BAB 1 PENDAHULUAN Pada bab ini akan dijelaskan latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, hipotesis, dan sistematika penelitian yang berjudul Pengembangan Alat Stimulasi dan Sinyal Terapi Elektrik Arus Mikro Sistem Terbuka Sebagai Instrumen Penelitian Medis. 1.1 LATAR BELAKANG MASALAH Terapi elektrik atau disebut juga dengan elektroterapi merupakan metode terapi suatu penyakit atau gangguan kesehatan dengan menggunakan sinyal elektrik sebagai sarana pengobatan. Saat ini elektroterapi sedang berkembang di dalam dunia medis dengan berkembangnya metode Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation (TENS), Microcurrent Stimulation (MCS), Galvanic stimulation, iontophoresis, electroacupuncture, dan sebagainya. Penggunaan terapi elektrik dalam pengobatan alternatif sebenarnya sudah berlangsung lama tetapi tidak berkembang akibat kurangnya penelitian ilmiah. Dalam dunia kedokteran, mayoritas penggunaan elektroterapi baru sebagai metode terapi pendukung. Keberadaan metode terapi elektrik saat ini berkembang dengan menggunakan ilmu-ilmu medis modern yang telah membangun dasar bahwa terdapat medan elektrik yang luas pada kerja tubuh. Sebagai contoh, sistem saraf sudah sejak lama diketahui bekerja dengan elektrokimia dan sinyal elektrik murni. Ikatan listrik pada tingkat atomik mengikat semua molekul bersama-sama. Pengetahuan ini membuat ilmuwan medis seperti Dr. Robert Becker dan Dr. Bjorn Nordenstrom mengajukan teori baru tentang fisiologi yang berbasis prinsip bioelektrik. Dr. 1
Nordenstrom berteori bahwa sistem sirkulasi darah tubuh bekerja erat dengan suatu sistem rangkaian elektrik tertutup biologis. Buku tahun 1985 yang berjudul The Body Electric, oleh dokter bedah ortopedik Robert O. Becker, MD (dengan Gary Selden), menghidupkan kembali ketertarikan pada konsep elektrisitas sebagai animating force dalam fisiologi. Becker memprediksi bahwa elektrisitas dapat membawa pada pendekatan baru dalam penelitian kanker, terapi patah tulang dan lebih jauh regenerasi jaringan saraf dan jantung. [1] Stimulasi elektrik arus mikro menggunakan impuls elektrik untuk menghilangkan rasa sakit, mengurangi kejang dan edema, mengeluarkan titik picu (trigger point) otot, menguatkan otot yang lemah dan membantu proses penyembuhan melalui regenerasi jaringan lunak. Arus bioelektrik di dalam tubuh biasanya ditemukan dalam rentang mikroampere. Terapi elektrik arus mikro adalah stimulasi mikroampere pulsa tegangan rendah. Ini didasarkan pada hipotesis bahwa arus mikroampere lebih dekat kesamaannya dengan arus bioelektrik yang terjadi secara alami di dalam tubuh, dan karena itu lebih efektif dalam meningkatkan perbaikan dan penyembuhan jaringan tubuh. Studi juga menunjukkan bahwa jaringan manusia sembuh lebih cepat dengan penerapan arus mikro. Hal ini karena sinyal elektrik arus mikro membuat proses metabolisme dan transport membran sel menjadi lebih efisien. [1] Lebih jauh saat ini berbagai penelitian sedang mengarah pada pengembangan metode stimulasi arus mikro untuk mengobati berbagai macam penyakit. Manfaat yang tinggi dari metode stimulasi arus mikro untuk pengobatan berbagai penyakit inilah yang mendorong penulis untuk melakukan penelitian tentang pembuatan stimulator arus mikro secara terbuka yang dapat digunakan oleh para peneliti medis untuk mengembangkan metode pengobatan berbasis stimulasi arus mikro dengan berbagai macam sinyal yang dapat diprogram. 2
1.2 RUMUSAN MASALAH Untuk menunjang penelitian medis dalam bidang terapi elektrik, perlu dikembangkan suatu alat stimulasi elektrik yang spesifik disamping alat-alat ukur bioelektrik yang sudah lazim digunakan dalam bidang teknik biomedika. Pengembangan alat stimulasi elektrik yang spesifik ini dimaksudkan supaya dalam aplikasinya, hasil penelitian yang dicapai dapat diukur secara jelas dan ketika diulang oleh siapapun dapat menghasilkan nilai yang tepat. Permasalahan yang harus diselesaikan adalah bagaimana membantu para ilmuwan medis Indonesia untuk mampu turut serta dalam penelitian tentang terapi elektrik arus mikro yang saat ini berkembang berdasarkan ilmu-ilmu bioelektrik kedokteran modern. Penelitian Pengembangan Alat Stimulasi dan Sinyal Terapi Elektrik Arus Mikro Sistem Terbuka Sebagai Instrumen Penelitian Medis ini merupakan penelitian awal untuk menunjang serangkaian penelitian tentang elektroterapi arus mikro. Permasalahan yang akan diselesaikan dalam penelitian ini digambarkan pada gambar 1.1. Gambar 1. 1 Stimulasi arus mikro dalam metode elektroterapi lainnya Dalam penelitian ini, peneliti mengkhususkan pada pengembangan alat stimulasi untuk terapi elektrik arus mikro dengan pertimbangan beberapa hal sebagai berikut. 3
1. Terapi elektrik arus mikro merupakan metode terapi menggunakan arus listrik yang lebih dekat dengan arus bioelektrik yang terjadi secara alami di dalam tubuh, dan karena itu lebih efektif dalam meningkatkan perbaikan dan penyembuhan jaringan tubuh [2] 2. Terapi elektrik arus mikro terbukti secara pre klinis dan klinis dapat mengobati penyakit-penyakit dalam rentang cakupan yang luas [1,3,4,5] 3. Terapi elektrik arus mikro tidak (sejauh ini belum) menghasilkan efek samping pada pasien yang telah menjalaninya [6,7] 4. Terapi elektrik arus mikro memiliki sedikit kontra indikasi, yaitu khusus pada wanita hamil dan pengguna alat pacu jantung [4,6,7] Kajian yang umum digunakan pada penelitian stimulasi arus mikro adalah dengan membandingkannya terhadap TENS. Data perbandingan antara stimulasi arus mikro (Microcurrent Stimulation / MCS) dan Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation (TENS) yang berasal dari berbagai sumber dirangkum dalam tabel 1.1. Pada saat ini perangkat stimulasi elektrik arus mikro sulit didapatkan di Indonesia. Alat-alat stimulasi arus mikro yang dijual di negara-negara maju pun mayoritas berupa alat terapi klinis yang sistemnya tidak bersifat terbuka. Selain itu, barangbarang yang dipasarkan umumnya tidak memiliki sarana pelaporan parameter sinyal yang diberikan kepada pasien atau pengguna secara lengkap. Padahal untuk melakukan penelitian, para ahli medis harus difasilitasi dengan sarana yang memadai untuk keperluan penelitian pre klinis maupun klinis. Karena itu, untuk meningkatkan kemudahan dalam pengembangan metode terapi arus mikro, perlu dilakukan perancangan dan realisasi alat stimulasi elektrik arus mikro yang dapat diprogram dan dilengkapi dengan sarana pelaporan parameter sinyal terapi. 4
Tabel 1. 1 Perbandingan antara MCS dan TENS [4,6,7,8] No. Tinjauan MCS TENS Intensitas arus 1 listrik < 1000 µa > 1 ma 2 Polaritas bentuk gelombang Bipolar Bipolar 3 Lebar pulsa hingga 2 detik < 500 mikrodetik 4 Frekuensi 0,3 3 Hz 50 200 Hz 5 Tegangan yang digunakan < 70 Vpp > 100 Vpp 6 Letak Elektroda 7 Waktu terapi Antara TENS dan MCS berbeda teknik Bervariasi tergantung penyakit Antara TENS dan MCS berbeda teknik Bervariasi tergantung penyakit 8 Periode terapi Berulang dan kontinyu Berulang Tingkat respon 9 tubuh selular jaringan (otot, syaraf) 10 Sensasi pasien 11 12 Tidak terasa, sedikit efek kesemutan Kemudahan penggunaan mudah mudah Efek samping langsung Tidak ada sedikit denyutan, efek kesemutan Wanita hamil, pengguna alat 13 Kontraindikasi pacu jantung Banyak 14 Area terapi luas spesifik sedang Karakteristik umum lainnya seperti memenuhi syarat keamanan, mudah dalam penggunaan, bersifat portabel, dan sinyal keluaran berupa sumber arus listrik juga menjadi kriteria penelitian perangkat stimulasi arus mikro ini. Pertimbangan lainnya yaitu penggunaan bahan baku yang ekonomis dan tersedia di Indonesia menjadi keunggulan non teknis dari perangkat stimulasi arus mikro yang dikembangkan. Dengan kemampuan alat stimulasi yang dapat diprogram, penelitian lanjutan dapat difokuskan pada pemrograman sinyal-sinyal terapi arus mikro untuk berbagai keperluan pengobatan penyakit dan penelitian medis. Gambaran kedudukan penelitian ini dalam menunjang perkembangan terapi arus listrik mikro di Indonesia ditunjukkan pada gambar 1.2. Sedangkan gambaran 5
umum metode pengobatan menggunakan alat stimulasi arus mikro ditunjukkan pada gambar 1.3. Gambar 1. 2 Kedudukan penelitian tesis dalam penelitian pengembangan terapi elektrik arus mikro di Indonesia Gambar 1. 3 Gambaran umum metode pengobatan dengan stimulasi arus mikro Berdasarkan permasalahan di atas, penelitian ini bermaksud untuk mengupayakan solusi dengan mengembangkan alat stimulasi elektrik arus mikro yang bersifat open system untuk membantu memfasilitasi pihak-pihak yang berkepentingan dalam mengembangkan pengobatan atau terapi berbasis stimulasi arus mikro. Untuk memudahkan dalam penamaan, alat stimulasi arus mikro yang dikembangkan, selanjutnya disebut sebagai OpenMCS yang direalisasikan berbasis mikrokontroler PIC 16F877A, sedangkan program sinyal terapinya disebut sebagai µstims (baca: mikrostims), yang diprogram menggunakan 6
software MicroCode Studio PICBASIC PRO versi 2.46 yang bersifat bebas untuk tujuan nonkomersial. 1.3 TUJUAN PENELITIAN Penelitian Pengembangan Alat Stimulasi dan Sinyal Terapi Elektrik Arus Mikro Sistem Terbuka Sebagai Instrumen Penelitian Medis bertujuan untuk mengembangkan suatu perangkat stimulasi elektrik arus mikro yang memadai untuk digunakan dalam penelitian medis bagi para dokter dan peneliti medis di Indonesia. 1.4 HIPOTESIS Dengan realisasi OpenMCS dan µstims, tercipta suatu perangkat stimulasi elektrik arus mikro yang lebih unggul secara fitur untuk digunakan dalam aplikasi penelitian medis dan bersifat lebih ekonomis daripada produk serupa yang ada di pasaran. 1.5 SISTEMATIKA PENELITIAN Penelitian Pengembangan Alat Stimulasi dan Sinyal Terapi Elektrik Arus Mikro Sistem Terbuka Sebagai Instrumen Penelitian Medis dilakukan dengan sistematika sebagai berikut. 1. Studi pustaka dan perencanaan penelitian 2. Perancangan dan implementasi fungsi sinyal OpenMCS dan µstims 3. Ujicoba dan analisis parameter sinyal OpenMCS dan µstims 4. Perancangan dan implementasi sistem proteksi OpenMCS dan µstims 5. Ujicoba dan analisis sistem proteksi OpenMCS dan µstims 6. Penyempurnaan OpenMCS dan µstims 7
7. Ujicoba dan analisis OpenMCS dan µstims 8. Pembuatan laporan penelitian Perancangan dan implementasi fungsi sinyal bertujuan untuk menguji ketepatan parameter sinyal yang dihasilkan. Perancangan dan implementasi sistem proteksi bertujuan untuk melengkapi sekaligus menguji sistem proteksi OpenMCS dan µstims. Sedangkan tahap penyempurnaan bertujuan untuk menyempurnakan setiap kekurangan yang didapatkan dari ujicoba parameter sinyal dan sistem proteksi. 8