INSTRUMENTASI UNTUK LABORATORIUM KLINIS

INSTRUMENTASI UNTUK LABORATORIUM KLINIS

Setiap organisme hidup memiliki komposisi kimia yang komplit dan kompleks. Pada hewan tingkat tinggi, makanan dan air memasuki tubuh dengan melalui mulut, yang merupakan awalan dari jalur pencernaan. Pada perut, makanan secara kimia dicerna menjadi komponen dasar. Dari perut, komponen dasar makanan tersebut disalurkan ke usus, untuk diolah lagi. Proses pengolahan tersebut terdiri dari beberapa tahap, antara lain disimpan untuk kegunaan berikutnya, dan lainnya digunakan untuk pembangunan komponen tubuh kita yang telah rusak, atau pembuatan sel tubuh baru, juga untuk menghasilkan energi. Semua fungsi kerja tubuh, seperti kontraksi otot atau transmisi syaraf untuk kerja otak memerlukan energi. Energi ini didapat dari nutrisi yang dihasilkan dari proses oksidasi, yaitu mengkonsumsi makanan dan oksigen dan menghasilkan karbondioksida sebagai limbah. Pertukaran antara oksigen dengan karbondioksida dan air, terjadi di paru-paru. Banyak proses kimia terjadi di hati. Beberapa produk metabolisme berupa limbah terlarut dihilangkan melalui ginjal dan limbah tersebut dibuang melalui urine. Untuk membuat kesemuanya ini memungkinkan, maka dibutuhkan suatu mekanisme untuk menyalurkan sejumlah substansi kimia dari lokasi pencernaan ke sel-sel tubuh .

DARAH

Pada hewan tingkat rendah, terutama yang hidup di lautan, seperti anemon, pertukaran antara nutrisi dan sisa metabolisme, terjadi antara sel dan lingkungannya hanya melalui membran sel secara langsung. Metode yang simpel ini tidaklah cukup bagi hewan tingkat tinggi, terutama yang hidup di udara dan di darat. Untuk hewan tersebut, termasuk manusia, Sang Pencipta telah menciptakan sistem transportasi yang cukup untuk terjadinya pertukaran produk kimia antar sel-sel yang disebut sirkulasi darah. Total volume darah yang disirkulasikan sekitar 5 liter. Darah merupakan cairan yang disebut plasma, yang terdiri atas tiga komponen. Satu milimeter kubik darah (1/6 tetes) terdiri atas sel-sel darah sebagai berikut :

Sel darah merah (RBC) erytrocytes

4,5=5,5 juta

Sel darah putih (WBC) leucocytes

6000-10.000

Keping darah thrombocytes

200.000-800.000

RBC berbentuk seperti cakram, berdiameter sekitar 8 (m. Sel darah merah tidak memiliki inti sel, tetapi memiliki membran sel dan sel tersebut diisi dengan larutan yang mengandung zat besi, disebut sebagai hemoglobin. RBC menyalurkan oksigen secara kimia, dengan mengikatkan oksigen ke hemoglobin. Semakin tinggi kandungan oksigen pada hemoglobin, maka warnanya semakin merah cerah, dan semakin sedikit, maka warnanya menjadi merah gelap.

WBC memiliki berbagai ukuran, dengan diameter rata-rata sekitar 10 (m. Setiap sel mengandung inti, seperti halnya amoeba, yang dapat mengubah bentuknya. WBC fungsinya untuk menghancurkan bakteri, dan semua yang tergolong parasit, dan mencernanya.

Keping darah adalah kumpulan dari protoplasma dengan diameter 2-4 (m. tidak berwarna dan tidak memiliki inti sel. Perannya antara lain ialah dalam mekanisme pembentukan darah.

Dengan memutarkan darah dalam centrifuge, sel darah dapat diendapkan dari plasma, yang cenderung kental, yaitu cairan berwarna agak kekuningan yang mengandung sejumlah protein terlarut. Salah satu proteinnya, fibrinogen, fungsinya ialah membentuk fibrin, yang berperan besar dalam pembekuan darah. Plasma yang telah dipisahkan dari fibrinogen disebut serum darah.

Mekanisme dalam pembekuan darah, yang mencegah mengalirnya darah secara terus menerusa dalam kondisi tubuh terluka. Mekanisme tersebut juga dapat terjadi bila ada benda asing yang masuk ke tubuh atau karena efek extracorporeal, padahal untuk kasus ini, mekanisme tersebut tidak perlu terjadi, karena akan membahayakan tubuh. Pembekuan darah dapat dicegah dengan penyuntikan heparin, sebuah antikoagulan alam yang didapat dari ekstrak hati dan paru-paru lembu.

Banyak penyakit yang menyebabkan karakteristik darah menjadi berubah. Perubahan variasi tersebut dapat terjadi pada jumlah sel, ukuran, ataupun bentuk dari sel darah (pada anemia, RBC menjadi berkurang). Pada penyakit lain, menyebabkan perubahan pada komposisi kimia serum darah (atau cairan tubuh lain, seperti urine). Pada diabetes mellitus, konsentrasi glukosa dalam darah dan urine meningkat. Penghitungan jumlah sel darah, pengamatan bentuk dan ukuran, atau analisis kimia dari serum darah, dapat menghasilkan informasi yang penting untuk mendiagonosis sejumlah penyakit. Atau cairan tubuh lain, pengambilan sampel dari organisme hidup, yang disebut biopsi dipelajari melalui teknik yang disebut sebagai bacteriology, serology, dan histology untuk mendapatkan petunjuk yang tepat untuk mendiagnosis penyakit.

Tujuan dari test bacteriology ialah untuk menentukan tipe dari bakteri yang menyerang tubuh, untuk mendiagnosis penyakit dan menentukan penanganan yang tepat. Untuk contoh kasus ialah pengambilan sampel yang mengandung bakteri (dari tenggorok) yang dibiakkan dalam suatu media nutrisi dalam suatu cawan petri (kultur jaringan). Kultur tersebut diberikan pada suatu suhu tubuh untuk mempercepat pertumbuhan dari bakteri. Ketika bakteri telah berkembang menjadi suatu koloni, mereka dapat diidentifikasi karena warna, bentuknya, oleh karena pengaruh dari media nutrisi tertentu, dengan menggunakan mikroskop.

Serology test fungsinya sama, namun yang digunakan dalam pengujiannya ialah organisme, yang bila telah diserang oleh penyakit, maka akan membentuk antibodi dalam darah, yang menjaga tubuh dari infeksi. Antibodi tersebut berbeda untuk organisme yang berbeda, juga aksi yang dilakukannya, yang dapat diamati dengan beberapa metoda. Salah satu metode, agglutination, yaitu untuk mengamati serum test yang berisi antigen dari sebuah organisme di bawah mikroskop. Karena yang diamati bukanlah organisme itu sendiri, namun antigen yang dikembangkan oleh darah. Jika jumlah RBC per kubik milimeter darah yang akan didiagnosa, dapat dilakukan serological test yang tidak hanya terbatas untuk infeksi dari bakteri, namun juga untuk infeksi virus ataupun dari mikroorganisme lainnya.

Histological test juga melibatkan pengamatan mikroskop dari sampel jaringan tubuh, yang sebelumnya dibuat menjadi preparat yang berupa irisan tipis dari jaringan tubuh, dengan menggunakan microtome. Preparat tersebut ditambahkan beberapa zat kimia untuk meningkatkan kualitas pengamatan, tanpa mengubah struktur kimia dan biologis jaringan tersebut.

Pemeriksaan darah dilakukan secara berkala pada pasien untuk memantau kondisi kesehatannya. Oleh karena itu dikembangkan instrumen untuk melakukan pengamatan pada darah, baik secara jumlah maupun kimiawinya darah.

PENGETESAN DARAH

Ketika seluruh darah dalam tabung reaksi dilakukan centrifuge, sel darah mengendap pada bagian dasar tabung. Sebagian besar dari yang mengendap yaitu RBC, yang dengan sel yang lain, membentuk lapisan tipis yang menutupi RBC. Jumlah volume dari RBC tersebut disebut hematocrit. Merupakan persentase dari total volume darah. Jika jumlah RBC per kubik milimeter diketahui, maka kita dapat mengetahui hematocrit dengan menggunakan mean cell value (MCV). Seperti telah diketahui, bahwa komponen aktif RBC yaitu hemoglobin, yang diekspresikan dalam gram/100 ml. Dari hemoglobin, hematocrit dan sel darah dihitung, mean cell hemoglobin (MCH) (dalam pikogram) dan mean cell hemoglobin concentration (MCHC) dapat dihitung.

Hematocrit dapat dihitung dengan melalukan sampel darah ke tabung kapiler, dan menutup bagian bawahnya dengan plastik. Tabung tersebut diputar selama 3-5 menit dengan centrifuge dengan kecepatan tinggi. Karena tabung kapiler memiliki diameter atas dan bawah yang sama, maka dapat dilakukan perbandingan ketinggian antara plasma dengan sel darah. Dilakukan dengan nomogram, yang lalu dibaca angkanya yang merupakan nilai hematocrit.

RBC memiliki tahanan listrik yang lebih tinggi dibanding plama, sehingga kita dapat menghitung hematocrit dengan menghitung tahanan listriknya. Ini merupakan alternatif metode untuk menghitung hematocrit, yang lebih mudah daripada sebelumnya.

Konsentrasi hemoglobin dapat ditentukan dengan menghancurkan membran RBC untuk melepaskan hemoglobin, dan secara kimia akan mengubahnya menjadi asam hematin atau cyanmethemoglobin. Tidak seperti hemoglobin, konsentrasi warna dari komponen tersebut tidak tergantung dari kandungan oksigen. Sehingga konsentrasi hemoglobin dapat dilakukan dengan instrumen colorimetery.

Untuk menghitung sel darah secara manual dapat dilakukan dengan menggunakan microscope. Pertama, darah dilarutkan dengan perbandingan 1 : 100 atau 1 : 200 untuk menghitung RBC dan 1 : 10 atau 1 : 20 untuk menghitung WBC. Untuk menghitung WBC, juga dapat dilakukan dengan menggunakan larutan yang melarutkan RBC, yang merupakan larutan isotonic yang mengisolasi WBC. Darah yang terlarut, yang dibawa ke ruangan penghitung sedalam 0.1 mm. Ketika diperbesar 500 kali, maka dapat dihitung. Metoda yang kompleks ini biasanya digunakan untuk menghitung WBC. Metoda ini bila ditambahkan proses sustaining, maka akan dapat menghitung jenis-jenis dari WBC.

Sekarang ini, perhitungan RBC dan WBC biasanya menggunakan instrumen otomatis ataupun semiotomatis. Instrumen yang biasanya digunakan ialah yang menggunakan metoda konduktivitas (Coulter). Penghitung tersebut terbuat dari gelas dan beaker, yang satunya berisi darah terlarut dalam gelas tertutup, yang lubangnya hanya orifice. Perhitungan konduktifitas menggunakan dua elektroda. Konduktifitas ini berdasarkan diameter dari orifice. Gelas tersebut dihubungkan dengan pompa penghisap melalui tabung U yang diisi dengan merkuri. Tekanan negatif yang dihasilkan oleh pompa menyebabkan aliran dari larutan melalui beaker melalui orifice menuju tabung gelas. Setiap sel darah yang mengalir melalui orifice, secara otomatis akan memblok arus listrik dan menyebabkan penurunan konduktifitas pada kedua elektroda. Sehingga output pulsa pada konduktifitas meter akan turun, sehingga amplitudo sinyal akan turun. Rangkaian threshold hanya akan meloloskan pulsa yang melebihi nilai amplitudo tertentu. Perhitungan sel darah ini dapat diselesaikan dalam waktu kurang dari 20 detik. Dengan kemampuan menghitung hingga 100.000, dapat dikatakan hasilnya akurat. Kemampuan alat ini tidak hanya dapat menghitung RBC, namun juga WBC, konsentrasi hemoglobin dan hematocrit. Kesemua hasil tersebut dapat diprint.

Tipe kedua dari penghitung sel darah menggunakan prinsip dark-field microscope. Darah yang melalui sirip yang tipis tersebut disinari oleh armatur lampu yang berbentuk kerucut melalui arpeture lingkaran dan sebuah sistem optik. Sirip tersebut dicitrakan pada katoda atau phototube. Tidak ada cahaya yang mengenai phototube sampai sel darah melewati sirip dan memantul pada kilat sinar pada phototube.

Test kimiawi

Serum darah merupakan cairan yang kompleks yang berisi sejumlah substansi. Penentuan konsentrasi dari substansi dilakukan dengan teknik khusus secara kimia. Walau ada beberapa metoda test kimiawi, namun sebagian besar test tersebut berdasarkan metoda colorimeter (dengan pengenalan warna). Banyak senyawa kimia dalam larutan nampak berwarna, dengan kejenuhan warna tergantung pada konsentrasi dari larutan. Penyerapan cahaya tampak oleh substansi ini yang digunakan untuk penentuan konsentrasi.

Jika diasumsikan larutan dengan konsentrasi C ditempatkan pada sirip dengan jarak pencahayaan L. Cahaya tampak didapat dari lampu dengan filter F. Cahaya yang mengenai sirip memiliki intensitas Io. Karena ada sebagian cahaya yang diserap larutan, maka cahaya yang meninggalkan sirip akan memiliki intensitas yang lebih rendah I1. Digunakan istilah transmitansi, T untuk menuliskan perbandingannya.

Jika sirip kedua dengan larutan yang sama dikenai cahaya setelah melewati sirip pertama, maka hanya sebagian cahaya pula yang akan ditransmisikan, sehingga intensitasnya berkurang.

Cahaya yang ditransmisikan melalui sirip yang berlapis-lapis ini akan berkurang intensitasnya secara bertahap. Sehingga digunakan skala logaritma untuk mengekspresikan transmitansi, yang disebut sebagai absorbance, atau densitas optik,A.

Total absorbance merupakan penjumlahan dari masing-masing absorbance.

Jumlah dari cahaya yang diabsorb tergantung dari jumlah molekul dari substansi yang menyerap cahaya. Memiliki nilai absorbance yang sama bila ada satu sirip dengan jarak pencahayaan 2L, atau jarak pencahayaan L dengan konsentrasi yang 2 kalinya. Hubungan ini dapat dinyatakan dengan :

A = aCL (Beers Law)

Dengan L = jarak pencahayaan

C = konsentrasi dari substansi yang menyerap

A = faktor absorbtivitas, yang tergantung dari substansinya dan panjang

gelombang cahaya tersebut.

Absorbtivitas dapat diketahui dengan mengukur absorbsi dari suatu larutan dengan konsentrasi yang standar.

Cu = Cs (Au/As)

Dengan Cu = konsentrasi zat yang tidak diketahui

Cs = konsentrasi zat yang diketahui (standar)

Au = absortivitas zat yang tidak diketahui

As = absorbtivitas zat yang standar

Rugi-rugi dapat terjadi karena adanya cahaya yang hilang karena terjadi pemantulan pada sirip atau penyerapan oleh pelarut. Digunakan prinsip colorimeter atau filter photometer untuk mengukur tansmitansi dan absorbance dari larutan. Filter F melewatkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu, cahaya tersebut jatuh pada dua photoelectric sel, yaitu sel referensi Cr dan sampel sel Cs. Tanpa sampel, output yang dihasilkannya sama. Ketika sampel sel dikenai cahaya, outputnya berkurang, dan output Cr akan dibagi oleh potensiometer P hingga galvanometer (G) menunjukkan keseimbangan. Potensiometer dapat dikalibrasikan pada unit transmitansi dan absorbance hingga 1 hingga 100 persen transmitansi seiring dengan 2 hingga 0 untuk absorbance.

Selain digunakan potensiometer, digunakan meter yang dikalibrasikan secara langsung pada unit transmitasni (dengan skala linier) dan absorbace. Dengan menggunakan roda filter untuk mengukur warna yang berbeda-beda.

Reaksi yang dibutuhkan untuk dapat menggunakan substansi sebagai sarana untuk pengetesan ada beberapa tahap, dengan penambahan beberapa cairan kimia dan membiarkan substansi tersebut selama beberapa saat pada temperature tertentu. Kebanyakan reaksi mensyaratkan untuk pemeriksaan bahwa tidak adanya kandungan protein pada plasma sebagai substansi dengan menambah reagen dan memfilter sampel tersebut.

Beberapa jenis sampel test tertera di atas. Sebagian besar dari metoda tersebut dapat digunakan sebagai alternatif.

Untuk pengukuran dari sodium dan potassium, dilakukan dengan cara mengekspose ke api, yang akan menghasilkan api yang tidak berwarna berubah menjadi kuning untuk sodium dan violet untuk potassium. Untuk referensi, digunakan garam lithium yang akan diberikan pada api, sehingga berubah menjadi merah, sebagai referensi. Digunakan filter warna untuk memisahkan warna warna tersebut. Selanjutnya prinsip colorimeter digunakan juga.

Untuk penentuan klorida, digunakan instrumen chloridimeter yang berdasarkan metoda electrochemical (coulometric). Untuk melakukan test ini, klorida sebelumnya diubah ke klorida perak dengan bantuan elektroda perak, dengan melakukan proses penyepuhan (electroplating). Ketika semua klorida telah digunakan habis, potensial yang melalui sel berubah secara drastis, sehingga menghentikan timer electric, yang lalu dikalibrasi secara langsung pada konsentrasi klorida.

Instrumen yang lebih sederhana dari colorimeter yaitu spectrophotometer, dengan penggunaan filter seleksi monokromator. Prinsip kerjanya, yaitu menggunakan prisma difraksi (G) untuk mendispersikan cahaya dari lampu yang mengenainya melalui kisi S1, menjadi komponen spektral. Kisi keluar S2, memilih spektrum yang memiliki lebar tipis, yang igunakan untuk mengukur absorption dari sampel pada sirip C. semakin tipis kisi keluar, maka semakin tipis lebar dari cahaya, sejalan dengan semakin kecil intensitas. Digunakan photodetector D dengan multiplier dan meter I, yang sebelumnya telah dikalibrasi transmisi dan absorbsinya. Panjang gelombang dari cahaya dapat diubah dengan memutar prisma. Cermin M menekuk jalur pencahayaan untuk memendekkan dimensi alat.

Spectrophotometer dapat menentukan absorbsi dari sampel pada beragam panjang gelombang cahaya. Ketika panjang gelombang diubah, maka sensitivitas dari sensor, penyerapan cahaya pada sirip juga berubah.

Zat kimia tertentu, ketika dikenai cahaya dengan panjang gelombang pendek pada range ultraviolet, akan memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Fenomena ini disebut sebagai fluoroscense. Digunakan instrumen fluorometer, terkadang pula digunakan filterfluorometer atau spectrofluorometer, tergantung dari apakah akan digunakan filter atau monokromator.

OTOMASI TEST KIMIAWI

Instrumen pertama untuk pengetesan kimiawi secara otomatis ialah autoanalyzer, yang ketika itu banyak digunakan di rumah sakit. Prinsip dasar dari instrumen ini berangkat dari berbagai macam prinsip kerja yang digunakan dalam pengukuran tertentu, namun dilakukan secara bertahap dan beruntun dalam waktu yang kontinu.

Penambahan fasilitas dari instrumen ini ialah digunakannya dialyzer, yang berguna untuk memisahkan protein dari plasma. Prinsip kerjanya ialah digunakannya membran impermeable yang memungkinkan berpindahnya molekul yang lebih kecil, tapi tidak pada yang lebih besar. Juga digunakan pengukuran secara digital untuk mempercepat dan mempermudah pembacaan dan pengarsipan test kimiawi ini.

Karena proses diskrit dari sampel analyzer, sebagaimana layaknya proses kontinu, membutuhkan bahwa semua reagen selalu berada dalam kelarutan yang secukupnya. Maka ada fasilitas pada instrumen ini yang akan memastikan bahwa reagen tersebut layak untuk digunakan.

Salah satu tipe dari analyzer ialah menggunakan prinsip kinetik analysis yaitu menggunakan cakram yang berputar dengan cepat, yang mana cakram tersebut berisi reagen dan sampel serta sirip untuk pemeriksaan.