Biolistrik

 Dasar fisika Biolistrik

• Bioelektrisitas merupakan segala yang bersangkutan dengan kelistrikan yang dihasilkan oleh tubuh.
• Kelistrikan berkaitan dengan muatan, ion dalam tubuh dan medan listrik yang dihasilkan oleh ion dan muatan tersebut, serta tegangan yang dibangkitkannya.

Sejarah 

“The idea grew that in the animal itself there was an indwelling electricity. We were strengthened in such an assumpion of a very fine nervous fluid that during the phenomenon flowed into the muscle from the nerve, similar to electric current ... “ – Luigi Galvani, 1791 (1737–1798)

Definisi

• Voltase (V) : satuan energi potensial yang dihasilkan berbagai kutub
• Beda potensial : voltase yang diukur antara 2 GGk
• Arus listrik (I) : aliran listrik di antara 2 GGk (dibawa oleh ion)
• Tahanan (R) : hambatan pada aliran listrik
• Insulator : substansi yang memiliki tahanan listrik besar (mis. mielin)
• Konduktor : substansi yang memiliki tahanan listrik rendah (mis. sitoplasma)

Potensial Membran

• Pemisahan muatan yang berlawanan melintasi membran sel atau perbedaan jumlah relatif kation dan anion di cairan intraselular dan ekstraselular (kapasitansi)
• Faktor penentu potensial membran: 
• Gradien konsentrasi ion -> dipertahankan pompa (Na+)(K+)ATPase 
• Permeabilitas membran terhadap ion -> membran semi permeabel & kanal ion

Komposisi ion tubuh

    Dari gambar diatas dapat kiita amati, karena plasma dan cairan interstitial termasuk cairan ekstraseluler, biasanya kebanyakan itu Natrium dan klorida. Natrium dan klorida bisa kita ibaratkan dua pasangan yang tidak tak terpisahakan. Sebaliknya yang banyak dalam caian intraseluler adalah kalium.

Kanal ion

• Terbuka tanpa rangsangan
• Pada keadaan istirahat, membran sel lebih mudah dilalui oleh K+ dibandingkan dengan Na+ karena terdapat jauh lebih banyak kanal pasif K+ dibandingkan kanal pasif Na+

Kanal Berpintu

• Pengaturan kimia
• Pengaturan listrik/voltase
• Pengaturan mekanik

Potensial Membran Istirahat

Dalam keadaan istirahat, antara sisi dalam dan luar membran sel terdapat suatu beda potensial yang disebut dengan potensial istirahat sel (cell resting potential). Potensial ini berpolaritas negatif disisi dalam dan positif di sisi luar membran sel. 

Pompa Na+ - K+ Atpase

Dua Jenis Gradien

1. Gradien kimia : ditimbulkan oleh perbedaan konsentrasi satu ion di kedua sisi membran plasma. Konsentrasi kalium intasel yang tinggi cenderung menyebabkan K+ meninggalkan sel.
2. Graien listrik : ditimbulkan oleh perbedaan jumlah total partikel bermuatan positif dan negatif di kedua sisi membran plasma.

• Kelebihan muatan partikel negatif di dalam sel menyebabkan intrasel bermuatan negatif.
• Perhatikan bahwa meskipun konsentrasi K+ tetap lebih tinggi di dalam sell, imbangan TOTAL dari muatanlah yang penting.
• lebih banyak muatan (+) diluar sel dibandingkan di dalam sel 

Ekuilibrium = Imbangan

1. Ekuilibrium kimia : saat proses difusi menyebabkan terdapatnya  sejumlah ion tertentu (spesifik) yang sama di kedua sisi membran.
2. Ekuilibrium elektrik : Saat jumlah total ion (+) dan (-) sama di kedua sisi membran (beda potensial = 0)

Gradien Elektrokimia

1. Jumlah kedua gradien, kimia dan elektrik. Gradien "keseluruhan" ini hanya berlaku untuk satu ion. Contoh: "gradien elektrokimia Na+" atau " gradien elektrokimia K+"
2. Graduen elektrokimia menunjukkan kecenderungan arah pergerakan ion (kedalam atau keluar sel)
3. Pada ekuilibrium elektrikimia, baik konsentrasi maupun gaya elektrik tidak sama dengan 0, melainkan keduanya seimbang dan berawanan 

Gradien Elektrokimia Istirahat

    - Untuk K+

• Gaya gradien konsentrasi mengarah ke luar sel
• Gaya gradien elektrik mengarah ke dalam sel
• Mendekati imbangan keadaan istirahat

    - Untuk Na+

• Gaya gradien konsentrasi mengarah ke dalam sel
• Gaya gradien elektrik mengarah ke dalam sel
• Jauh dari imbangan keadaan istirahat (tendensi kuat ion Na+ untuk masuk ke dalam sel)

Pembentukan Potensial Membran

Perubahan Potensial Membran

Potensial transmembran meningkat atau menurun 

• Akibat perubahan sementara pada permeabilitas membran oleh pembukaan atau penutupan kanal ion berpintu.
• Ingat : pergerakan ion menimbulkan sinyal listrik

Jenis sinyal 

1. Potensial berjenjang ( graded potential)
2. Potensial aksi

Jenis aktivitas

1. Depolarisasi - bagian dalam sel menjadi kurang negatif (mengarah ke 0 mV)
2. Repolarisasi - potensial membran kembali ke potensial membran istirahat.
3. Hiperpolarisasi - bagian dalam sel menjadi lebih negatif dibandingkan potensial membran istirahat.

Potensial Aksi

Jenis Sinyal Bioelektrik Dalamm Tubuh

Kegiatan listrik otot

Kegiatan Listrik Jantuk

Sinyal Listrik Otak