Dokumen tersebut membahas tentang sifat dielektrik jaringan tubuh manusia yang meliputi resistansi, kapasitansi, dan permitivitas. Jaringan biologi memiliki nilai konduktivitas dan permitivitas yang bervariasi tergantung frekuensi medan listrik yang diaplikasikan. Perbedaan sifat dielektrik antara jaringan sehat dan kanker disebabkan oleh perubahan komposisi mineral dan potensial membran sel.

1. SIFAT DIELEKTRIK JARINGAN
TUBUH MANUSIA
Siti Julaiha
Team Member
ECVT Breast Cancer – TBM UI

2. Resistansi : sifat yang menghambat proses mengalirnya arus listrik
Kapasitansi: sifat menghambat perubahan tegangan atau potensial
listrik melewati suatu objek dan berfungsi menyimpan
energi yang dihasilkan.
Permitivitas : kemampuan muatan listrik yang dikandung material
untuk bergerak akibat adanya medan listrik.
Formula kapasitansi dua plat kapasitor: C = εA/d,
A : luas pemukaan plat dan d adalah jarak antara plat.
Sebuah kapasitor terdiri atas 2 konduktor yang bermuatan
berbeda dan dipisahkan oleh suatu material dielektrik.
Konduksi : sifat yang menghantarkan arus listrik.

3. Dr. Robert Pekar,
“Every biological process is also an electric
process" and "health and sickness are related
to the bio-electric currents in our body”
(Pekar, 1997)

4. Perbedaan Dielektrik Jaringan dipengaruhi :
(1) Membrane sel, terdiri atas lapisan lemak dan protein.
merupakan struktur yang bersifat kapasitatif kecuali pada membrane sel yang
permeabilitas selektif , bersifat konduktif;
(2) Material intraselular terdiri atas larutan ionic dalam susunan mikroskopik dan
protein yang memiliki muatan listrik dan bergerak bila berada dalam medan
listrik.
Jaringan biologi
tubuh manusia
material dielektrik dengan
Nilai Permitivitas dan
Kapasitansi.
Jaringan biologi : sekumpulan struktur sel dan ekstraselular
mengandung ion – ion yang bermuatan listrik

5. Electrical Properties Cancer Cells
Perubahan pH
Perubahan Mineral
Perubahan Struktur membran
Perubahan Potensial Membrane
Perubahan Matrix Extraselular
Perubahan Protein
Perubahan Gene
Tegangan Negatif -Asak Sialik-Tumor coats
Asam Sialik pada viral coats
Electrikfikasi Darah,
Nutrien perubah Infektif

6. Properti Elektrik Selular dan Elektromagnetic Field (EMF):
• Interaksi Ligand receptor dari hormon, growth factors, cytokines dan
Neurotransmitters merubah/menginisiasi regulasi membran proses selular internal
• Perubahan mineral yang masuk melalui membran sel
• Aktifasi atau penghambatan reaksi enzim sitoplasma
• Peningkatan potensial elektrik dan kapasitas membran sel
• Perubahan orientasi dipole/kutub
• Aktifasi DNA Helix karena tidak berpuntir/untwisting Helix menyebabkan
peningkatan pembacaan dan transkripsi Codons dan menginkatkan sintesa protein
• Aktifasi reseptor membran sel yang berfungsi sebagai antennas untuk jendela
tertentu dari frekuensi dan amplitudo yang menyebabkan konsep penerimaan
elektromagnetik , transduksi dan attunement.

7. Sifat Elektrik Sel Kanker
1. Effisiensi rendah pada produktifitas energi selular (ATP).
2. Sifat elektrokimia dan distribusi yang berbeda pada tegangan elektrik membran sel
daripada jaringan sehat (Cure, 1991. 1995). Potensial elektrik membran dan Elektrikal
impedansi yang lebih rendah dari sel normal (Cone, 1985; Blad and Baldetorp, 1996;
Stern, 1999).
3. Jaringan lemak dan kandungan strol yang berbeda dari jaringan sehat (Revici, 1961).
4. Perubahan komposisi dan permeabilitas membran, menyebabkan pergerakan
pottasium, magnesium, dan kalsium keluar dari sel dan akumulasi sodium dan air di
dalam sel (Seeger and Wolz, 1990).
5. Konsentrasi pottasium yang lebih rendah dan sodium yang lebih tinggi dan kandungan
air daripada sel normal (Cone, 1970, 1975; Cope, 1978).
Keseluruhannya menyebabkan penurunan potensial dan kapasitans membran.
Faktor Utama menyebabkan sel sel kanker memiliki potensial membran lebih rendah :
- Perubahan kandungan mineral sel , terutama pada peningkatkan konsentrasi intraselular
dari tegangan positif ion ion sodium
- Peningkatan tegangan negatif coat sel (glvcoccalvx) (Cure, 1991).

8. Penurunan daerah elektrik melintasi membran sel kanker, merubah fungsi metabolis sel.
- Fase Resting sel normal  potensial membran pada nilai tinggi ( -60mv to -100mv,)
- Fase sel mulai berdivisi dan bersintesa DNA  potensial membran turun –15mv (Cure,1995).
- Fase sel selesai berdivisi, potensial membran kembali normal.
-Sel Kanker  Mempertahankan potensial membran pada NILAI RENDAH
Konsentrasi intraselular sodium pada KONSENTRANSI TINGGI. (Cone 1985).
 berfungsi MITOTIK menyebabkan sel mengalami divisi (Mitosis).
Perubahan produksi energi selular dan struktur membran Perubahan konsentrasi mineral
intraselular dan potensial membran yang rendah.
Tegangan negatif
berlebih pada
permukaan
eksterior kanker sel
Depolarisasi
membran sel kanker
(Penurunan potensial
membran)
akumulasi tegangan
permukaan negatif
berlebih
sel karsinogenikPerubahan genetik
Perkembangan
elektrik selular yang
abnormal

9. Sel Kanker  Perubahan fungsi sel organel di luar nukleus (Seeger and Wolz, 1990).
Bahan kimia tertentu,
Virus, dan Bakteri
Sel Kanker
Modifikasi :
- Perubahan elektrik permukaan sel
- Perubahan membran sel dan
potensial elektrik membran organel
- Perubahan fungsi membran,
- Perubahan kandungan mineral intraselular
- Perubahan produksi energi
- Perubahan ekspresi genetik.

10. Konduktifitas Elektrik Jaringan tergantung pada Sifat Bulk Physico-Chemical
Fluida Jaringan dan Solids dan Sifat Mikrostruktur (ex. Kompartment Geometri
Mikroskopik (Scharfetter, 1999)).
Konduktifitas dan Permeabilitas Material Biologis bervariasi tergantung
frekuensi yang diaplikasikan (Scharfetter, 1999).
Pada Jaringan biologi , arus elektrik dibawa oleh konduksi ionik dan
semikonduksi elektron. Sementara Peralatan elektrik hanya elektron atau
lubang elektron membawa arus listrik. Sehingga sifat elektrik jaringan biologi
tergantung pada mekanisme fisik yang mengontrol mobilitas dan keberadaaan
ion ion sodium, klorida, potasium, magnesium dan kalsium (Scharfetter, 1999).

11. Protein Semikonduksi dan Matriks
ekstraselular proteoglycans
Tegangan listrik mengkontribusi
konduktifitas jaringan
Sifat elektrik jaringan Keberadaan elektron
• Derajat keasaman jaringan
• Derajat hypoxia jaringan
• Derajat struktur air
• Keberadaan donor elektron
seperti antioksidan
• Keberadaan senyawa elektropilik
pada membran sel dan matriks
ekstraselular (ECM)
Interface sel membran
ECM
Lokasi molekul seperti hormon,
faktor pertumbuhan peptida,
cytokines,
Dan neurotransmittere ( inisiasi
signal kimia dari sel ke sel)
Signal kimia diatur dan diperbesar dengan daerah
elektromagnetik osilasi nonionik yang lemah yang
secara natural ada pada ECM(Adey, 1988).

12. • Temperatur
• Tingkat oksigen
• Konsentrasi mineral pada fluida intra dan ekstraselular
• Tipe mineral yang ada pada fluida intra dan ekstraselular
• pH (intra dan ekstraselular)
• Tingkat hidrasi (kandungan air pada sel dan ekstraselular)
• Rasio struktur/unstruktur air di dalam sel
• Komposisi Membran lipid/sterol
• Aktifitas radikal bebas
• Jumlah tegangan negatif pada permukaan sel membran
• Jumlah dan struktur asam hyaluronik pada ECM
• Munculnya Daerah Elektrik Endogenous
• Aplikasi daerah Elektromagnetik ekstenal
• Keberadaan Racun/Toksin Kimia Electrophilik dan logam berat pada sel dan ECM
Interface ECM Sel membran
memiliki resistansi elektrik lebih
rendah dari sel membran
Arus listrik lebih mudah
dikonduksi melalui ruang
ini (Adey,1981).
Laju arus permukaan sel mengontrol fungsi fisiologi sel dan jaringan (Adey, 1981).
Konduktifitas jaringan sehat dan kanker
dipengaruhi variasi:

13. Merubah kondisi intraselular menjadi lebih mudah
untuk melakukasi mitosis selular
• Kandungan sodium lebih tinggi
• Kandungan air tak terstruktur lebih tinggi
• Kandungan potassium intraselular lebih rendah
• Tegangan negatif permukaan sel lebih tinggi
(Hazelwood et al., 1974; Cone, 1975; Cope, 1978; Brewer, 1985, Cure, 1991).
Sel Kanker
Potensial transmembran lebih rendah dari sel normal
Merubah permeabilitas membran
Menganggu laju oksigen dan nutrien memasuki sel
Menganggu metabolisme aerobik
Bergantung pada metabolisme
anaerobik untuk produksi energi.
Metabolisme Anaerobik,
Konsentrasi sodium berlebih,
Potensial transmembrane rendah
Perubahan pH

14. DISPERSI : Variasi Sifat material akibat pemaparan signal
frekuensi pada rentang tertentu.
Dispersi α  Frekuensi < 10 KHz ,
akibat perbedaan polarisasi ion ion sepanjang
membrane sel .
Nilai Permeabilitas Tinggi  adanya muatan terperangkap dalam
intrasel dan tidak bereaksi terhadap kutup medan listrik.
Dispersi β  Frekuensi MHz ,
akibat polarisasi dikedua sisi membrane sel yang
berfungsi sebagai pertahanan terhadap proses
transport ion pasif antara bagian luar dan dalam
sel dan proses polarisasi protein dan makromolekul
organik lain di dalam sel.
Proses dimulainya pengaruh input medan listrik eksternal ke dalam
sel.
Dispersi γ  Frekuensi GHz (109 Hz),
akibat polarisasi dari molekul air.

15. Sifat Dielektrik Jaringan biologi dipengaruhi juga
Kandungan cairan suatu material biologi
Nilai permitivitas dan
konduktivitas bervariasi
Frekuensi< 100 Hz
(10 % jaringan)
sulit identifikasi,
pengaruh efek
kesalahan pembacaan
elektroda kesalahan
100 Hz < Frekuensi
Jaringan < 100 KHz
dapat diidentifikasi,
kecuali jaringan bersifat
anisotropic

16. sifat elektrik jaringan  ratio displacement current dan
conduction current;
Id/Ic = ωε/ό.
Typical frequency dependence of the complex permittivity of a heterogenous
material such a biological tissue 2.

17. Nilai konduktivitas dan permitivitas relative frekuensi rendah (< 0,1 MHz)
Frekuensi
Skeletal
Muscle
parallel
Skeletal
Muscle
Perpendicular
(Non
Oriented)
Liver Lung Spleen Kidney
Brain White
Matter
Brain Gray
Matter
Bone
Whole
Blood
Fat
Conductivity (S/m)
10 Hz
0.52 0.076 0.12 0.089
100 Hz
0.52 0.076 0.13 0.092 0.0126 0.6
1 KHz
0.52 0.08 0.13 0.096 0.0129 0.02 - 0.07
0.68
10 KHz
0.55 0.085 0.15 0.11 0.0133
0.68
100 KHz
0.65 0.4 0.15 0.62 0.24 - 0.25 0.12 - 0.15 0.17 0.0144 0.55
0.56 -0.59 0.16 0.58
0.38 - 0.44
1 MHz
0.27 0.63 0.37 - 0.39 0.14 - 0.19 0.21 0.0173 0.71
0.83 - 0.85 0.3
0.58 - 0.63
10 MHz
0.86 - 0.87 0.47 0.84 0.64 - 0.68 0.21 - 0.28 0.35 0.0237
0.92 - 0.96 0.46 0.55 - 0.53 0.50 - 0.57 0.3 0.38 1.11
0.69 - 0.75 0.42 - 0.46 0.29 - 0.31 0.45 - 0.63
100 MHz
0.95 - 0.99 0.72 1.05 0.94 - 1.05 0.36 - 0.48 0.69 0.0574 1 0.02 - 0.07
0.9 ± 0.08 0.7 0.53 0.73 - 0.76 0.66 - 0.72 0.45 0.7
0.75 - 0.82 0.60 - 0.71
0.80 ±
0.02
0.75 ± 0.02 0.48 - 0.51 0.52 - 0.85 0.7 -0.8
1 GHz
1.38 - 1.45 0.98 1.2 0.89 - 0.94 0.05 1.4 - 1.6
1.3 1.2 0.73 1.09 - 1.13 0.95 - 0.97 0.8 1.1 1.3 0.03 - 0.09
1.5 0.95 - 1.0 2 1 0.81 - 0.82 0.89 - 1.17
3 GHz
2 2.5 ± 0.03 1.8 - 2.1 0.16 2.5 - 3.1
2.7 ± 0.07 2.4 1.5 2
2.8 2.8 2.7 2.3 ± 0.05
10 GHz 8.3 5.8 - 6.7 6.5 0.5 - 1.7 9.1 0.3 - 0.4

18. Tabel 2. Dielectric properties ( Relative Permitivity) of selected Tissues 3.
Frekuensi
Skeletal
Muscle
parallel
Skeletal
Muscle
Perpendicular
(Non
Oriented)
Liver Lung Spleen Kidney
Brain White
Matter
Brain Gray
Matter
Bone
Whole
Blood
Fat
Relative Permitivity (F/m)
10 Hz
1 x 107
1 x 106
5 x 107
2.5 x 107
100 Hz
1.1 x 106
3.2 x 105
8.5 x 105
4.5 x 105
3,800 1.5 x 105
1 KHz
2.2 x 105
1.2 x 105
1.3 x 105
8.5 x 104
1,000 5 x 104
2,900
10 KHz
8 x 104
7 x 104
5.5x 104
2.5x 104
640
2,810 2 x 104
100 KHz
1.5 x 104
3 x 104 9760 3,260
10,900 -
12,500
1,960 - 3,400 3,800 280 4,000
24,800 -
27,300
1.4 x 104
2,740
14,400 -
15,800
1 MHz
1,970 1,450 2,390 - 2,690 543 - 827 1,250 87
2,460 -
2,530
1,970
1,900 -
2,150
2,040
10 MHz
170 - 190 338 321 431 - 499 163 - 209 352 37
187 - 204 300 352 - 410 190 - 204 200 380 200
162 - 181 251 - 265 190 - 191 237 - 289
100 MHz
67 - 72 77 83 89 - 95 57 - 66 90 23 4.5 - 7.5
68 ± 2 79 35 71 - 76 56 -62 65 90 67
64 - 70 65 - 68 81 ± 3 85 ± 1 58 - 64 65 - 80 72 - 74
1 GHz
57 - 59 46 54 40 - 44 8 58 - 62 4.3 - 7.5
58 55 35 50 - 51 43 35 45 63 - 67 3.0 - 6.0
48 47 - 49 50 46 38 - 39 47 - 51 63
3 GHz 42 520.6 35 - 41 7.5 55 - 56 4.0 - 7.0

19. Karakteristik Elektrik Kanker Mammae 1.
Struktur biologis Jaringan mammae : kulit, lemak, dan otot
Rentang Frekuensi Deteksi Jaringan Peneliti
20 KHz < Frekuensi < 100
MHz
Konduktivitas jaringan kanker vs
Jaringan sehat
(Surowiec et al)
488 Hz < Frekuensi < 1 MHz 3 tipe jaringan mammae:
Jaringan sehat, Tumor jinak dan
Karsinoma
(Jossinet)
Frekuensi > 125 KHz Perbedaan karakteristik jaringan
Karsinoma
(Jossinet)
10 KHz < Frekuensi < 10 MHz Klasifikasi patologi jaringan
mammae.
Pengukuran fase elemen:
Resistensi ekstrasel, Resistensi
intrasel dan Kapasitan membrane
sel
(Chauveau et al)

20. Daftar Pustaka
1. Tyna A Hope et al, “Technology review : The Use of electrical Impedance
scanning in the detection of the breast Cancer”, Breast Cancer Res, 6:69-74,
2004.
2. Damijan Miklavcic et al, “Electric Properties of Tissues”, Wiley Encyclopedia of
Biomedical Engineering, Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Inc.
3. Foster, K. R. “ Dielectric Properties of Tissues”, The Biomedical Engineering
Handbook : second Edition, Ed. Joseph D. Bronzino, BocaRaton : CRC Press LLC
2000.
4. Mark J. Schroeder et al, “An Analysis on the Role of Water content and state on
Effective Permitivity Using Mixing Formulas”, Journal of Biomechanics,
Biomedical and Biophysical Engineering, Vol.2, Issue 1,2008.