Stimulasi listrik

   Listrik berperan penting di dalam kontrol sistem fungsi tubuh manusia. Muatan listrik menentukan respon seluler terhadap stimulasi, meliputi resting state, treshold state, active state. Resting state adalah respon dasar sel saat besar stimulasi di bawah batas minimum aktifasi sel; threshold state adalah respon sel saat besar stimulasi mencapai batas minimum aktifasi sel; active state adalah respon sel saat besar stimulasi melebihi batas minimum aktifasi sel. Bentuk aktifasi sel beragam, bergantung jenis dan fungsi sel, contoh : sel endokrin mensekresi hormone, sel B limfosit mensekresi antibodi, sel makrofag yang melakukan fagositosis dan sel otot yang berkontraksi.

Listrik dapat tercipta manakala terdapat perbedaan muatan listrik antara satu bagian tertentu dengan bagian yang lain. Di dalam tubuh manusia, kita mengenal dua bagian kompartemen besar yang berisi cairan. Bagian yang terletak di dalam sel, dibatasi oleh membran sel disebut cair intra sel (cis). Sedangkan bagian yang terletak di luar sel disebut dengan cair ekstra sel (ces). Komponen penyusun cis dan ces sebagian besar adalah elektrolit yang mengandung ion bermuatan listrik. Semakin besar perbedaan muatan listrik antara cis dan ces, semakin besar pula potensi listrik yang dihasilkan. Perbedaan muatan listrik antara cis dan ces inilah yang disebut dengan beda potensial membran.

Komposisi di dalam cis dan ces bersifat dinamis dan selalu berubah, mengingat kedua kompartemen tersebut saling berhubungan. Pada saat resting, komposisi ion cis dan ces menghasilkan bedaan muatan listrik, dimana muatan listrik cis lebih kecil dibandingkan dengan muatan listrik ces. Beda potensial tersebut terukur dengan galvanometer menghasilkan nilai negatif (pada sel syaraf = -70 m volt). Nilai negatif mengisaratkan bahwa muatan listrik cis kurang 70 volt daripada ces. Artinya, muatan positif relatif lebih banyak pada ces, sedangkan muatan negatif relatif menumpuk di cis. Perbedaan inilah yang kemudian disebut dengan resting membrane potensial (RMP)

Stimulasi listrik

Stimulasi listrik ini bekerja dengan cara yang sama seperti impuls listrik dari pusat sistem syaraf yang menghasilkan kontraksi otot dan menghasilkan gerakan atau sensasi. Metode pemberian stimulasi listrik ini dikenal dengan Functional Electrical Stimulation (FES). FES adalah metode untuk mengembalikan atau membantu pasien yang mengalami kehilangan fungsi gerak yang disebabkan oleh Spinal Cord Injury (SCI) atau Cerebrovascular disease. FES memanfaatkan arus listrik yang rendah untuk diberikan pada otot atau syaraf tepi untuk menghasilkan kontraksi otot.

Functional electrical stimulation atau FES merupakan perangkat stimulasi listrik yang langsung merangsang saraf dan otot atau neuromuscular. Perangkat tersebut juga dinamakan neuroprosthese. Pada penggunaan awal FES digunakan dengan memasang elektroda pada bagian permukaan tubuh, namun mengingat masalah kosmetik dan komplikasi medic kemudian diubah dengan metode pemasangan implant. Elektroda yang terpasang kemudian diset melalui alat pacu untuk mengintegrasikan antara fungsi sensorik, motorik dan otonom. Pada aplikasi kilnis pada alat ini dapat dimanfaatkan untuk aktivitas hidup sehari-hari seperti untuk stimulasi otot dan saraf pada otot tungkai dan saraf sacral untuk pemulihan kandung kemih, fungsi usus, fungsi saraf frenikus atau diaprgma untuk respon pernapasan atau batuk.

Pemberian FES yang terkontrol memberikan efek sensasi pada otot sehingga berkontraksi dan menciptakan gerak yang selain bermanfaat sebagai pelatihan bagi pasien, juga dilaporkan bahwa pasien yang mendapat terapi dengan FES mengalami perbaikan pada sambungan neuron sinapsis pada syaraf motoriknya. Gerak manusia yang diinduksi oleh FES membutuhkan metode control yang tepat untuk mengembalikan fungsi gerak yang diinginkan. Pengontrolan FES terhadap fungsi gerak manusia sangat sulit dan kompleks karena ketidaklinearan respon sistem neuro-muscular (P.E Cargo, P.H.Peckam and G.B Thrope, 1980), respon subjek yang bervariasi, karakteristik otot yang distimulasi berubah dari waktu ke waktu (A.Trnkoczy, 1974) dan muscle fatique (M.Levy, J.Mizrahi, 1990).

Efek dari Stimulasi listrik

Elektrolisa: mengalirnya arus searah ke dalam tubuh manusia dapat menyebabkan perpindahan ion2 dari polaritas berlawanan ke arah yang berlawanan, yang apabila berlangsung dalam orde beberapa menit dapat mengakibatkan pembengkakan akibat elektrolisa

Terbakar: jika arus listrik mengalir melalui zat yang mempunyai hambatan listrik, akan terjadi panas. Efek tersebut dapat berakibat terbakarnya jaringan tubuh tergantung dari besarnya arus

Kejang otot: Jika ada stimulasi listrik mengenai motor saraf atau otot, maka otot akan terstimulasi, berkontraksi. Apabila keberlangsungan stimulasi cukup lama, maka akan terjadi kejang pada otot.

Napas terhenti: apabila kekejangan terjadi pada otot antar rusuk (intercostal muscels) yang menghantarkan pernapasan, maka pernapasan terhenti

Jantung berhenti: apabila otot jantung mengalami kejang, maka proses pemompaan dari jantung berhenti

Fibrilasi Ventricular: apabila arus listrik masuk ke dalam jantung cukup untuk membangkitkan bagian dari otot jantung, maka  perambatan normal dari aktivitas listrik dalam jantung akan terganggu. Apabila gangguan tersebut cukup besar detak jantung dapat mencapai 300 beat/menit, sehingga proses pemompaan di jantung terhenti yang mengakibatkan kematian. Ambang batas  arus untuk fibrilasi ventrikular adalah sekitar 75 sampai 400 mA.