisatu titik ke titik yang lain berbeda-beda. Variasi ini tergantung pada

faktor fisik luar dan metabolik internal serta proses sirkulasi yang dekat

denan kulit.

Telah diketahui pula bahwa setiap objek akan memancarkan

radiasi. Besar kecilnya radiasi tergantung kepada perbedaan temperatur

yang ada.

Max Planck (1901) telah meletakkan basis mengenai besarnya radiasi

tubuh manusia. Pada T = 300 K (270C) akan memberikan spektra radiasi

L ( T) dan panjang gelombang infra red berkisar antara 0,8 um < < 1

mm.

5.2. PENGGUNAAN TERMOGRAFI UNTUK DIAGNOSIS

Berdasarkan setiap benda memancarkan radiasi (W = e σ T4) maka pada

tahun 1950 telah ada usaha untuk membuat termogram dari infra red

68

radiasi permukaan tubuh manusia. Dan tehnik ini banyak dipergunakan

dalam bidang klinik.

Hal-hal yang dapat didiagnosis dengan mempergunakan tehnik

termografi antara lain :

a. Carcinoma mammia (kanker mamma)

b. Vascular disease (penyakit pembuluh darah)

c. Untuk follow up pada penderita post operatif oleh karena diabetes

(penyakit kencing manis).

d. Untuk cerebral vascular disease

e. Arthritis acuta

f. Patello (femoral pain (nyeri pada persendian lutut).

g. Primary erythemalgia.

5.3. SKEMA SISTEM TERMOGRAFI

Radiasi dari suatu daerah yang kecil (=5 mm) melewati susunan cermin

kemudian melewati chopper ke detektor yang biasa dilengkapi dngan

pendingin untuk memperoleh sensitivitas.

Fungsi chopper adalah mengubah radiasi yang kontinyu menjadi sinyal

AC sehingga mudah diamplifikasi. Penggunaan filter transparan infra

red untuk menghilangkan visible light (sinar tampak) dan detektor

mengubah IR radiasi dari panas tubuh menjadi sinyal listrik dan

disesuaika proporsi temperatur tubuh yang memancarkan radiasi. Agar

supaya dapat memberi gambaran dari seluruh permukaan tubuh maka

cermin tersebut dapat diatur secara mekanis. Posisi dan pembesaran

radiasi dari tiap-tiap bagian tubuh pasien akan tampak pada

displai/CRT/osiloskop.

Terangnya bayangan ditentukan oleh temperatur; dan posisi dari screen

(layar) disesuaikan dengan areal tubuh yang akan diskanning. Pada CRT

(display) daerah panas akan ditunjukkan sebagai bayangan hitam atau

69

putih. Syarat yang perlu diperhatikan pada waktu akan melakukan

termografi :

a. Pakaian penderita harus dilepaskan sebelum melakukan termografi

b. Penderita sebelumnya harus ditempatkan dalam ruangan yang

suhunya 210C selama 20 menit, dengan tujuan agar penderita

adaptasi terlebih dahulu sehingga pada waktu melakukan termografi

akan tampak kontras yang jelas.

Untuk memperoleh gambaran termografi yang jelas tidak cukup

dengan termografi yang monokomatis sebaiknya pakai color

termografi/termografi yang berwarna

BIOLISTRIK

1. PENDAHULUAN

70

Kelistrikan memegang peranan penting dalam bidang kedokteran. Ada dua

aspek kelistrikan dan magnetis dalam bidang kedokteran yaitu listrik dan

magnet yang timbul dalam tubuh manusia, serta penggunaan listrik dan

magnet pada permukaan tubuh manusia.

Pada tahun 1856 Caldani menunjukkan kelistrikan pada otot katak yang

telah mati. Luigi Galvani (1780) mulai mempelajari kelistrikan pada tubuh

hewan kemudian pada tahun 1786 Luigi Galvani melaporkan hasil

eksperimennya bahwa kedua kaki katak terangkat ketika diberikan aliran

listrik lewat suatu konduktor.

Arons (1892) merasakan ada aliran frekwensi tinggi melalui beliau sendiri

serta pembantunya/asistennya. Pada tahun 1899 Van Seynek melakukan

pengamatan tentang terjadinya panas pada jaringan yang disebabkan oleh

aliran frekwensi tinggi. Schliephake (1928) melaporkan tentang pengobatan

penderita dengan mempergunakan ”Short wave”

2. RUMUS/HUKUM DALAM BIOLISTRIK

Ada beberapa rumus atau hukum yang berkaitan dengan biolistrik antara lain :

hukum Ohm dan hukum Joule.

Hukum Ohm :

Perbedaan potensial antara ujung konduktor berbanding langsung dengan arus

yang melewati, berbanding terbalik dengan tahanan dari konduktor.

Hukum Ohm ini dapat dinyatakan dalam rumus :

R =

R = dalam Ohm ()

I = amper (A)

V = tegangan (Volt)

Hukum Joule :

71

Arus listrik yang melewati konduktor dengan perbedaan tegangan (V) dalam

waktu tertentu akan menimbulkan panas.

Hal ini dinyatakan dalam rumus :

V = tegangan dalam voltage

H1(kalori) = I = arus dalam Amper

t = waktu dalam detik

j = Joule = 0,239 Kal.

3. MACAM-MACAM GELOMBANG ARUS LISTRIK

Pengetahuan tentang gelombang arus listrik ini penting artinya oleh karena

dalam banyak hal berkaitan erat dengan penggunaan arus listrik untuk

merangsang syaraf motoris atau syaraf sensoris.

4. KELISTRIKAN DAN KEMAGNETAN YANG TIMBUL DALAM

TUBUH

4.1. SISTEM SYARAF DAN NEURON

Sistem saraf dibagi dalam dua bagian yaitu sistem saraf pusat dan sistem

saraf otonom.

Sistem saraf pusat :

Terdiri dari otak, medulla spinalis dan saraf perifer. Saraf perifer

ini adalah serat saraf yang mengirim informasi sensoris ke otak atau ke

medulla spinalis disebut saraf afferen sedangkan serat saraf yang

menghantarkan informasi dari otak atau medulla spinalis ke otot serta

kelenjar disebut saraf efferen.

Sistem saraf otonom :

Serat saraf ini mengatur organ dalam tubuh. Misalnya jantung,

usus dan kelenjar-kelenjar. Pengontrolan ini dilakukan secara tidak sadar.

Otak berhubungan langsung dengan medula spinalis; keduanya diliputi

cairan serebro spinalis dan dilindungi tulang tengkorak serta tulang

72

vertebralis (columna vertebralis). Berat otak 1.500 gram dan hanya 50

gram yang efektif.

Struktur dasar dari sistem saraf disebut neuron/sel saraf. Suatu sel

saraf mempunyai fungsi menerima, interpretasi dan menghantarkan

aliran listrik.

4.2. KONSENTRASI ION DI DALAM DAN DI LUAR SEL

4.3. KELISTRIKAN SARAF

Dalam bidang Neuroanatomi akan dibicarakan kecepatan impuls

saraf; serat saraf yang berdiameter besar mempunyai kemampuan

menghantar impuls lebih cepat daripada serat saraf yang berdiameter

kecil. Kalau ditinjau besar kecilnya serta saraf maka serat saraf dapat

dibagi dalam tiga bagian yaitu serta saraf tipe A, B dan C. Dengan

mempergunakan mikroskop elektron, serat saraf dibagi dalam dua tipe :

serta saraf bermyelin dan serat saraf tanpa myelin.

Serat saraf bermyelin : banyak terdapat pada manusia. Mielin

merupakan suatu insulator (isolasi) yang baik dan kemampuan mengaliri

listrik sangat rendah. Potensial aksi makin menurun apabila melewati

serat saraf yang bermielin.

Kecepatan aliran listrik pada serat saraf yang berdiameter yang

sama dan panjang yang sama sangat tergantung kepada lapisan mielin

ini. Akson tanpa mielin (diameter 1 mm) mempunyai kecepatan 20 – 50

m/detik. Serat saraf bermielin pada diameter 10 m mempunyai

kecepatan 100 m/detik. Pada serat saraf bermielin aliran sinyal dapta

meloncat dari satu simpul ke simpul yang lain.

Telah diketahui bahwa sel mempunyai lapisan yang disebut

membran sel, di dalam sel ini terdapat ion Na, K, Cl dan protein (A -). Sel

mempunyai kemampuan memindahkan ion dari satu sisi ke sisi yang

lain, kemampuan sel ini disebut aktifitas kelistrikan sel.

Dalam keadaan bisa konsentrasi ion Na+ lebih besar di luar sel dari

pada di dalam sel.

73

Pada keadaan demikian potensial di dalam sel relatif negatif

dibandingkan dengan potensial di luar sel, dalam keadaan demikian

disebut potensial membran negatif. Jika konsentrasi ion Na+ terdapat

banyak di dalamsel dari pada di luar sel, berpebdaan potensial listrik di

dalam sel lebih positif daripada di luar sel keadaan ini disebut potensial

membran positif.

Suatu saraf atau membran otot pada keadaan istirahat (tidak adanya

proses konduksi impuls listrik), konsentrasi ion Na+ lebih banyak di luar

sel dari pada di dalam sel, di dalam sel akan lebih negatif dibandingkan

dengan di luar sel. Apabila perbedaan potensial diukur dengan

galvanometer akan mencapai -90m Volt, membran sel ini disebut dalam

keadaan polarisasi, dengan suatu potensial membran istirahat -90m Volt.

Apabila suatu rangsangan terhadap membran dengan

mempergunakan listrik, mekanik atau zat kimia, butir-butir membran

akan berubah dan beberapa ion Na+ akan masuk dari luar sel ke dalam

sel. Di dalam sel akan menjadi kurang negatif dari pada di luar sel dan

potensial membran akan meningkat. Keadaan membran ini dikatakan

menjadi depolarisasi.

Suatu rangsangan yang cukup kuat mencapai titik tertentu sehingga

dapat menimbulkan depolarisasi membran, titik tertentu ini disebut nilai

ambang, dan proses depolarisasi akan berkelanjutan serta irreversible,

ion-ion Na+ akan mengalir ke dalam sel secara cepat dan dalam jumlah

yang banyak.

Pada keadaan ini potensia membran akan naik dengan cepat

mencapai overshoot +40 m Volt. Terjadinya depolarisasi sel membran

secara tiba-tiba disebut potensial aksi, yang berlangsung kurang dari 1 m

detik.

Potensial aksi merupakan fenomena keseluruhan atau tidak sama

sekali (all or none) yang berarti bahwa segitu nilai ambang tercapai,

peningkatan waktu dan amplitudo dari potensial aksi akan selalu sama,

tidak perduli macam apapun intensitas dari rangsangan. Segera setelah

74

potensial aksi mencapai puncak mekanisme pengangkutan di dalam sel

membran dengan cepat mengembalikan ion Na+ keluar sehingga

mencapai potensial membran istirahat (-90 mV). Proses ini disebut

polarisasi dan berakhir.

Mulai dengan suatu rangsangan sampai mencapai nilai ambang

timbul potensial aksi kemudian mencapai repolarisasi dan berakhir

dengan potensial membrane istirahat, keseluruhan siklus ini mencapai 3

m detik.

4.4. PERAMBATAN POTENSIAL AKSI

Potensial aksi bisa terjadi apabila suatu daerah membran saraf atau otot

mendapat rangsangan mencapai nilai ambang. Potensial aksi itu sendiri

mempunyai kemampuan untuk merangsang daerah sekitar sel membran

untuk mencapai nilai ambang. Dengan demikian dapat terjadi

perambatan potensial aksi ke segala jurusan sel membran keadaan ini

disebut perambatan potensial aksi atau gelombang depolarisasi.

Setelah timbul potensial aksi, sel membran akan mengalami repolarisasi.

Proses repolarisasi sel membran disebut suatu tingkat refrakter. Tingkat

refrakter ada dua fase yaitu periode refrakter absolut dan periode

refrakter relatif.

Periode refrakter absolut

Selama periode ini tidak ada rangsangan, tidak ada unsur kekuatan untuk

menghasilkan potensial aksi yang lain.

Periode refrakter relatif

Setelah sel membran mendekati repolarisasi seluruhnya maka dari

periode refrakter absolut akan menjadi refrakter relatif, dan apabila ada

stimulus/rangsangan yang kuat secara normal akan menghasilkan

potensial aksi yang baru

Sel membran setelah mencapai potensial membran istirahat, sel membran

tersebut telah siap untuk menghantarkan impuls yang lain.

75

Gelombang depolarisasi setelah mencapai ujung dari saraf atau setelah

terjadi depolarisasi seluruhnya, gelombang tersebut akan berhenti dan

tidak pernah terjadi aliran balik ke arah mulainya datang dari rangsangan.

4.5. KELISTRIKAN OTOT JANTUNG

Sel membran otot jantung (miokardium) sangat berbeda dengan saraf dan

otot bergaris. Pada saraf maupun otot bergaris dalam keadaan potensial

membran istirahat dilakukan rangsangan maka ion-ion Na+ akan masuk

ke dalam sel dan setelah tercapai nilai ambang akan timbul depolarisasi.

Sedangkan pada sel otot jantung, ion Na+ mudah bocor sehingga segera

setelah terjadi repolarisasi komplit. Ion Na+ perlahan-lahan akan masuk

kembali ke dalam sel dengan akibat terjadi gejala depolarisasi secara

spontan smapai mencapai nilai ambang dan terjadi potensial aksi tanpa

memerlukan rangsangan dari luar.

Untuk menentukan natural rate dari berbagai sel otot jantung yaitu waktu

antara terhitung mulai depolarisasi spontan sampai mencapai nilai

ambang setelah terjadinya repolarisasi. Interval waktu ini bisa bervariasi

oleh karena perubahan dalam hal :

1. Potensial membran istirahat

2. Tingkat dari nilai ambang

3. Slope dari depolarisasi spontan terhadap nilai ambang

Perubahan ketiga parameter itu sangat mempengaruhi mekanisme kontrol

fisiologis terhadap frekuensi jantung. Jika daerah sekitar miokardium

belum mencapai nilai ambang sedangkan bagian lain telah menghasilkan

potensial aksi, bagian ini akan dengan segera menyebabkan bagian lain

mencapai nilai ambang dan menghasilkan potensial aksi, demikian

seterusnya sehingga menghasilkan gelombang depolarisasi untuk seluruh

otot miokardium.

Pada miokardium ada sekumpulan sel utama secara spontan

menghasilkan potensial aksi yang merupakan sumber gelombang

depolarisasi yang akan dengan cepat mendepolarisasi sel otot

miokardium yang sedang mengalami istirahat, sekumpulan sel utama

76

tersebut disebut Pace Maker/perintis jantung dan “Natural rate”nya

sangat menentukan frekuensi jantung.

4.6. MACAM-MACAM GELOMBANG POTENSIAL AKSI

5. MAGNETIC BLOOD FLOW METER

Alat pengukur aliran darah magnetis berdasarkan atas prinsip induksi

magnetis. Apabila suatu konduktor listrik digerakkan dalam medan magnet

akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan gerakan

(hukum Faraday). Prinsip yang sama pula dipergunakan di sini yaitu apabila

konduktor bukan suatu kawan melainkan pipa konduksi yang ditempati pada

medan magnet dan dilewati zat alir.

Apabila darah melewati pipa konduksi tersebut, dengan rata-rata kecepatan V

melewati medan magnet B maka tegangan yang dihasilkan antara elektroda

dinyatakan :

V = B dv

V = tegangan (Volt)

B = kuat medan magnet (Gauss)

d = diameter pembuluh darah

v = kecepatan (m/sec)

Jumlah zat cair/darah yang mengalir dapat pula dihitung yaitu :

Q = x

Q = kecepatan x luas penampang

Oscilator (OSC) = meningkatkan magnetis dan mengontrol isyarat gate (pintu)

dan beroperasi pada frekwensi antara 60 – 400 Hz

6. SYOK LISTRIK

6.1. PENDAHULUAN

Syok listrik atau kejutan listrik adalah suatu nyeri pada saraf

sensoris yang diakibatkan aliran listrik yang mengalir secara tiba-tiba

melalui tubuh.

77

Kejadian syok listrik merupakan kejadian yang timbul secara

kebetulan. Tidak mengherankan dengan meluasnya listrik di rumah

tangga dan industri kejadian syok listrik akan meningkat. Tambahan

pula dengan kemajuan instrumentasi elektronik rumah sakit ada

kecendrungan meningkatnya kejadian syok listrik.

Permulaan tahun 1969 telah dilaporkan bahwa beberapa penderita

yang sedang menjalankan kateterisasi atau pemasangan pace maker lead

dapat terbunuh dengan aliran listrik di bawah normal.

Pada tahun 1970 Carl Walter dan tahun 1971 Ralph Nader telah

memperkirakan atas meninggalnya 1.200 orang Amerika setiap tahunnya

yang diakibatkan arus listrik pada waktu melakukan diagnostik dan

pengobatan.

Bahaya syok listrik sangat besar; tubuh penderita akan mengalami

ventricular fibrillation, kemudian diikuti dengan kematian. Oleh karena

itu perlu diketahui perubahan-perubahan yang timbul akibat syok listrik,

metoda pengamanan sehingga bahaya syok listrik dapat dihindari.

6.2. PEMBAGIAN SYOK LISTRIK

Penggunaan instrumentasi elektronik pada waktu melakukan

pengobatan dan diagnostik tanpa memperhatikan persyaratan yang ada

akan timbul bahaya syok.

Dalam bidang kedokteran ada dua macam syok listrik, yaitu syok yang

dibuat dengan tujuan tertentu dan syok yang timbul tanpa tujuan tertentu.

a. Syok dengan tujuan tertentu

Syok listrik ini dilakukan atas dasar indikasi medis. Dalam bidang

psikiatri dikenal dengan nama ”electric syok/electro convultion

therapy”.

Beberapa penderita psikosis (gangguan jiwa) sengaja dilakukan syok

dengan tujuan terapi di mana di antara temporalis kanan dan kiri

penderita dialiri arus listrik dalam orde 0,5 sampai 1,5 Amper

dengan tegangan sebesar 80 sampai 110 volt dalam waktu 1/10

sampai 1/5 detik.

78

b. Syok tanpa tujuan tertentu

Timbulnya syok ini akibat dari suatu kecelakaan. Faktor-faktor

yang menyokong sehingga timbulnya syok listrik antara lain :

Peralatan :

Petunjuk penggunaan alat-alat yang kurang jelas

Prosedur testing secara teratur tidak atau kurang dilakukan

Peralatan ECG yang lama tanpa menggunakan transformer.

Perorangan :

Petugas-petugas yang kurang latihan

Kurang pengertian akan kelistrikan maupun bahaya-bahaya yang

ditimbulkan

Kurang pengertian tentang cara-cara proteksi bagi petugas sendiri

maupun penderita

Syok yang timbul dari suatu kecelakaan ini dikenal dengan Earth

Syok.

Seseorang memperoleh syok apabila salah satu bagian tubuh

menyentuh kawat fasa sedangkan bagian tubuh lain menyentuh

kawat netral. Walaupun petugas telah memakai sepatu dengan alas

karet, syok dapat pula terjadi.

Berdasarkan besar kecilnya tegangan maka earth shock dapat dibagi

dalam low tension shock dan high tension shock.

1) Low tension shock (syok tegangan rendah)

Syok yang terjadi disini bertalian dengan pemakaian generator

yang menghasilkan arus listrik dengan tegangan rendah atau

bertalian dengan pemakaian lampu panas radient atau lampu

sinar ultra ungu.

2) High tension shock (syok tegangan tinggi)

Syok yang terjadi disini bertalian dengan pemakaian generator

tegangan tinggi, generator gelombang pendek atau step up

transformer. Penderita yang mengalami syok, kulit badannya

akan mengelupas seluruhnya.

79

Pada beberapa buku fisika membagi earth shock menjadi mikro

syok dan makro syok.

Pembagian ini mempunyai arti diagnostik yaitu dapat meramal

sebelumnya apakah penderita yang mengalami syok ini suatu

mikro syok atau makro syok, dengan mengingat kriteria-kriteria

sebagai berikut :

Mikro syok :

Terjadinya mikro syok oleh karena adanya aliran listrik

langsung mengikuti arteri ke jantung. Hal ini memungkinkan oleh

karena penggunaan kateter untuk pencatatan EKG; liquid filed

catteter untuk menyuntikkan pewarnaan bagi radiografi atau

mengukur tekanan darah jantung (internal blood presure) dan

pemasangan elektroda-elektroda pada alat pacu jantung.

Oleh karena beberapa kateter terbuat dari kawat yang

merupakan baha konduksi listrik yang baik dan cairan bersifat

konduktor listrik sehingga arus listrik dalam orde mikro ampere

saja telah dapat menyebabkan mikro syok.

Diduga aliran listrik sekitar 20mA dapat menyebabkan

fibrilasi ventrikel. Selain itu apabila ada kebocoran arus pada alat

yang sedang bekerja arus tidak dapat mengalir secara langsung ke

bumi tetapi akan melewati alat pacu jantung yang dipasang pada

tubuh penderita kemudian ke bumi. Pada mikro syok akan terjadi

dengan fibrilasi ventrikel kemudian diikuti dengan kematian.

Tambahan pula apabila ada dua sirkuit terpisah yang dipergunakan

sehingga memungkinkan penderita berhubungan dengan dua

ground timbullah tegangan di antara kedua permukaan konduktif di

mana salah satu permukaan mengarah kontak dengan jantung

sedangkan permukaan lainnya kontak dengan permukaan tubuh

sehingga mikro syok dapat terjadi.

80

Makro syok :

Kejadian makro syok kebanyakan mengenai petugas dari

pada penderita sendiri oleh karena kecerobohan petugas sendiri.

Salah satu elektroda menyentuh tangan sedangkan elektroda lain

menyentuh kuli bagian lain sehingga terjadi aliran listrik melalui

permukaan tubuh (kulit) dan timbullah makro syok. Tahanan kulit

berkisar 1 kilo Ohm s/d 1 M Ohm tidak mampu membendung

aliran listrik. Apabila di tempat kontak elektroda diberikan pasta,

pada watku melakukan tes EKG dapat menurunkan tahanan dan

memudahkan arus listrik yang mengalir, sehingga dapat

menimbulkan makro syok.

6.3. PARAMETER-PARAMETER YANG MEMPENGARUHI SYOK

LISTRIK

Syok semakin serius, apabila arus yang melewati tubuh semakin

besar.

Menurut hukum Ohm intensitas arus listrik tergantung kepada tegangan

dan tahanan yang ada.

(I= ) berati tegangan penting dalam menentukan berapa arus yang

dapat dilewati oleh tahanan yang diberikan oleh tubuh. Disamping itu

ada pula parameter-parameter lain yang turut berperan mempengaruhi

tingkat syok.

Dari sudut arus.

1. Seseorang akan menderita syok lebih serius pada tegangan 220 Volt

daripada tegangan 80 Volt ; oleh karena kuat arus pada tegangan 220

Volt lebih besar dari pada tegangan 80 Volt. Oleh karena nilai R

sama.

2. Basah tidaknya kulit penderita.

Kulit penderita yang berkeringat/basah akan memudahkan arus

listrik melewati kulit penderita. Ini dapat dimengerti oleh karena

81

kulit yang basah/berkeringat tahanan jauh lebih kecil bila

dibandingkan dengan kulit yang kering.

3. Basah tidaknya lantai

Lantai yang basah merupakan konduktor yang baik sehingga lebih

besar arus yang dapat melewati tubuh ke ground.

Dari sudut parameter-parameter lain

1. Jenis kelamin

Tahun 1973 Dalziel melakukan penelitian tentang nilai ambang

persepsi (arus minimum yang dapat dideteksi) dan letgo current (arus

yang dapat menyebabkan tarikan tangan kembali) yang ditunjukkan

dengan distribusi Gausian menyatakan :

a. Rata-rata threshold of perception untuk laki-laki : 1,1 mA, untuk

wanita 0,7 mA. Minimum nilai ambang persepsi : 500 A

b. Rata-rata let go current untuk laki-laki : 16 mA, untuk wanita :

10,5 mA

Minimum let go current untuk laki-laki : 9,5 mA, untuk wanita :

6 mA

2. Frekuensi AC

Hasil penelitian Dalziel ternyata frekuensi 50 – 60 Hz merupakan

minimum let go current. Dibawah 10 Hz let go current akan

meningkat dan otot-otot akan terjadi relaksasi sebagian dan di atas

beberapa ratus Hz let go current akan meningkat pula, dan otot-otot

mengalami stenght duration trade off serta refrakter jaringan yang

telah mengalami eksitasi.

3. Duration

LA Geddes dari Institute of Electrical and Electronics (1973)

melakukan penelitian terhadap binatang pony dan anjing ternyata

nilai ambang fibrilasi akan meningkat bila waktu semakin kecil

4. Berat Badan

Dari hasil penelitian terhadap binatang oleh Ferris (1936), Kiselev

1963 menunjukkan nilai ambang fibrilasi akan meningkat dengan

82

meningkatnya berat badan. Hal ini diramalkan berlaku pula bagi

manusia.

5. Jalan yang ditempuh harus

Apabila jalan yang ditempuh arus melewati jantung dan otak akan

timbul bahaya syok semakin serius.

6.4. PENGARUH SYOK LISTRIK TERHADAP ORGAN TUBUH

Di depan telah dibahas mengenai pembagian syok listrik antara lain

mikro syok dan makro syok. Perbedaan prinsip dari kedua macam syok

ini adalah besarnya arus listrik yang melewati tubuh.

Pada mikro syok tidak diperlukan arus listrik yang besar, cukup dengan

mikro Amper saja (oleh Roy 1976 limit mirko syok 10 mikro Amper):

menyebabkan fibrilasi ventrikel. Hal ini dimungkinkan oleh karena

tahanan dalam tubuh sangat kecil. Ditambah pula adanya kateter

merupakan konduktor yang bagi bagi arus listrik, maka apabila ada arus

listrik yang melewati kulit kemudian masuk ke dalam jaringan tubuh

akan terlihat jelas perubahan-perubahan/pengaruh terhadap organ tubuh

(makro syok

Tabel Effect of 60 Hz current on an average human A.C current

through intackt skin into body trunk.

Current(1 second contact)

Effect

Voltage requred to produce the current eith assumed bady

resistance10.000 Ohm 1.000 Ohm

Safe 1 mA,Current or less values1 – 8 mA

Causes no sensation not felt is at threshold perception.

Sensation of shock. Not painfull. Individual can let go at will as muscular control is not last (5 mA is accespted as maximum harmless current intencity

10 V

10 – 8 V

1 V

1 – 8 V

83

Tabel Effect of 60 Hz current on an average human A.C

current through intackt skin into body trunk (lanjutan)

Current(1 second contact)

Effect

Voltage requred to produce the current eith assumed bady

resistance10.000 Ohm 1.000 Ohm

Unsafe 8 – 15 mA

15 – 20 mA

20 – 50 mA

100 – 300 mA

G amper.

Painfull shock. Individual can let go at will beginning of sustained involuntary muscular control is not last

Painfull shock, muscular control of adjacent muscles lost. Can not let gp.

Painfull, severe muscular contraction. Breading is difficult

Ventricular fibrillation fatal if continued. Respiratory function cintinues.

Sustained ventricular contraction followed by normal heart rhythem (defribrillator). Temporary respiratory paralysis dan possibly burnsSustained ventricular contraction followed by normal heart rhythem (defribrillator). Temporary respiratory paralysis dan possibly burns

80 – 150 V

150 – 200 V

200 – 500 V

60.000 V

8 – 15 V

15 – 20 V

20 – 50 V

6.000 V

84

Pada tabel di atas terlihat besar arus berhubungan dengan tegangan

dan tahan kulit serta perubahan yang diakibatkan arus AC pada 60 Hz.

Pada arus 1 mA penderita hanya merasakan geli; ini merupakan nilai

ambang persepsi bagi pria dewasa (50%), untuk wanita kurang lebih 1/3

dari 1 mA.

Apabila arus listrik sampai 8 mA akan terjadi sensasi syok, dimana

kontraksi otot masih baik dan nyeri-nyeri belum terjadi. Arus listrik

diperbesar sekitar 8 – 15 mA terjadi rangsangan saraf dan otot sedemikian

rupa sehingga terjadi nyeri dan letih. Ini dikenal dengan syok tersiksa,

penderita saat ini sukar/tidak dapat menarik tangan kembali dan terjadi

kontraksi otot otak sadar yang menetap. Dalziel (1973) melakukan

observasi pada penderita dengan arus 18 – 22 mA akan terjadi pernapasan

tertahan apabila arus berlangsung terus.

Arus antara 20 – 50 mA otot-otot mengalami kontraksi sangat kuat,

pernafasan tampaknya sangat sulit. Pada peningkatan arus mendekati 100

mA bagian arus yang melewati jantung cukup untuk menyebabkan

fibrilasi ventrikel (nilai ambang fibrilasi rata-rata berkisar 70 – 400 mA)

dan akan mengalami kematian apabila tidak dilakukan koreksi. Apabila

arus listrik cukup tinggi 1- 6 Ampere akan terjadi kontraski miocard yang

menetap dan terjadi paralyse pernapasan/kelumpuhan pernapasan dan bila

arus listrik diberhentikan seara tiba-tiba akan defibrilisasi ventrikel.

Arus listrik 10 Ampere dengan short duration/waktu sekejap akan

menyebabkan kebakaran pada kulit; otak dan jaringan saraf akan

kehilangan fungsi eksistansi/eksitasi/kejutan apabila ada arus yang

melewatinya.

6.5. PENGOBATAN TERHADAP SYOK LISTRIK

Apabila terjadi syok listrik, AC switching segera di

”off”kan/dipadamkan dan semua elektroda harus dijauhi dari penderita.

Penderita dipindahkan dengan mempergunakan bahan-bahan isolator

agar petugas dapat terhindar dari bahaya syok. Pengobatan terhadap

syok tergantung berat ringannya syok.

85

Ringan :

Penderita diistirahatkan

Diberi minum dengan air dingin dengan tujuan agar tidak

menyebabkan vasodilatasi/pelebaran pembuluh darah dan

berkeringat banyak yang dapat menyebabkan penurunan tekanan

darah.

Berat :

Penderita ditelentangkan sedemikian rupa agar mudah bernafas.

Pakaian dibuka/dilonggarkan agar mendapat udara yang cukup,

hindari ruang yang panas/pengap yang dapat menyebabkan

vasodilatasi dan berkeringat banyak yang dapat menyebabkan

penurunan tekanan darah

Apabila kesadaran menurun dan kegagalan pernafasan dapat

dilakukan pernafasan buatan melalui ”mouth to mouth”, ”mouth to

nose atau memberi oksigen melalui kantong udara atau masker.

Kalau terjadi jantung berhenti berdenyut, lakukan mesase jantung.

6.6. PENCEGAHAN TERHADAP SYOK

Oleh karena bahaya syok sangat besar, dapat mengakibatkan

kematian sehingga dipandang perlu untuk melakukan tindakan

pencegahan meliputi alat-alat yang dipergunakan penderita, ruangan dan

petugas.

Terhadap alat listrik yang dipergunakan :

Segala alat listrik harus mempergunakan three wire cord/kabel tiga

urat dan dihubungkan ke ground seadequat mungkin

Segala tombol dan tahanan harus berada pada live (kawat fasa).

Seluruh tombol harus ”turn off” dalam posisi mati apabila tidak

dipergunakan dan sterker harus dicabut dari sumber arus apabila

tidak dipergunakan dalam jangka waktu lama

Alat pacu jantung atau kateter harus diisolasi dan hindari dari

sentuhan logam

Lakukan prosedur tes secara teratur

86

Alat-alat listrik, pipa radiator diletakkan sedemikian rupa sehingga

terhindar dari pegangan penderita.

Terhadap penderita :

Penderita diisolasikan dari ground. Hal ini agak sulit dikerjakan

oleh karena pada EKG monitor kaki kanan penderita selalu dihubungkan

ke ground. Untuk menghindari hal tersebut dapat dipergunakan

transformer.

Terhadap ruangan :

Lantai ruangan terbuat dari bahan tanpa penghantar listrik atau

dipasang karpet karet

Ruangan harus sekering mungkin

Terhadap petugas :

Diberi pendidikan keterampilan tentang penggunaan alat-alat listrik

Pendidikan terhadap bahaya syok dan tehnik proteksi yang baik

6.7. RINGKASAN

Pengaruh syok listrik terhadap organ tubuh tergantung arus yang

melewatinya serta jalan yang ditempuh. Pada makro syok, arus 8 – 15

mA telah menyebabkan kontraksi otot-otot involunter menetap dan arus

di atas 100 mA dapat menyebabkan fibrilasi ventriel dan diikuti dengan

kematian.

Apabila penderita dipasang kateter jantung atau alat pacu jantung

ke jantung penderita dengan arus 20 A telah menyebabkan fibrilasi

ventrikel ; Penderita demikian dikatakan mikro syok sensitive.

Pada penderita yang mengalami syok, ditelentangkan dan diberi

minum air dingin, lakukan pernapasan buatan masase jantung. Untuk

menghindari dari bahaya syok segala alat digroundkan, isolasi penderita

dari ground, hindari alat-alat yang berdekatan dengan penderita dan

lakukan regular testing procedur.

87