oleh : nurida finahari pembimbing akademik : dr. dr. m ... · potensial aksi pacemaker - pada node...
TRANSCRIPT
PENDEKATAN TEORITIS PENYUSUNAN MODEL MATEMATIK
UNTUK OSILASI REGANGAN DINDING DADA
AKIBAT AKTIVITAS JANTUNG
Karya Ilmiah 4
Oleh : Nurida Finahari
Pembimbing Akademik : Dr. dr. M. Rasjad Indra, MS
2. Telaah alat ukur
6. Metode Pengukuran
& Validasi
1. Fisioanatomi
& Sinkronisasi
3. Model Matematis
5. Peran Dinamika
Pernafasan & Sinkronisasi
4. Osilasi akibat
dinamika jantung
Kualitas Udara
Aktifitas
Pernafasan
Tekanan Rongga
Dada
Denyut Jantung
Regangan Elastis
Dinding Dada
Getaran Dinding
Dada
Superposisi
Getaran
Karya Ilmiah 4
Listrik JantungDepolarisasi/
Repolarisasi
Detak Jantung/
Gerak Katup/
Aliran Darah Aorta
Ekshalasi/Inhalasi
Pernafasan
Regangan Elastis
Dinding Dada
Bunyi dan
Getaran
Superposisi/
Transmisibilitas
Getaran
Model MatematisSensor,
Pengukuran
Analisis Akurasi/
Kalibrasi
Data ECG dan
Spirometry
Analisis Sinkronisasi
(Statistik)
Transformasi Kuantitas
Verifikasi
Karya Ilmiah 4
Karya Ilmiah 4
Sinkronisasi kardiorespirasi merupakan
fenomena nyata meskipun bukan
merupakan variabel utama interaksi
kardiorespirasi (Toledo, et.al; 2002)
Penelitian-penelitian tentang sinkronisasi
kardiorespirasi pada awalnya ditujukan
untuk memahami mekanisme
patofisiologis (Mrowka, et.al; 2003)
Karya Ilmiah 4
Dilakukan dengan memanfaatkan data-data
hasil rekaman terpisah dari alat ukur jantung
dan paru-paru, yang dikuantifikasi menjadi
variabel baru
Jantung dan paru-paru merupakan osilator
biologis yang terletak berdekatan, sehingga
memungkinkan timbul gelombang interferensi
VARIABEL FISIOLOGIS
ALTERNATIF
Karya Ilmiah 4
Pengembangan peralatan baru sebagai
perbaikan kinerja, menawarkan akurasi,
kepresisian, kepraktisan, biaya murah
dan kenyamanan (Mack; 2003)
Diperlukan Pemodelan
Matematik
Karya Ilmiah 4
“ Penyusunan model matematik vibrasi kardiorespirasi
yang disebabkan oleh jantung dalam kondisi fisiologi
normal melalui pendekatan teoritis “
Karya Ilmiah 4
HUBUNGAN FUNGSIONAL
y = f (x1; x2; x3)
x1: gerak jantung
x2: gerak diafragma
x3: gerak otot intercostal
y : osilasi regangan dinding dada
Karya Ilmiah 4
Diagram Kinematis
Otot Pernafasan
Dinamika Gaya
Kontraksi-Relaksasi
Gaya Eksitasi
Getaran
Tekanan Intratorak
Gelombang Tekanan
Diagram Kinematis
Otot Jantung
Dinamika Gaya
Konstraksi-Relaksasi
Gaya Eksitasi
Getaran
Siklus dan Numerisasi
Regangan Dinding Dada
Potensial Aksi Sel
Sinkronisasi Fase
Fisiologis
ALUR PEMODELAN
Karya Ilmiah 4
FISIOLOGI KELISTRIKAN JANTUNG
Karya Ilmiah 4
POTENSIAL AKSI PACEMAKER
- Pada node SA tidak ada ambang batas tetap
- Dimulai dengan penurunan permeabilitas
membran terhadap K+, kanal tertutup
- Depolarisasi Na+ (F) diikuti Ca2+ (T) yang
terbuka sebentar
- Potensial aksi terjadi pada saat potensial
membran mencapai ambang batas
- Arus depolarisasi terjadi akibat masuknya Ca2+
melalui kanal (L) yang terbuka beberapa waktu
- Kanal K+ terbuka kembali, siklus berulang
Potensial aksi terjadi
Karya Ilmiah 4
POTENSIAL AKSI PACEMAKER
Model matematis yang
representatif untuk node
SA disusun dalam kondisi
sel tunggal dengan obyek
jantung kelinci (Yasutaka
et.al.; 2002).
m
NaCaNaKAChKNabNasthsustoKsKrTCaLCa
C
IIIIIIIIIIIII
dt
dV
,,,,
Menunjukkan karakteristik aktivitas potensial aksi pacemaker yang lebih realistik,
karena telah mempertimbangkan semua variabel arus, termasuk aktivitas
hambatannya
Karya Ilmiah 4
POTENSIAL AKSI PACEMAKER
Model matematis yang
representatif untuk node
SA disusun dalam kondisi
sel tunggal dengan obyek
jantung kelinci (Yasutaka
et.al.; 2002).
Masih ditemukan inkonsistensi grafik hasil simulasi jika dibandingkan dengan
aktifitas sel yang sesungguhnya
Belum bisa mengakomodasi variabilitas jenis sel pacemaker yang memiliki
karakteristik kelistrikan yang berbeda, Karakteristik arus yang disebabkan ion-ion
lain pada sel, distribusi densitas ion pada sel dan ruang antar sel, pengaturan oleh
second messengers dan modulator intraseluler
Karya Ilmiah 4
POTENSIAL AKSI SEL OTOT VENTRIKEL
• Bocoran kanal K+ menghasilkan posisi
keseimbangan negatif (-90mV)
• Pembukaan kanal Na+ mengawali
depolarisasi, diikuti pembukaan kanal Ca2+
(L) dalam waktu yang cukup lama (stabilitas
kondisi puncak)
• Repolarisasi mulai terjadi saat kanal Ca2+
mulai menutup, yang diikuti pembukaan
kanal K+
Karya Ilmiah 4
POTENSIAL AKSI SEL OTOT VENTRIKEL
• Mekanisme potensial aksi sel atrium mirip
dengan sel ventrikel tapi kondisi puncaknya
lebih pendek
• Meskipun mekanisme potensial aksi sel otot
jantung hampir sama dengan sel otot rangka
namun karakteristik sel jantung lebih ekstrim
Karya Ilmiah 4
POTENSIAL AKSI SEL OTOT VENTRIKEL
Model matematik sel otot ventrikel disusun atas
dasar pendekatan baru dimana jaringan
ventrikel digambarkan sebagai benang silindris
tiga dimensi dalam lingkungan cairan garam
(Roth; 1991)
)()( 3
NamNaLmLion VhmgVgJ
Persamaan aktivitas arus kanal ion:
Belum menunjukkan perubahan kondisi yang diakibatkan peningkatan
kecepatan konduktifitas dari sel pacemaker .
Model benang silindris berjari-jari seragam juga belum menunjukkan kondisi
fisioanatomi yang sesungguhnya.
Karya Ilmiah 4
FISIOANATOMI OTOT
Karya Ilmiah 4
FISIOANATOMI OTOT
Karya Ilmiah 4
MEKANISME KONTRAKSI-RELAKSASI
Teori pergeseran filamen (sliding-
filament mechanism): pemendekan
sarcomere terjadi akibat pergeseran
posisi filamen tanpa merubah panjang
filamen-filamen penyusun tersebut
Kontraksi otot, proses aktivasi gaya otot
yang membangkitkan pergerakan cross-
bridge miosin filamen tebal. Cross-bridge
miosin berikatan dengan molekul aktin
filamen tipis dan bergerak dalam arah
lengkung, aktin filamen pada garis Z
tertarik ke arah pusat sarcomere. Terjadilah
pemendekan sarcomere
Karya Ilmiah 4
MEKANISME KONTRAKSI-RELAKSASI
Karya Ilmiah 4
MEKANISME KONTRAKSI-RELAKSASI
Perubahan panjang otot jantung akibat proses
kontraksi-relaksasi dapat diindikasikan oleh
pergerakan dinding jantung.
Pemodelan mengasumsikan jantung sebagai
bejana tekan 2 ruang (Gutterrez et.al; 2003)
Karya Ilmiah 4
MEKANISME KONTRAKSI-RELAKSASI
22 rptr
t
pl Panjang otot
Persamaan keseimbangan gaya
Karya Ilmiah 4
PERUBAHAN VOLUME RONGGA INTRA TORAK
Aktivitas fisiologis jantung mengakibatkan perubahan volume sebesar 2-5% dari
total volume yang diukur di antara akhir periode diastol dan akhir periode sistol
(Hoffman, Ritman, 1988)
Volume total jantung diperkirakan sebesar 60 cm3 dengan massa sekitar 300
gram (Tortora, 2005)
Perubahan volume jantung ini memiliki peranan sebagai pompa penambah
volume bagi paru-paru (Lichtwarck-Aschoff et.al., 2004)
Peranan jantung dalam perubahan volume rongga
intratorak dapat dilihat dari pengukuran perubahan
volume paru-paru
Karya Ilmiah 4
PERUBAHAN VOLUME RONGGA INTRA TORAK
Secara eksperimental, regangan dinding dada telah dijadikan
parameter pengukuran perubahan volume rongga rusuk dengan
menggunakan pletismograf induktansi (Palmer et.al; 2004)
Pemodelan dinding dada telah dilakukan
secara matematik pada penelitian terhadap
aktivitas paru-paru dan otot perut (Cappelo,
De Troyer; 2004)
Persamaan keseimbangan statis sistem pernafasan:
Pao = KR VR + KL VL
Pao = KDi VDi + Pab + KL VL
Pab = KA VA + PA
Volume paru-paru = volume dada – volume jantung – volume spinal – volume subphrenic
Karya Ilmiah 4
PERUBAHAN VOLUME RONGGA INTRA TORAK
Untuk mengukur parameter volume-volume
tersebut, dilakukan pemotretan pada
beberapa kondisi pernafasan
Pengukuran-pengukuran di atas masih
menggunakan asumsi bahwa bentuk
penampang lintang potongan tubuh hasil
foto radiografis adalah mendekati
elipsoidal.
B
Karya Ilmiah 4
PERUBAHAN TEKANAN RONGGA INTRA TORAK
Osilasi kardiogenik akibat detak jantung diketahui mempengaruhi volume paru
secara signifikan (Lichtwarck-Aschoff et.al., 2004)
Perubahan volume paru berkaitan erat dengan tekanan pada jalan pernafasan,
tekanan alveoli dan tekanan selaput pleura. Tekanan selaput pleura ini
mengindikasikan interaksi antara paru dengan dinding dada, akibat perbedaan
elastansi antar keduanya (Gattinoni et.al., 2004)
Karya Ilmiah 4
PERUBAHAN TEKANAN RONGGA INTRA TORAK
Tekanan pleura dan paru: Ppl = Paw x Ecw / Etot
Pl = Paw x El / Etot
Ppl = Paw [(0,47 Pia + 1,43) / (0,47 Pia + 1,43 + El)]
Tekanan intra abdominal ini menunjukkan pengaruh gerak diafragma
sebagai salah satu komponen sistem pernafasan, namun hubungan
dinamik antar semua komponen sistem belum tampak.
Karya Ilmiah 4
OSILASI REGANGAN DINDING DADA
Salah satu model sistem pernafasan disusun dalam kondisi tubuh beraktivitas
dinamis sehingga mengalami percepatan aksial, seperti misalnya yang terjadi
pada saat berjalan atau berlari (Loring et.al., 2001)
Gaya netto yang diakibatkan oleh gerak otot-otot pernafasan dada (Frc) dan
abdominal (Fab):
)()()()( ,1 rcrcmrcrcmrclercGrcrcrc xRxKAPAPxmF
sincoscos yorczorcorc GmGmxm
)()()()( ,1 abrcmabrcmableabGababab xRxKAPAPxmF
sincoscos yoabzoaboab GmGmxm
Karya Ilmiah 4
OSILASI REGANGAN DINDING DADA
Kekurangan dari model ini adalah perlunya dilakukan penyesuaian terhadap
nilai-nilai parameter simulasi agar menunjukkan hasil yang sesuai dengan
kondisi fisioanatomis, misalnya penentuan sudut α dan β tidak bisa dilakukan
secara khas namun diperoleh dari coba-coba
Karya Ilmiah 4
1. SISTEM SUMBU ACUAN
Mengacu pada posisi pengukuran
yang direncanakan untuk vibrasi
kardiorespirasi maka sistem sumbu
yang digunakan adalah sistem sumbu
bidang (2D) untuk arah tranversal
dengan pusat sumbu mengikuti posisi
segitiga Einthoven.
Karya Ilmiah 4
2. POTENSIAL AKSI OTOT JANTUNG
Proses kontraksi-relaksasi otot jantung yang tampak dalam skala organ
merupakan hasil dari penjalaran potensial aksi sel-sel jantung mulai dari
sel-sel sistem konduksi hingga ke seluruh sel atrium dan ventrikel.
Mengingat kompleksitas sel-sel penyusun sistem konduksi jantung dan adanya
perbedaan karakteristik potensial aksi sel atrium dan sel ventrikel, efek total
potensial aksi sel-sel otot jantung baru terlihat jika ditinjau dalam skala organ.
PENGEMBANGAN KOMPILASI
PERSAMAAN 1) DAN 5)
Karya Ilmiah 4
3. ADAPTASI BENTUK MODEL MATEMATIS
Karya Ilmiah 4
3. ADAPTASI BENTUK MODEL MATEMATIS
rcm
yorczorcorcrcrcmrcrclercG
rcK
GmGmxmxRFAPAPx
sincoscos)()()( ,1
rcm
yorczorcorcrcrcmrcrclercG
rcK
GmGmxmxRFAPAPx
sincoscos)()()( ,1
Karya Ilmiah 4
Kesimpulan yang dapat diambil adalah:
• Pemodelan osilasi regangan dinding dada dapat dilakukan secara
matematik.
• Model dapat disusun dari modifikasi persamaan matematik referensi.
• Diperlukan keseragaman metode penyusunan model mengingat beberapa
referensi yang diacu masih menggunakan pendekatan empirik dan analitis.
• Diperlukan keseragaman dasar penetapan konstanta dan nilai-nilai variabel
sehingga kemungkinan timbulnya kesalahan dapat diminimasi.
Saran:
1. Masih diperlukan tinjauan tentang pemodelan dinamika sistem pernafasan
dan keterlibatan variabel-variabel sinkronisasi.
2. Perlu dipertimbangkan jenis peralatan dan metode pengukuran yang
digunakan untuk mendapatkan nilai-nilai variabel dan penetapan konstanta
sehingga proses dan hasil validasi model dapat dipertanggungjawabkan
akurasinya
Follow the light in the name of God
Wishes and trust only for the best