HANDOUT MATERI 4

ELECTROCARDIOGRAM

Dalam kegiatan belajar sebelumnya kita telah mempelajari jantung sebagai

pompa dobel. Jantung mempunyai empat ruang, seperti ditunjukkan dalam

Gambar 5.21; dua ruang bagian atas, serambi kiri dan serambi kanan,

diselaraskan untuk berkontraksi secara serentak seperti dua ruang bagian bawah,

bilik kiri dan bilik kanan. Serambi kanan menerima darah vena dari tubuh dan

memompanya ke bilik kanan. Bilik kanan ini memompa darah melalui paru-

paru, tempat darah memperoleh oksigen. Kemudian darah mengalir ke dalam

serambi kiri. Kontraksi serambi kiri menggerakkan darah ke bilik kiri, yang

berkontraksi dan memompa darah ke peredaran umum; darah melewati kapiler-

kapiler ke dalam sistem vena dan kembali ke serambi kanan,

Kerja ritmik jantung dikendalikan oleh suatu sinyal listrik yang diawali oleh

rangsangan spontan sel-sel otot khusus yang berada dalam serambi kanan. Sel-

sel ini menyusun simpul SA (sinoatrial), atau pemacu gerak (pacemaker);

perhatikan Gambar 5.21. Simpul SA berdenyut pada interval teratur kira-kira 72

kali per menit; tetapi, laju denyut itu dapat dinaikkan atau atau diturunkan oleh

syaraf-syaraf eksternal jantung yang menanggapi tuntutan darah tubuh dan juga

rangsangan lain. Sinyal listrik dari simpul SA mengawali depolarisasi syaraf-

syaraf dan otot-otot kedua serambi, menyebabkan serambi berkontraksi dan

memompa darah ke dalam bilik. Repolarisasi serambi mengikutinya. Kemudian

sinyal-sinyal listrik itu lewat ke dalam simpul AV (atrioventricular), yang

mengawali depolarisasi bilik kanan dan bilik kiri, menyebabkannya

berkontraksi dan mendorong darah ke peredaran pulmoner dan peredaran

umum. Kemudian syaraf-syaraf dan otot-otot bilik mengalami repolarisasi dan

runtunan mulai lagi.

Gambar 5.21. Jantung manusia. Perhatikan simpul sinoatrium atau pemacu gerak, dan atrioventrikular, yang mengawali kontraksi

ventrikel (Cameron, 1978: 197).

Syaraf-syaraf dan otot-otot jantung dapat dipandang sebagai sumber listrik

yang terkurung dalam konduktor, torso. Jelaslah tidak praktis untuk melakukan

pengukuran listrik langsung pada jantung; informasi diagnostik diperoleh

dengan mengukur potensial-potensial listrik yang ditimbulkan oleh jantung di

berbagai tempat pada permukaan tubuh. Rekaman potensial jantung pada kulit

disebut electrocardiogram.

Hubungan antara kerja pemompaan jantung dan potensial-potensial listrik

pada kulit dapat dimengerti dengan memperhatikan rambatan suatu potensial

aksi dalam dinding jantung seperti pada Gambar 5.22. Aliran arus dalam torso

membawa penurunan potensial seperti ditunjukkan secara bagan pada resistor.

Distribusi potensial untuk seluruh jantung ketika bilik-bilik terpolarisasi

setengahnya ditunjukkan oleh garis-garis ekipotensial dalam Gambar 5.23.

Perhatikan bahwa potensial-potensial yang diukur pada permukaan tubuh

tergantung pada letak elektrode.

Gambar 5.22. Skema potensial aksi yang bergerak ke dinding jantung.

Beberapa arus ion ditunjukkan oleh lingkaran-lingkaran, melewati torso, ditunjukkan dengan resitor. Potensial pada dinding dada

disebabkan oleh aliran arus melalui hambatan torso (Cameron, 1978: 198).

Gambar 5.23. Distribusi potensial pada dada pada saat ventrikel-ventrikel terdepolarisasi setengahnya. Elektrode-elektrode yang

berada pada A, B, dan C akan menunjukkan potensial-potensial pada saat itu.

(Cameron, 1978: 199).

Bentuk garis-garis potensial yang ditunjukkan dalam Gambar 5.23 hampir

sama dengan garis-garis potensial yang diperoleh dari suatu dipol listrik. Perlu

diingat kembali bahwa dipol listrik dihasilkan bilamana muatan positif dan

muatan negatif terpisah satu sama lain dan dipol listrik itu dapat digambarkan

dengan vektor. Garis-garis ekipotensial pada saat-saat lain dalam siklus jantung

dapat juga digambarkan dengan dipol-dipol listrik; tetapi, dipol-dipol untuk

saat-saat yang berbeda dalam siklus itu akan berbeda ukuran dan arahnya.

Model dipol listrik jantung pertama kali dikemukakan oleh A.C. Walter pada

tahun 1889 dan telah dimodifikasi beberapa kali oleh para ahli lain.

Potensial listrik (jantung) yang kita ukur pada permukaan tubuh hanya

merupakan proyeksi sesaat dari vektor dipol listrik dalam arah tertentu. Karena

vektor itu berubah dengan waktu, potensial terproyeksi juga berubah dengan

waktu. Gambar 5.24 menunjukkan suatu dipol listrik bersama dengan tiga

bidang tubuh elektrokardiografik.

Gambar 5.24. Bidang-bidang elektrokardiografik dan suatu vektor dipol listrik. RA, LA, RL, dan LL menunjukkan tempat-tempat elektrode pada

lengan serta kaki kiri dan kanan (Cameron, 1978: 200).

Elektrode-elektrode permukaan untuk memperoleh ECG paling umum

diletakkan pada lengan kiri (LA), lengan kanan (RA), dan kaki kiri (LL),

meskipun letak elektrode-lektrode itu dapat bervariasi dalam situasi klinis yang

berbeda; kadang-kadang tangan atau posisi yang dekat dengan jantung

digunakan. Pengukuran potensial antara LA dan RA disebut Lead I, antara RA

dan LL disebut Lead II, antara LA dan LL disebut Lead III (gambar 5.25).

Konfigurasi ini dirintis oleh Willem Einthoven, ahli fisiologi Belanda, dan tiga

lead ini disebut standard limb leads. Tiga lead baku ini biasanya digunakan

semua dalam pemeriksaan klinis. Potensial antara dua lead memberikan

amplitudo relatif dan arah vektor dipol listrik dalam bidang depan (Gambar

5.26).

Gambar 5.25. Hubungan listrik untuk Lead I, Lead II, dan Lead III. Polaritas instrumen perekam ditunjukkkan untuk masing-masing Lead.

(Cameron, 1978: 201).

Gambar 5.26. Bagan dipol listrik jantung yang diproyeksikan pada bidang depan. Tiga elektrode (RA, LA, dan LL) dapat dibayangkan

sebagai titik-titik sudut segitiga, segitiga Eintoven. Potensial Lead I pada suatu saat sebanding dengan proyeksi vektor dipol pada garis RA-

LA; potensial pada Lead II dan potensial pada Lead III sebanding dengan proyeksi-proyeksinya

pada sisi-sisi lain segitiga itu (Cameron, 1978: 201).

Konfigurasi lead yang diperbesar, aVR, aVL, dan aVF, juga diperoleh dalam

bidang depan. Untuk lead aVR, satu sisi perekam dihubungkan dengan RA dan

sisi lain dihubungkan dengan pusat dua resistor yang dihubungkan dengan LL

dan LA (gambar 5.27). Dua lead diperbesar lainnya diperoleh dengan cara

serupa: untuk lead aVL, perekam dilekatkan pada elektrode LA dan resistor-

resistor dihubungkan ke RA dan LL; untuk lead aVF, perekam dilekatkan pada

elektrode LL dan resistor-resistor dihubungkan ke RA dan LA.

Gambar 5.27. Lead yang diperbesar diperoleh dengan menempatkan sepasang resistor antara dua elektrode. Pusat pasangan resistor itu

digunakan sebagai salah satu hubungan dan elektrode sisanya digunakan sebagai hubungan kedua. Dalam Gambar ditunjukkan

susunan lead aVR yang diperbesar (Cameron, 1978: 202).

Gambar 5.28. ECG yang khas dari posisi Lead II. P menggambarkan depolarisasi dan kontraksi serambi, QRS menunjukkan depolarisasi bilik, kontraksi bilik terjadi antara S dan T, dan T menggambarkan

repolarisasi bilik. (Cameron, 1978: 202).

Masing-masing pelacak ECG memetakan proyeksi vektor dipol listrik, atau

aktivitas listrik jantung, melalui setiap bagian siklusnya. Gambar 5.28

menunjukkan secara bagan keluaran Lead II dengan lambang-lambang baku

untuk bagian-bagian pola itu. Peristiwa-peristiwa listrik utama untuk siklus

jantung normal adalah (1) depolarisasi serambi yang menghasilkan gelombang

P, (2) repolarisasi serambi yang jarang kelihatan dan tidak diberi label, (3)

depolarisasi bilik yang menghasilkan kompleks QRS, (4) repolarisasi bilik yang

menghasilkan gelombang T, perhatikan Gambar 5.28.

Gambar 5.29 menunjukkan enam ECG bidang depan untuk orang normal.

Perhatikan bahwa dalam beberapa kasus bentuk gelombangnya adalah positif

dan dalam kasus lain bentuk gelombangnya adalah negatif; tanda bentuk

gelombang itu tergantung pada arah vektor dipol listrik dan polaritas serta posisi

elektrode instrumen pengukur.

Gambar 5.29. Enam ECG bidang depan untuk orang normal (Cameron, 1978: 203).

Dalam pemeriksaan klinis, enam ECG bidang melintang biasanya dibuat

selain enam ECG bidang depan tersebut. Untuk pengukuran-pengukuran bidang

melintang ujung negatif perekam ECG dilekatkan pada elektrode bebas pada

pusat tiga resistor yang dihubungkan ke RA, LL, dan LA dalam Gambar

5.30(a), dan elektrode lain digerakkan pada dinding dada ke enam posisi

berbeda yang ditunjukkan dalam Gambar 5.30. Gambar 5.31 menunjukkan ECG

bidang melintang yang khas.

ECG biasanya diinterpretasikan oleh ahli jantung, yang dapat dengan cepat

menentukan apakah pola-pola itu normal dan apakah aritmik. Namun demikian,

komputer dapat juga digunakan untuk menganalisis ECG. Di ruang ICU

(Intensive Care Unit) dan selama pembedahan bisanya ECG dipantau secara

terus-menerus dan ditunjukkan pada layar CRT osiloskop.

ECG menunjukkan gangguan-gangguan dalam aktivitas listrik jantung

normal. Sebagai contoh, ECG bisa memberi isyarat adanya keadaan taknormal

yang dikenal sebagai penyumbatan jantung. Jika sinyal simpul SA normal tidak

dihantarkan ke dalam bilik, maka pulsa dari AV akan mengendalikan detak-

jantung pada frekuensi 30 sampai 50 detakan/menit, yang jauh lebih rendah dari

keadaan normal (70 sampai 80 detakan menit). Penyumbatan jantung semacam

ini dapat membuat pasien semi-cacat, pemacu jantung yang dicangkokkan

memungkinkan pasien itu hidup seperti orang normal.

Gambar 5.30. Posisi-posisi ECG bidang melintang. (a) Pandangan depan.

(b) Pandangan atas. (Cameron, 1978: 203).

Gambar 5.31. Enam ECG bidang melintang untuk manusia normal. (Cameron, 1978: 204).

C. ELECTRONENCEPHALOGRAM

Jika elektrode-elektrode diletakkan pada kulit kepala dan aktivitas listriknya

diukur, maka akan diperoleh beberapa sinyal listrik kompleks yang lemah.

Sinyal-sinyal ini terutama disebabkan oleh aktivitas listrik neuron-neuron dalam

korteks otak. Sinyal-sinyal ini pertama kali diamati oleh Hans Berger 1929;

sejak itu banyak penelitian yang dilakukan tentang penerapan klinis, fisiologis,

psikologis dari sinyal-sinyal ini, tetapi pemahaman dasar masih kurang. Salah

satu hipotesis menyatakan bahwa potensial-potensial dihasilkan melalui proses

sinkronisasi putus-putus yang melibatkan neuron-neuron dalam korteks, dengan

kelompok-kelompok neuron berbeda menjadi tersinkroni-sasi pada saat-saat

yang berbeda. Menurut hipotesis ini sinyal-sinyal tersebut terdiri dari segmen-

segmen aktivitas listrik pendek berturutan dari kelompok-kelompok neuron

yang terletak pada berbagai tempat pada korteks.

Gambar 5.32. 10-20 sistem baku internasional tentang tempat EEG.

Elektrode-elektrode berhuruf ditempatkan pada interval-interval 10% dan 20% dari jarak antara titik-titik khusus pada tengkorak. Inion

adalah protuberans bertulang pada bagian belakang bawah tengkorak dan mastoid adalah protuberans di belakang telinga (Cameron, 1978:

205).

Rekaman sinyal-sinyal listrik dari otak disebut electroencephalogram (EEG).

Elektrode-elektrode untuk merekam sinyal-sinyal itu sering kali merupakan

cakram-cakaram kecil perak berklorida. Elektrode-elektrode itu dilekatkan di

kepala pada tempat-tempat yang tergantung pada bagian otak yang dipelajari.

Gambar 5.32 menunjukkan 10-20 sistem baku internasional tentang tempat

elektrode, dan Gambar 5.33 menunjukkan EEG yang khas untuk beberapa

pasang elektrode. Elektrode acuan biasanya dilekatkan pada telinga (A1 atau A2

dalam Gambar 5.32). Dalam pemeriksaan rutin, 8 sampai 16 saluran direkam

secara serentak. Karena aktivitas asimetris sering merupakan petunjuk penyakit

otak, sinyal-sinyal sisi kanan sering dibandingkan dengan sinyal-sinyal sisi kiri.

Gambar 5.33. EEG normal. Lihat Gambar 5.32 untuk tempat elektrode. Elektrode acuan dihubungkan dengan telinga (A1 atau A2).

(Cameron, 1978: 206).

Amplitudo sinyal EEG adalah rendah (kira-kira 50 μV), dan interferensi dari

sinyal-sinyal listrik eksternal sering menyebabkan masalah serius dalam

pemrosesan sinyal EEG. Meskipun derau (noise) eksternal dikendalikan,

potensial-potensial aktivitas otot seperti gerakan mata dapat menyebabkan

gangguan pada rekaman.

Frekuensi-frekuensi EEG tampaknya tergantung pada aktivitas mental

seseorang. Sebagai contoh, orang yang rileks biasanya mempunyai suatu sinyal

EEG yang terutama terdiri dari frekuensi-frekuensi dari 8 sampai 13 Hz, atau

gelombang alpha. Bilamana orang lebih siaga jangkauan frekuensi lebih tinggi,

jangkauan gelombang beta (di atas 13 Hz), mendominasi sinyal EEG. Beberapa

pita frekuensi adalah sebagai berikut.

Delta (δ), atau pelan

Theta (θ), atau

pertengahan pelan

Alpha(α)

Beta (β), atau cepat

0,5 sampai 3,5 Hz

4 sampai 7 Hz

8 sampai 13 Hz

lebih besar daripada 13 Hz

Gambar 5.34. Electroensephalogram untuk dua jenis epilepsi: (a) grand mal dan (b) petit mal. (Cameron, 1978: 207).

EEG digunakan sebagai alat bantu diagnosis penyakit yang melibatkan otak.

EEG paling bermanfaat dalam diagnosis epilepsi dan memungkinkan klasifikasi

serangan epileptik. EEG untuk serangan epileptik hebat dengan kehilangan

kesadaran, disebut serangan grand mal, menunjukkan tegangan tinggi yang

cepat melonjak dalam semua lead dari tengkorak. Perhatikan Gambar 5.34(a).

EEG untuk serangan kurang hebat, disebut serangan petit mal, menunjukkan

sampai 3 gelombang bulat per sekon yang diikuti atau didahului oleh lonjakan-

lonjakan cepat, seperti dalam Gambar 5.34(b).

EEG membantu dalam menegaskan tumor otak karena aktivitas listrik

berkurang dalam daerah tumor. Metode yang lebih kuantitatif untuk

menentukan letak tumor otak melibatkan sinar-x atau teknik kedokteran nuklir.

EEG digunakan sebagai monitor dalam pembedahan bilamana ECG tidak dapat

digunakan. EEG juga berguna dalam pembedahan untuk menunjukkan tingkat

pembiusan pasien. Selama pembedahan biasanya saluran tunggal dipantau.

Banyak penelitian tentang tidur melibatkan pengamatan pola-pola EEG

untuk berbagai tingkatan tidur, seperti ditunjukkan dalam Gambar 5.35. Selama

orang menjadi mengantuk, secara khusus dengan matanya terpejam, frekuensi-

frekuensi 8 sampai 13 (gelombang alpha) mendominasi EEG. Amplitudo

bertambah dan frekuensi berkurang selama orang beralih dari tidur”ayam”

(permulaan tidur) sampai tidur nyenyak. Kadangkala EEG yang diambil selama

tidur menunjukkan suatu pola frekuensi tinggi yang disebut paradoxical sleep

atau rapid eye movement (REM) karena mata bergerak selama periode ini.

Paradoxical sleep rupanya berhubungan dengan mimpi.

Gambar 5.35. Electroensephalogram untuk dua tingkatan tidur: (a) tidur ”ayam” dan (b) tidur nyenyak (Cameron, 1978: 207).

Selain perekaman aktivitas spontan otak, kita dapat mengukur sinyal-sinyal

yang dihasilkan ketika otak menerima rangsangan luar seperti kilatan cahaya

atau pulsa bunyi. Sinyal-sinyal tipe ini disebur evoked response (tanggapan

terbangkit). Gambar 5.36(a) menunjukkan tiga EEG yang diambil selama

tingkatan permulaan tidur dengan rangkaian 10 pulsa bunyi (derau) yang

digunakan sebagai rangsangan eksternal. EEG itu menunjukkan tanggapan-

tanggapan terhadap beberapa pulsa pertama dan dua pulsa terakhir. Kekurangan

tanggapan di antaranya disebut habituation.

Karena evoked response adalah kecil, sering kali rangsangan diulangi

berkali-kali dan tangggapan EEG dirata-rata dalam komputer kecil. Sinyal-

sinyal acak seperti sinyal-sinyal EEG normal cenderung dirata-rata menjadi nol

dan evoked response menjadi jelas. Gambar 5.36(b) menunjukkan evoked

response dirata-rata untuk 64 rangsangan.

Gambar 5.36. Electroensephalogram untuk dua tingkatan tidur: (a) permulaan tidur dan (b) tidur nyenyak (Cameron, 1978: 208).

D. ELECTRORETINOGRAM DAN ELECTROOCULOGRAM

Rekaman perubahan potensial yang dihasilkan oleh mata ketika retina

terbuka terhadap sorotan cahaya disebut electroretinogram (ERG). Satu

elektrode ditempatkan dalam lensa kontak yang pas pada retina dan elektrode

lain dilekatkan pada telinga atau dahi untuk memperkirakan potensial pada

belakang mata. Perhatikan Gambar 5.37.

Sinyal ERG lebih rumit daripada sinyal akson syaraf karena sinyal ERG itu

merupakan jumlahan banyak pengaruh yang terjadi di dalam mata. Bentuk

umum ERG ditunjukkan dalam Gambar 5.38. Gelombang B adalah gelombang

yang paling menarik secara klinis karena gelombang itu berasal dari retina.

Gelombang B tidak ada dalam ERG pasien radang retina yang menghasilkan

perubahan pigmen, atau retinitis pigmentosa.

Gambar 5.37. Penempatan elektrode untuk memperoleh ERG.

Elektrode acuan berada pada telinga atau dahi (Cameron, 1978: 209).

Gambar 5.38. Skema ERG. Huruf-huruf mengindentifikasikan bagian-bagian ERG normal.

Electrooculogram (EOG) adalah rekaman perubahan potensial yang

disebabkan oleh gerakan mata. Untuk pengukuran ini, sepasang elektrode

dilektkan pada dekat mata, seperti dalam Gambar 5.39(a). Potensial EOG

didefinisikan nol dengan mata dalam posisi yang ditunjukkan dalam Gambar

5.39(a) ditetapkan pada bintik acuan yang diberi albel 0o. Gambar 5.39(b)

menunjukkan perubahan potensial EOG selama gerakan horisontal bolamata.

Electrooculogram memberikan informasi tentang orientasi mata, kecepatan

sudutnya, dan percepatan sudutnya. Beberapa kajian telah dilakukan untuk

menentukan pengaruh obat bius terhadap gerakan mata dan gerakan mata yang

terlibat selama tidur.

Gambar 5.39. Untuk memperoleh EOG suatu elektrode ditempelkan pada setiap sisi mata. (a) Sudut pengelihatan ditunjukkan. (b)

Perubahan potensial digambarkan sebagai fungsi sudut pengelihatan. (Cameron, 1978: 211).