4

BAB II PEMBAHASAN

A. Kelistrikan Pada Otak Otak merupakan alat tubuh yang sangat penting dan sebagai pusat pengatur dari segala kegiatan manusia. Otak terletak di dalam rongga tengkorak, beratnya lebih kurang 1/50 dari berat badan. Bagian-bagian otak dapat dikelompokkan ke dalam berbagai cara berdasarkan perbedaan anatomis, spesialisasi fungsional, dan perkembangan evolusi.

5

Gambar 2.1. Komponen-komponen Utama Otak dikutip dari Lauralee Sherwood Fisiologi Manusia dari sel ke sistem: 116) Ringkasan Struktur dan Funsi komponen-komponen Utama Otak Komponen Otak Korteks serebrum Fungsi Utama 1. Persepsi sensorik 2. Kontrol gerakan volunteer 3. Bahasa 4. Sifat pribadi 5. Proses mental canggih, misalnya berpikir, mengingat, membuat keputusan, kreativitas dan kesadaran diri Nukleus basal 1. Inhibisi tonus otot 2. Koordinasi gerakan yang lambat dan menetap 3. Penekanan pola-pola gerakan berguna Talamus 1. Stasiun pemancar untuk semua masukan sinaps 2. Kesadaran kasarterhadap sensasi 3. Beberapa tingkat kesadaran 4. Berperan dalam kontrol motorik Hipotalamus 1. Mengatur banyak fungsi hemostatik, misalnya control suhu, rasa haus, pengeluaran urin dan asupan makanan 2. Penghubung penting antara sistem saraf dan endokrin 3. Sangat terlibat dalam emosi dan pola perilaku dasar Serebelum 1. Memelihara keseimbangan 2. Peningkatan tonus otot 3. Koordinasi dan perencanaan aktivitas otot yang tidak

6

volunteer yang terlatih Batang otak 1. Asal dari sebagian besar saraf kranialis perifer 2. Pusat pengaturan kardiovaskuler, respirasi dan pencernaan 3. Pengaturan reflex otot yang terlibat dalam keseimbangan dan postur 4. Penerimaan dan integrasi semua masukan sinaps dari korda spinalis, keadaan terjaga dan pengaktifam korteks serebrum 5. Pusat tidur

Korteks Serebrum merupakan bagian terbesar dari otak manusia, dibagi menjadi dua belahan yaitu hemisfer serebrum kiri dan kanan dihubungkan satu sama lain oleh korpus kalosum, suatu pita tebal yang mengandung sekitar 300 juta akson saraf melintang diantara kedua hemisfer. Setiap hemisfer terdiri dari sebuah lapisan luar tipis yaitu substansia grisea (bahan abu-abu) atau korteks serebrum, menutupi bagian tengah yang lebih tebal yaitu substansia alba (bahan putih). Rekaman listrik terbesar otak terletak pada korteks serebrum.

Gambar 2.2. Potongan frontal otak. http://budisma.web.id/materi/sma/biologi-kelas-xi/susunan-sarafmanusia/

7

Bagian fungsional kortkes serebrum trutama terdiri dari satu lapisan tipis neuron tebal sampai 5mm yang menutupi permukaan lipatan serebrum dan mempunyai luas total kira-kira seperempat meter persegi. Korteks serebrum total mengandung kira-kira 100 biliun neuron. Gambar 2.3 melukiskan struktur khas korteks serebrum, yang memperlihatkan lapisan berturut- turut dari berbagai kelompok sel. Sebagian terbesar sel ini terdiri dari tiga jenis: a. b. c. Granular menunjukkan noda Golgi sel tubuh dan dendrites Fusiformis piramidalis.

Enam lapisan pada kelompok sel tersebut adalah: a. b. c. d. e. lapisan I molecular lapisan II eksternal granular layer, berbentuk piramide. lapisan luar III dan IV internal granular layer lapisan V berbentuk lapisan piramide (lapisan ganglionic), laapisan VI fusiform layer

Gambar 2.3. Struktur korteks serebrum

8

Neuron yang terletak pada korteks serebrum merupakan bagian terkecil dari suatu skema saraf berfungsi untuk menerima, memaknai dan menghantarkan aliran listrik atau informasi. Neuron terdiri dari tubuh serta serabut yang menyerupai rantai. Serabutnya juga terdiri dari 2 macam yaitu dendrite dan akson.

Gambar 2.4. anatomi neuron (sel saraf) Sumber http://ehumanbiofield.wikispaces.com/Neuron+Structure+NLL Dendrit merupakan bagian dari neuron yang berfungsi menerima informasi berupa rangsangan dan sensor penerima maupun dari sel saraf yang lainnya. Sedangkan akson berfungsi menghantarkan informasi ke bagian sel saraf lain. Akson meupakan suatu salinan panjang yang tipis dan pada ujungnya terbungkus oleh suatu membrane yang berisi cairan dengan nama akosplasma (Gambar bawah). Sesampainya impuls saraf pada terminal suatu substansi saraf penghantar dilepaskan dan akan menyampaikan impuls ke penerima di sel berikutnya.Diameter khas akson 1-40m Aksoplasma Membran sel syaraf setebal 7-10mm

Gambar. 2.5. Penampang bujurAkson

9

Tahanan yang tinggi pada suaatu akson dengan penampang lintang kecil, dirumuskan: Keterangan: R= Hambatan () = Konstanta kesebandingan atau resistivitas (m) L= Panjang akson (cm) A= Luas Penampang (cm2) Akosplasma yang terdapat pada akson memiliki hambatan yang tinggi. Secarik akson dengan panjang 1cm memiliki tahanan listrik sekitar 2,5 108 .

a. Potensial Listrik Saraf Di seluruh permukaan atau membran neuron terdapat beda potensial (tegangan) yang disebabkan adanya ion negatif yang lebih di bagian dalam membran daripada di luar. Pada kondisi ini, neuron dikatakan terpolarisasi. Bagian dalam sel biasanya mempunyai tegangan 60-90 mV lebih negatif daripada di bagian luar sel. Beda potensial ini disebut potensial istirahat neuron. Gambar 2.2 menunjukkan konsentrasi skematis dari berbagai ion di dalam dan di luar suatu membran akson. Ketika neuron dirangsang, terjadi perubahan potensial sesaat yang besar pada potensial istirahat di titik rangsangan. potensi ini disebut potensial aksi, yang menyebar sepanjang akson. Potensial aksi adalah metode utama transmisi sinyal di dalam tubuh. stimulasi ini dapat disebabkan oleh rangsangan secara fisik dan berbagai reaksi kimia seperti panas, dingin, cahaya, suara, dan bau. Jika rangsangan ini berupa sinyal listrik,

10

hanya diperlukan sekitar 20 mV melintasi membran untuk memulai potensial aksi.

Gambar 2.2 Tingkat konsentrasi ion K+, Na+, Cl-, dan ion-ion protein di dalam dan luar sel (dalam mol/L). Di dalam sel lebih negatif dibandingkan di luar sekitar 60-90 mV. dengan medan listrik E. (John R. Cameron, 2003: 200). Potensial istirahat dapat dijelaskan dengan menggunakan model suatu membran yang memisahkan larutan KCl (Gambar 2.3a). KCl terdiri dari larutan ion K+ dan ion Cl-. Diasumsikan bahwa membran memungkinkan ion K+ melewatinya tetapi tidak mengizinkan lewatnya ion Cl . Ion K+ menyebar bolak-balik melintasi membran, namun, transfer bersih berlangsung dari daerah konsentrasi tinggi H ke wilayah konsentrasi rendah L. Akhirnya akibat dari gerakan ini menyebabkan kelebihan muatan positif di L dan kelebihan muatan negatif di H. Muatan tersebut berbentuk lapisan pada membran yang berfungsi untuk menghasilkan kekuatan listrik yang menghambat aliran ion K+ dari H ke L. Pada akhirnya ada suatu keseimbangan (Gambar 2.3b). Secara kualitatif, potensial istirahat sebuah saraf ada karena membran bersifat

11

impermeable (tidak dapat dilewati) terhadap ions A- (protein) yang berukuran besar, ditunjukkan pada Gambar 2.2 dan membran tersebut bersifat permeable (dapat dilewati) untuk ion K+, Na+, dan ion Cl.

Gambar 2.3 Model potensial istirahat (a) Ion K+ menyebar dari H ke L, menghasilkan beda potensial (lapisan dipol) sepanjang membran dan menghasilkan potensial. (b) keadaan seimbang. (John R. Cameron, 2003: 201). Rangsangan Sel saraf Potensial sel saraf istirahat dapat diganggu oleh: 1. Rangsangan Listrik 2. Kimia 3. Fisis/mekanik

Gambar 2.4 Gelombang aktifitas listrik sel saraf (Sumber: http://alifis.wordpress.com/category/fisika-corner/fisika-kesehatan/) Jika ada impuls, maka butir-butir membran akan berubah dan ion-ion Na+ akan masuk dari luar sel ke dalam sel. Hal ini menyebabkan dalam sel akan menjadi lebih positif daripada di luar sel, dan potensial membran meningkat. Keadaan ini disebut depolarisasi. Gangguan ini sedikit mempengaruhi potensial

12

membran, dan cepat kembali pada nilai istirahatnya= -70 mV. Jika Rangsangan tersebut kuat, menyebabkan terjadinya depolarisasi dari -90mV menjadi -50 mV ( potensial ambang). Terjadinya depolarisasi menyebabkan perubahan potensial menjadi terbuka. Ion-ion Na+ mengalir masuk ke dalam sel dengan cepat dan dalam jumlah banyak, sehingga menimbulkan arus listrik : I= dq/dt Keterangan : I = Kuat arus (amper)

dq/dt = perubahan muatan per satuan waktu Aliran Na+ menyebabkan terjadinya perubahan potensial listrik menjadi +40mV. Setelah depolarisasi, saluran Na+ tertutup selama 1 ms sampai membran tidak dapat dirangsang lagi. Perubahan transien pada potensial listrik di antara membran disebut potensial aksi. Setelah mencapai puncak mekanisme pengangkutan di dalam sel membran dengan cepat mengembalikan ion Na+ ke luar sel sehingga membran kembali ke keadaan potensial istirahat. Gambar 2.5 menunjukkan bagaimana skema akson menyebarkan potensial aksi. Grafik dari potensial yang diukur antara titik P dan bagian luar akson juga ditampilkan. Akson ini memiliki potensial istirahat dari sekitar -80 mV (Gambar 2.5a). Jika ujung kiri akson dirangsang, dinding membran menjadi menyerap ion Na+ dan ion ini berjalan melalui membran, hal ini menyebabkan terjadinya depolarisasi. Bagian dalamnya sesaat menjadi bermuatan positif dengan tegangan sekitar 50 mV. Potensial aksi di bagian yang dirangsang menyebabkan pergerakan ion, seperti yang ditunjukkan oleh tanda panah pada Gambar. 2.5b, yang menyebabkan depolarisasi di bagian sebelah kanan (Gambar 2.5c, d, dan e). Sementara itu di titik rangsangan asal telah pulih (repolarisasi) karena ion K+ telah pindah keluar untuk mengembalikan potensial istirahat (Gambar. 2.5c, d, dan e).

13

Gambar 2.5 Transmisi impuls saraf sepanjang akson. (a) potensial istirahat akson sekitar 80 mV. (b) rangsangan pada bagian kiri menyebabkan depolarisasi membran. (c) Arus positif mengalir pada tepi leading. (d dan e) Sementara itu, ion K+ keluar dari inti akson dan memulihkan potensial istirahat (repolarisasi membran). Tegangan yang berpindah sepanjang saraf adalah potensial aksi. (John R. Cameron, 1978: 187) Potensial aksi kebanyakan neuron dan sel-sel otot, berlangsung selama beberapa mili detik, namun potensi aksi untuk otot jantung berlangsung lama sekitar 150-300 mili detik (Gambar 2.6). Rekaman neutransmiter listrik pada sinyal kortek melewati serebrum sinaps. terjadi karena

membawa

Neurotransmiter

digunakan untuk komunikasi antar sel yang membawa sinyal melewati sinaps. Sinaps merupakan titik temu antara terminal akson salah satu neuron dengan neuron lain . Terminal akson neuron prasinaps , yang menghantarkan potensial aksi menuju ke sinaps berakhir disebuah ujung yang sedikit menggelembung yang disebut kepala sinaps ( synaptic knob )

14

. Kepala sinaps mengandung vesikel sinaps yang menyimpan zat perantara kimiawi spesifik , kepala sinaps berada sangat dekat tetapi tidak berkontak langsung dengan neuron pascasinaps. Neuron pascasinaps yaitu neuron yang potensial aksinya menjalar menjauhi sinaps. Ruang antara neuron prasinaps dan neuron pascasinaps disebut celah sinaps yang merupakan tempat sekresi sinapstik bila ada rangsangan atau stimulus . Sinaps hanya beroperasi dalam satu arah yaitu neuron prasinaps menuju neuron pascasinaps . Potensial aksi di neuron prasinaps menyebabkan pengeluaran neurotransmitter yang berikatan dengan reseptor di neuron pascasinaps. Suatu potensial aksi di neuron prasinaps telah merambat ke terminal akson neuron prasinaps. Struktur dan kejadian yang terjadi di sebuah sinaps antara lain: 1. suatu potensial aksi di neuron prasinaps telah merambat sampai ke terminal akso, perubahan potensial ini akan mencetuskan pembukaan saluran-saluran Ca++ gerbang voltase dan diikuti masuknya Ca++ di kepala sinaps 2. Saluran kalsium menginduksi pelepasan neurotransmitter secara eksotosis dari vesikel-vesikel sinaps ke celah sinaps 3. Neuotransmitter yang dibebaskan akan berdifusi melintasi celah dan berikatan dengan reseptornya di membran subsinaps 4. pengikatan ini mencetuskan pembukaan saluran saluran ion spesifik dimembran pascasinaps 5. Suatu saluran gerbang perantara kimia berbeda dengan saluran gerbang voltase yang bertanggung jawab terhadap potensial aksi dan influx Ca++ ke kepala sinaps. subsinaps yang mengubah permeabilitas neuron

15

Gambar 2.4. Struktur Sinaps

16

berdasarkan hal tersebut dua jenis sinaps yaitu 1) sinaps eksitatorik suatu potensial pasca sinaps eksitatorik (EPSP) yang di timbulkan oleh pengaktifan sebuah prasinaps eksitatorik menyebabkan neuron pascasinaps mendekati potensial ambang. 2) Sinaps Inhibitorik terdiri dari gaba , glisin dan taurin , potensial pascasinaps inhibitorik (IPSP) yang timbul pengaktifan masukan prasinaps inhibitorik menyebakan neuron pascasinaps semakin menjauhi potensial ambang . Transmitter ini dapat dapat di inaktifasi oleh enzim-enzim spesifik didalam membransubsinaps atau secara aktif diserap kembali oleh terminal akson oleh mekanisme transportasi dimembran prasinaps , setelah berada dikepala sinaps , transmitter dapat disimpan dan dikeluarkan dilain waktu ( daur ulang ) sebagai respon terhadap potensial aksi berikutnya atau dihancurkan oleh enzim-enzim di dalam kepala sinaps .Metode yang digunakan bergantung pada setiap sinaps . Korteks serebrum merupakan bagian otak yang menghasilkan listrik terbesar . listrik yang ditimbulkan pada korteks serebrum sebagian besar bukan disebabkan oleh potensial aksi tetapi mencerminkan aktivitas potensial pascasinaps kolektif sesaat (EPSP dan IPSP) Hubungan antara dua buah neuron disebut sinapsis; berakhirnya saraf pada sel otot/hubungan saraf otot disebut Neuromnyal junction. Baik sinapsis maupun Neuromnyal junction mempunyai kemampuan meneruskan gelombang depolarisasi dengan cara lompat dari satu sel ke sel yang berikutnya. Gelombang depolarisasi ini penting pada sel membran sel otot, oleh karena pada waktu terjadi depolarisasi, zat kimia yang terdapat pada otot akan trigger/bergetar/berdenyut menyebabkan kontraksi otot dan setelah itu akan terjadi repolarisasi sel otot hal mana otot akan mengalami relaksasi.