Biomechanics of Gait
Ferawati Samad Nurul Izzah Nasir Mu’jizatillah
Gusti Pratiwi Muliati St.Rahmawati A.Ummul Khairi
Gait Analysis
introduction Gait ( berjalan ) adalah sebuah usaha seseorang untuk melangkah ke depan atau dari satu tempat ke tempat yang lain dengan melibatkan komponen- komponen gerak sendi, kerja otot, derajat pergerakan badan ke depan, allignment tubuh ( trunk ) dan gaya reaksi bidang tumpuan. Gait analysis diasumsikan sebagai pengukuran pola pergerakan saat berjalan dan yang berhubungan dgn itu. Inti dari gait anlysis adalah pengukuran sendi secara kinetik dan kinematik
Gait Phase •
Stance phase (fase menapak) a). Ekstensi sendi panggul (hip) b). Geseran ke arah horizontal- lateral pada pelvis dan truk c). Fleksi lutut sekitar 15° pada awal heel strike, strike, dilanjutkan dengan ekstensi dan fleksi lagi sebelum toe off
•
Swing phase (fase mengayun) a). Fleksi lutut dengan diawali ekstensi hip b). Lateral pelvic tilting kearah bawah pada saat toe off c). Fleksi hip d). Rotasi pelvic ke depan saat tungkai terayun e). Ekstensi lutut dan dorsalfleksi ankle dengan cepat sesaat sebelum heel strike
Methods Of Gait Analysis From the scientific and clinical literature in which various laboratory methods have been used to measure gait characteristics including : • Stride analysis • Angular kinematic analysis • Force plate and foot pressure analysis • Electromyographic (EMG) analysis
Stride Analysis • Stride analysis data are used to calculate basic time distance variables, which will be described in detail. • Temporal sequence of stance and swing are quantified using : 1. Simple tools such as, stopwatch, ink and paper. 2. Electromechanical instruments such us pressure-sensitive switch imbedded in shoe inserts or applied to the bottom of the foot.
Portable stride analysis system
Angular Kinematic Analysis Angular kinematic analysis uses: 1. Electrogoniometry 2. Accelerometry 3. Optoelectronic techniques
Electrogoniometry
Force Plate and Foot Pressure Analysis • Force plate and foot pressure analysis techniques involve the recording of information at the foot-floor interface during the stance phase of gait • Force plates measure the resultant ground reaction force • Pressure plates measure the load distributions beneath the foot during stance
Force Plate
EMG Analysis • EMG is used to record muscle activation during walking. • EMG is typically combined with stride combined or angular kinematic analysis to provide information about phasic muscle activation patterns • EMG helps to explain the motor performance underlying the kinematic and kinetic characteristics of gait
TIME-DISTANCE VARIABLE •
waktu melangkah mengacu pada waktu melaksanakan langkah tunggal. Panjangnya Langkah mengacu pada jarak cakupan oleh suatu langkah dan arah daya penggerak. Langkah digambarkan sebagai kejadian dari suatu peristiwa pada [atas] satu kaki sampai kaki berikutnya, hal yang sama terjadi pada opposite foot. Hal yg paling umum digambarkan sbg contoh adalah initial contact contralateral. Laterality ditentukan oleh swinging limb;misalnya kaki kanan digambarkan adalah langkah awal. kontak kaki kiri ke kanan setelah initial contact. Langkah panjang merujuk kepada cakupan jarak dalam langkah ke arah daya. Langkah lebar merujuk kepada cakupan jarak dalam langkah tegak lurus ke arah tenaga yang diukur dari titik kontak di tumit. Berurut terdiri dari dua langkah yang mudah. Meskipun variabel langkah mungkin berbeda dari kanan ke kiri dalam setiap individu, variabel langkah akan tetap konstan dengan mengabaikan apakah langkah yang digambarkan oleh kanan atau initial contact pada yg kiri,Karena langkah terdiri dari penjumlahan dari
ANGULAR KINEMATICS
HIP •
Pada awal kontak, hip flexed adalah sekitar 30 derajat . Selama tahap terminal
stance, hip meluas hingga mencapai sekitar 10 derajat dari ekstensi. Selama preswing dan sebagian besar di seluruh tahap swing, hip-flexes sekitar 35 derajat, l alu dimulai perpanjangan pada kontak sebelumnya ke kontak berikutnya pada lower limb diperpanjang untuk menempatkan kaki di atas tanah. • Hip netral ketika adduction-abduction di awal kontak . Pada bagian akhir didukung oleh lower limb pertama atau early midstance, hip-nya mencapai posisi abduksi
maksimum sekitar 5 derajat. Seluruh sisa dari sikap, hip abducts sekitar 10 derajat di toe off, maka terus-menerus sepanjang adducts swing dalam persiapan untuk kontak selanjutnya.
•
Gerakan Rotasi Hip lebih variabel pada individu selama gaya berjalan . Pada awal kontak, rotasi eksternal hip sekitar 5 derajat . Dimulai pd internal rotasi 2 derajat dari rotasi netral ke bagian
middle terminal stance, lalu ke arah sebaliknya dan eksternal rotasi, tumit mulai bangkit, ke puncaknya dari 15 derajat dari eksternal rotasi selama initial swing. Sebaliknya Limb swings berlawanan dengan sikap kaki selama midswing, dan hip rotasi internal 3 derajat dari netral, maka bergerak antara 3 dan 5 derajat dari eksternal rotasi selama terminal swing. Kecuali eksternal rotasi selama terminal ayunan. Kecuali mungkin untuk jangka waktu singkat selama middle terminal swing, hip tidak pernah internal rotasi selama berjalan.
KNEE •
Pada awal kontak, lutut yang hampir sepenuhnya diperpanjang, maka secara bertahap ke flexes. Phase support puncak fleksinya sekitar 20 derajat selama awal
dari midstance. phase kedua dari midstance, meluas lagi hampir sepenuhnya, dan kemudian flexes ke sekitar 40 derajat selama preswing. Dengan segera diikuti oleh toe off, knee terus flexi hingga 60 sampai 70 derajat di midswing, kemudian meluas untuk kontak selanjutnya. •
Plane of motion pada abduksi-adduksi, lutut yang cukup stabil selama stance phase karena keberadaan dari tulang dan batas ligament kendala dalam posisi relatif perpanjangan dari knee position. Skeletal alignment mem ainkan peran penting dalam pergerakan abduksi adductions pada knee.
•
internal dan eksternal rotasi knee selama berjalan, seperti pada kasus adductionabduction, ditentukan terutama pada mekanisme tulang dan ligament.
Ankle and foot
•
1. Initial Con tact /Heel Strik e (HO)
• Awal dari cara siklus berjalan •
Sesaat kaki mengenai landasan, engkel berada dalam posisi normal, dan lutut dalam keadaan tertutup atau kaki lurus. Heal Strike (calcaneous) merupakan tulang pertama yang menyentuh landasan,
•
L o a d i n g R es p o n s e (F o o t Flat) melakukan kontak
sepenuhnya dengan landasan dan dalam keadaan rata (foot flat/FF) dengan landasan (lihat kaki warna merah)
•
3. Mids tance
•
Dimulai pada saat heel sesaat sebelum meninggalkan landasan sehingga kaki berada sejajar dengan kaki bawah bagian depan.
•
4. Terminal Stanc e (Heel Off) •
•
Fase terminal stance pada saat heel kaki kanan (merah) meninggi (mulai meniggalkan landasan) dan dilanjutkan sampai dengan heel dari kaki biru mulai mengenai landasan,
Fase terminal stance disebut juga dengan fase heel off karena heel kaki pada periode stance tidak mengenai landasan
• 5. Pre-Swin g (Toe-Off) • Fase pre-swing dimulai dengan fase initial contact (heel strike) oleh kaki kiri (biru), dan • kaki kanan (merah) berada posisi meninggalkan landasan untuk melakukan periode mengayun (toe-off)
• 6. In itial Sw in g ( Ac ce l er at i on )
• Fase initial swing dimulai pada saat telapak kaki kanan (merah) mulai diangkat dari posisi landasan
• 7. Mid-Swin g • Fase mid-swing yang dimulai pada akhir initial swing dan dilanjutkan sampai kaki merah mengayun maju berada di depan anggota badan sebelum mengenai landasan.
• 8. T er m i n a l Sw i n g (Decceleration)
• Fase terminal swing merupakan akhir dari gait cycle, terjadi pada periode waktu siklus • dimana tungkai kaki mengalami perpanjangan maksimum dan berhenti pada saat heel telapak kaki kanan (merah) mulai mengenai landasan. Pada periode ini, posisi kaki kanan (merah) berada kembali berada depan anggota badan, seperti pada posisi awal gait cycle,
Trunk and pelvis
Trunk glide
pd fase midtance
Fase yg membawa badan bergerak ke depan
Center of mass • Letak pusat gravitasi (Center of Gravity/COG) merupakan pusat tempat partikel tubuh di distribusikan, dan juga sebagai titik keseimbangan tubuh. Dalam proses gait cycle, letak pusat gravitasi dapat berubah atau memiliki nilai yang berbeda-beda dalam setiap fase gait cycle.
Rasio Letak Pusat Gravitasi
Segmen Tubuh Paha Kanan Paha Kiri Betis Kanan Betis Kiri Kaki Kanan
Kaki Kiri
Ukuran (%) 0.39 0.39 0.42
0.42 0.44 0.44
Muscular control
Muscle Control Hip during Gait – Stance Phase: Initial contact: hip extensor act concentrically while the hip abductor stabilize the lateral aspect of the coxofemoral joint. Hip flexion 25 0 Loading response: the lower fiber of the gluteus maximus show increasing activation intensity from initial contact to the middle of loading response. Hip abductors stabilize pelvic drop in frontal plane. Hip extensors counteract trunk and hip flexion. Hip flexion 25 0
• Mid-stance: the upper fiber of the gluteus gluteus maximus and the gluteus medius increases activation intensity thruogh loading response. Fleksi hip 250 – 00 . • Terminal stance: Tensor fascia latae active throughout stance to resist pelvic drop. HIP 0° flexion → 20° extension.
– Swing Phase: Pre-swing: Femur flexes forward due to gravity and momentum, may be facilitated by adductor longus and rectus femor is. Rectus femoris may restrain rapidpassive knee flexion, otherwise quads silent Initial swing:Adductor longus brings leg toward midline. Iliacus, sartorius, and gracilis is activated during initial swing Mid-swing:Hip flexors and momentum flex hip. Hamstrings begin to decelerate knee extension (Knee extension created by tibial forward momentum) Terminal Swing: Hamstrings continue to decelerate forward swing of leg Quadriceps may contract to extend knee in preparation for initial contact
Muscle Control Knee during Gait • Stance phase Initial contact: knee rotates from the fully extended position. Loading response: puncak sudut fleksi knee 20 0. Mid-stance: the quadriceps act concentrically to extend the knee through early midstance Terminal stance:
• Swing phase The gracilis and sartorius muscle also may contribute contribute to swing phase knee flexion when they activated during late pre-swing, initial swing, and early mid-swing. Most of the hamstring muscle are activated in late midswing or terminal swing. Their function at the knee is probably to control the angular acceleration into knee extension. The short head of the biceps femoris is activated earlier than are the other hamstring muscle in early mid-swing and probably assists in flexing the knee fo foot clearence
• Gaya reaksi sendi pada ankle joint selama berjalan adalah sama atau sedikit lebih besar daripada gaya hip dan knee. • Sagital kinetik Ankle
initial contact,loading response, midstance phase, terminal stance phase
From EMG studies on the muscle that cross the ankle, the dorsiflexor muscles are shown to be firing concentrically during swing to allow for foot clearance and eccentrically during loading response to control the placenanment of the foot by ankle plantar flexi.
As the foot makes contact with the floor, subtalar eversion occurs as a shockabsorbsing mechanism. The tibialis anterior acts to restrain the subtalar joint during loading response
The midtarsal joint primarily by the tibialis posterior. Bacause the activity of the long toe flexors and the lateral plantar insersio muscle begins before the toes flex, these muscle may well contribute to the support of the midtarsal joint
The flexor digitorum longus and the flexor hallucis longus begin activation during midstance and cease firing during pre-swing
