Download - Astri - Dr. Julius - Sains Terapi Listrik

Sains Terapi Listrik dan

Fisika Cahaya

Pembimbing :

dr. Julius Aliwarga, SpKFR-K

Penyaji :

Setia Wati Astri Arifin

Topik Bahasan

Komponen Arus Listrik Tipe arus listrik Rangkaian listrik Konduktivitas Jaringan

Tubuh Gelombang Listrik Modulasi Arus Listrik Respons Fisiologis

terhadap Arus Listrik

Energi Radiasi Radiasi Elektromagnetik Aplikasi pada modalitas

terapeutik

Komponen Arus Listrik

Setiap benda terdiri dari atom-atom yang mengandung ion bermuatan positif dan negatif.

Ion bermuatan negatif disebut elektron.

Gaya listrik mampu menyebabkan perpindahan ion dari tingkat energi yang tinggi ke tingkat energi yang rendah, sehingga terjadi potensial listrik.

Hooker DN, Prentice WE. Basic principles of electricity and electrical stimulating currents. Dalam: Prentice WE, Quillen WS, Underwood F. Therapeutic modalities in rehabilitation. 4th ed. USA: The McGraw-Hill Companies, 2011.


Elektron bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah. Pergerakan elektron disebut arus listrik (Ampere) 1 Ampere = pergerakan 1 Coulomb (C) atau 6,25 x 1018 elektron

per detik (kecepatan aliran elektron) Pada modalitas terapeutik, arus listrik dinyatakan dalam

miliampere (mA = 1/1000 A) atau mikroampere (µA = 1/1.000.000 A)



Gaya elektromotif untuk menghasilkan aliran elektron dinamakan Volt.

Voltase adalah gaya yang dihasilkan dari akumulasi elektron pada suatu titik dalam rangkaian listrik, yang umumnya merupakan respons terhadap defisit jumlah elektron pada titik lain di sirkuit tersebut.

Bila 2 titik dihubungkan dengan konduktor yang sesuai, perbedaan potensial menyebabkan elektron berpindah dari populasi elektron yang tinggi ke populasi elektron yang rendah.



Konduktor

Material memudahkan pergerakan elektron. Terdiri dari sejumlah besar elektron bebas.

Logam tembaga, emas, perak, aluminium, atau larutan elektrolit

Insulator

Material yang terdiri dari sedikit elektron bebas, sehingga memiliki hambatan besar terhadap aliran elektron dan sulit dilalui elektron.

Udara, kayu, atau kaca


Penghantar Aliran Elektron

Konduktansi

Istilah untuk menyatakan kemudahan suatu medium konduksi dalam menghantarkan listrik

Satuan : Siemans

Resistensi atau Impedans Elektrik

Tahanan yang diberikan suatu media konduksi terhadap aliran listrik; dinyatakan dalam satuan ohm.


Hukum Ohm

I = arus listrik (Ampere)

V = voltase (Volt)

R = resistansi (ohm)

Bila voltase sama, resistansi tinggi aliran arus listrik << dan sebaliknya.

I = V / R


Daya Listrik

P = daya listrik (Watt) hasil gaya elektromotif atau, tegangan dan jumlah arus listrik V = voltase (Volt) I = arus listrik (Ampere)

1 Watt adalah daya listrik yang diperlukan untuk menghasilkan arus listrik 1 Ampere pada tegangan 1 Volt.

P = V x I


Direct current (DC)

• Galvanic Current• Mempunyai aliran

elektron yang tidak terputus dan satu arah ke kutub positif

• Pada beberapa alat DC modern, polaritas dapat diubah sehingga dapat berefek fisiologis seperti AC

Alternating Current (AC)

• Aliran listrik secara berkesinambungan ke dua arah

• Berubah arah secara konstan dan mengubah polaritasnya

• Namun selalu berjalan dari kutub negatif ke kutub positif

Pulsatile Currents (PC)• Russian currents

• Umumnya memiliki 3 atau lebih gelombang yang berkelompok bersama dan dapat berjalan satu arah atau dua arah

• Kelompok gelombang ini terinterupsi untuk jangka waktu yang pendek dan berulang kembali dengan interval reguler

Frekuensi

Adalah jumlah siklus arus listrik yang dihasilkan; dinyatakan dalam Hertz atau pulses per second (pps) atau cycles per second (cps).

Contoh: 60 Hz = 60 complete cycles per second.

Generator yang menghasilkan arus elektroterapeutik dapat diarahkan menjadi AC atau DC.

Perangkat yang disambungkan ke

sumber listrik standar

menghasilkan arus AC dengan

voltase 220 V dan menghasilkan

120 x perubahan arah, atau 60

Hz .

Perangkat yang dijalankan oleh

baterai menghasilkan arus DC

dengan voltase antara 1,5 V dan

9 V

Generator Arus Elektroterapeutik


Perangkat yang disambungkan ke sumber listrik standar

menghasilkan arus AC dengan voltase 220 V dan

menghasilkan 120 x perubahan arah, atau 60 Hz .

Perangkat yang dijalankan oleh baterai menghasilkan arus

DC dengan voltase antara 1,5 V dan 9 V.

Generator Arus Elektroterapeutik


Rangkaian Listrik Seri dan Paralel

Adalah jalur arus listrik mulai dari sumber listrik, melalui berbagai komponen, kemudian kembali ke sumber listrik tersebut.

Komponen dasar:

1. sumber listrik

2. media konduksi

3. Komponen yang memberikan tahanan listrik


Rangkaian Listrik Seri

Hanya ada satu jalur aliran listrik dari satu terminal ke terminal lain.

Arus listrik pada tiap titik adalah sama.

Total resistensi arus listrik adalah penjumlahan seluruh resistensi komponen dalam sirkuit.

Total voltase pada awal sirkuit sama dengan penjumlahan voltase yang menurun pada tiap komponen.


Rangkaian Listrik Paralel

Komponen resistor diletakkan bersampingan dengan masing-masing ujung terhubung.

Aliran arus listrik tergantung resistansinya.

Voltase tiap resistor adalah sama. Penambahan resistansi ke sirkuit berdampak menurunkan

resistansi total.


Pada Electrical Stimulating Units yang ditempatkan pada kulit Rangkaian listrik merupakan kombinasi sirkuit seri dan paralel.


Jaringan Tubuh Konduktivitas

Kulit • Tergolong insulator

• Memberikan tahanan pada aliran listrik.

• Semakin besar resistansi kulit, maka semakin besar voltase yang diperlukan untuk menstimulasi saraf dan otot di bawah kulit.

• Perubahan kimia pada kulit dapat mengubah resistensi kulit

Darah • Mengandung banyak air dan ion sehingga merupakan konduktor terbaik dibandingkan semua jaringan.

Otot • Mengandung 75% air dan kontraksi otot tergantung pergerakan ion. Cenderung meneruskan impuls listrik lebih efektif pada arah longitudinal daripada arah transversal.

Tendon • Tendon otot lebih padat dari otot dan mengandung sedikit air, sehingga menjadi konduktor yang buruk.


Jaringan Tubuh Konduktivitas

Lemak • Lemak mengandung 14% air dan merupakan konduktor yang buruk

Saraf • Konduktivitas saraf perifer 6 kali lebih baik dibandingkan otot, tetapi saraf dikelilingi oleh lemak dan jaringan fibrosa yang merupakan konduktor yang buruk.

Tulang • Tulang hanya mengandung 5% air, merupakan konduktor terburuk.


Gelombang Listrik

Gelombang listrik adalah representasi grafik dari bentuk, arah, amplitudo, durasi, dan frekuensi pulse dari arus listrik yang dihasilkan perangkat elektroterapeutik; seperti terlihat pada oscilloscope.

Jenis gelombang listrik:• Sinusoidal• Rectangular• Square• Spiked


Gelombang Listrik

Pulse = individual

waveform Phase = bagian dari pulse yang berjalan pada

satu arah (baik itu di atas atau di bawah) garis batas selama jangka waktu tertentu.

1 pulse bisa terdiri dari satu atau beberapa phaseHooker DN, Prentice WE. Basic principles of electricity and electrical stimulating currents. Dalam: Prentice WE, Quillen WS,

Underwood F. Therapeutic modalities in rehabilitation. 4th ed. USA: The McGraw-Hill Companies, 2011.

Gelombang Listrik

DC monofasik karena memiliki 1 pulse dan 1 phase.

AC bifasik, memiliki 2 phase terpisah dalam 1 pulse, dapat simetris atau asimetris.

PC memiliki durasi pulse singkat, dapat monofasik atau bifasik.


Gelombang Listrik

Periode antara 2 phase disebut interval interphase.

Periode antara 2 pulse, di saat arus tidak mengalir, disebut interval interpulse.


Gelombang Listrik

Amplitudo Amplitudo tiap pulse

menunjukkan intensitas maksimal arus listrik, dan dinyatakan dalam Ampere.


Gelombang Listrik

Muatan Pulse Jumlah listrik yang dialirkan

diberikan ke pasien pada tiap pulse; dinyatakan dalam Coulomb.

Arus monofasik, muatan phase = muatan pulse dan selalu >0.

Arus bifasik, muatan pulse = jumlah muatan phase


Gelombang Listrik

Rate of rise/ Rise time Waktu yang diperlukan pulse untuk mencapai amplitudo

maksimal pada tiap phase kepentingannya secara fisiologis yaitu karena fenomena

akomodasi, dimana serabut yang dapat berdepolarisasi pada level konstan menjadi tidak terangsang pada intensitas atau amplitudo yang sama.

Decay time Waktu yang diperlukan pulse untuk kembali ke titik 0 dari

puncak amplitudo.Hooker DN, Prentice WE. Basic principles of electricity and electrical stimulating currents. Dalam: Prentice WE, Quillen WS,


Gelombang Listrik

Durasi Pulse

Durasi setiap pulse mengindikasikan

Panjang waktu aliran listrik dalam satu siklus.

Pada aliran monofasik, durasi phase sama dengan durasi pulse.

Pada aliran bifasik, durasi pulse ditentukan oleh kombinasi durasi phase.

Frekuensi PulseJumlah pulse per second. Hooker DN, Prentice WE. Basic principles of electricity and electrical stimulating currents. Dalam: Prentice WE, Quillen WS,


Modulasi arus Listrik Modulasi arus listrik mengacu pada perubahan

amplitudo, durasi, dan frekuensi dari arus listrik dalam 1 siklus gelombang listrik.

Tipe Modulasi arus listrik: Continuus Burst Beat Ramping


1. Modulasi Continuous

Amplitudo arus listrik tetap sama dalam beberapa detik atau menit. Ion tertarik ke kutub yang berlawanan. Akumulasi ion bermuatan selama periode waktu tertentu menciptakan suasana asam atau basa yang dapat memiliki nilai terapeutik. Disebut juga medical galvanism.

Bila amplitudo cukup besar untuk menghasilkan kontraksi otot, kontraksi terjadi hanya saat arus mengalir atau berhenti. Pada arus kontinu direk, kontraksi otot terjadi saat arus mengalir atau berhenti mengalir.


2. Modulasi Burst

Terjadi bila PC atau AC mengalir selama durasi singkat (ms), lalu berhenti untuk waktu singkat (ms) dalam siklus berulang.

Pulse kombinasi ini dikenal sebagai burst, packets, envelopes, atau pulse trains. Interupsi antara burst disebut interval interburst. Interval interburst terlalu singkat untuk menimbulkan efek kontraksi otot. Interval interburst memiliki efek yang sama dengan single pulse.


3. Modulasi Beat

Terjadi bila 2 bentuk AC dengan frekuensi berbeda dialirkan ke 2 pasang elektrode yang terpisah melalui saluran yang terpisah dalam satu generator. 2 pasang elektrode diatur dalam pola menyilang atau menyerupai daun semanggi sehingga sirkuit saling memengaruhi.

Pola ini menghasilkan frekuensi beat yang sama dengan perbedaan frekuensi antara 2 frekuensi arus bifasik.


4. Modulasi Ramping/Surging

Amplitudo akan meningkat secara gradual (ramp up) untuk mencapai preset maksimum atau juga dapat menurun (ramp down).

Stimulator modern dapat mengatur waktu agar dapat menyala dan mati antara 1-10 detik.

Digunakan secara klinis untuk meningkatkan kontraksi otot, dan dianggap sebagai tipe arus yang nyaman karena dapat menyebabkan peningkatan intensitas kontraksi otot yang bertahap.


Respons Fisiologis terhadap Arus Listrik

Listrik memiliki efek berbeda terhadap setiap sel dan jaringan yang dilewatinya.

Jenis dan luasnya respons tergantung tipe jaringan dan karakteristik respons jaringan, serta arus listrik yang diberikan (tipe arus listrik, intensitas, durasi, voltase).

Klinisi menggunakan arus listrik untuk menghasilkan kontraksi otot atau memodifikasi impuls nyeri melalui nervus sensorik dan motorik.


Respons Fisiologis terhadap Arus Listrik

Aliran arus listrik terhadap jaringan tubuh dapat memberikan efek termal, efek kimiawi, dan efek fisiologis.

Aliran arus listrik menyebabkan peningkatan suhu pada jaringan konduktor. Pada jaringan tubuh dengan resistansi tinggi, maka diperlukan waktu pemanasan lebih panjang.


Fisika Cahaya

Energi Radiasi Proses berjalannya energi (dalam berbagai bentuk)

melalui ruang. Setiap benda yang menghasilkan energi,

meradiasikannya dalam bentuk panas. Ultraviolet, inframerah, dan sinar tampak diproduksi

oleh panas. Beberapa modalitas terapetik yang menggunakan

energi radiasi antara lain: infra merah, diatermi, ultraviolet, laser, dan electrical stimulation.

Prentice WE, Blake B. The basic science of therapeutic modalities. Dalam: Prentice WE, Quillen WS, Underwood F. Therapeutic modalities in rehabilitation. 4th ed. USA: The McGraw-Hill Companies, 2011.

Radiasi Elektromagnetik Saat sebuah objek mendapatkan gaya kimia yang

cukup dan intens atau gaya elektrik, maka energi radiasi dalam berbagai bentuk dapat dihasilkan karena adanya pergerakan elektron.

Saat suhu suatu zat meningkat, vibrasi molekul meningkat aktivitas elektron meningkat.

Pergerakan elektron menghasilkan gelombang elektromagnetik. Semakin tinggi suhu, semakin besar frekuensi gelombang elektromagnetik.


Gelombang Elektromagnetik

V = velocity, kecepatan gelombang λ = (lamda) panjang gelombang dari puncak satu ke

puncak berikutnya. f = frekuensi, jumlah gelombang yang terbentuk

dalam satu detik (Hertz).

V = λ x f

V = 300.000.000 m/s atau 3x108 m/sPrentice WE, Blake B. The basic science of therapeutic modalities. Dalam: Prentice WE, Quillen WS, Underwood F.

Therapeutic modalities in rehabilitation. 4th ed. USA: The McGraw-Hill Companies, 2011.

Jenis – jenis Gelombang Elektromagnetik

Ozdemir F, Kargi A. Electromagnetic Waves and Human Health. Diambil dari http://www.intechopen.com/books/electromagnetic-waves/electromagnetic-waves-and-human-health tanggal 2 September 2014

V = 300.000.000 m/s atau 3x108 m/s

http://www.intechopen.com/books/electromagnetic-waves/electromagnetic-waves-and-human-health

Radiasi Elektromagnetik

Semua radiasi elektromagnetik dalam spektrum ini memiliki karakteristik umum yang sama: 1. Dihasilkan bila sebuah objek mendapatkan gaya kimia yang

cukup dan intens atau gaya elektrik.2. Memiliki kecepatan yang sama3. Arah perjalanan energi selalu lurus4. Dapat direfleksi, refraksi, diserap atau ditransmisikan,

tergantung pada media yang dikenainya.

Radiasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh modalitas terapetik juga memiliki karakteristik yang sama

Bila radiasi tersebut mengenai jaringan tubuh, kecepatan dan arah radiasi dapat berubah tergantung dari jenis jaringan tubuh.


Aplikasi pada Modalitas Terapetik

Umumnya, radiasi dengan lamda terpanjang akan berdampak penetrasi yang lebih besar, tanpa dipengaruhi frekuensi.


Modalitas Terapetik

Arndt Schultz Principle

Law of Grotthus-Draper

Cosine Law

Inverse Square Law


Modalitas Terapetik

Tidak ada reaksi atau perubahan yang dapat terjadi pada jaringan tubuh bila jumlah energi yang diabsorbsi tidak cukup untuk menstimulasi jaringan target.

Arndt Schultz Principle


Modalitas Terapetik

Energi elektromagnetik yang mengenai kulit, dapat direfleksikan dari permukaan (sehingga tidak menimbulkan respons fisiologis); dapat berpenetrasi ke jaringan tubuh/ lapisan kulit dan beberapa akan diabsorpsi pada permukaan superfisial.

Energi yang tidak terabsorpsi akan diteruskan ke lapisan jaringan yang lebih dalam (jaringan lemak dan otot).

Perbedaan densitas pada kedua jenis jaringan tersebut menyebabkan energi elektromagnetik direfraksikan.

Law of Grotthus-Draper


Modalitas Terapetik

Energi radiasi akan lebih mudah ditransmisikan pada jaringan tubuh yang lebih dalam apabila sumber radiasi diarahkan pada sudut yang tepat pada area yang akan diradiasi.

Cosine Law


Modalitas Terapetik

Intensitas radiasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumber radiasi ke area radiasi.

Contohnya, saat menggunakan lampu infra merah untuk area punggung bawah, bila jarak lampu dan punggung 10 inci, maka intensitas energi pada permukaan kulit akan 4x lebih besar dibandingkan bila jarak lampu dan punggung 20 inci.

Inverse Square Law


TERIMA KASIH