PENGANTAR BIOMEKANIK
A. Definis Definisii dan Pandang Pandangan an Biomek Biomekanik anik
Sela Selama ma awal awal tahu tahun n 19701970-an an,, komuni komunita tass inte intern rnas asio iona nall meng mengam ambi bill isti istila lah h bio biome mekan kanik ik untuk untuk mengg menggam amba bark rkan an ilmu ilmu yang yang memp mempel elaj ajari ari sist sistem em biol biolog ogis is dari dari pandangan mekanikal. Biomekanik menggunakan alat-alat mekanik, merupakan cabang/ ilmu fisik yang mempelajari mempelajari aksi (kerja) dari gaya, dan mempelajari mempelajari aspek anatomi dan fungsional dari organisme hidup. Statik dan dinamik merupakan 2 sub-bagian utama dari mekanik. Statik merupakan ilmu yang mempelajari sistem-sistem yang gerakannya dalam keadaan konstan, baik dalam keadaan istirahat (tanpa gerakan) maupun bergerak dengan kecepatan konstan. Statik merupakan cabang ilmu mekanik yang mempelajari tentang sistem-sistem dalam gerakan yang konstan. Dinamik merupakan ilmu yang mempelajari sistem-sistem yang menimbulkan percepatan. Dinamik merupakan cabang ilmu mekanik yang mempelajari tentang sistem-sistem yang berkaitan dengan percepatan. Kemudian, kinematik dan kinetik merupakan sub-bagian dari ilmu biomekanik. Kinematik merupakan gambaran gerakan yang mencakup pola dan kecepatan gerakan yang yang beru beruru ruta tan n dari dari segm segmen en-s -seg egme men n tubuh tubuh yang yang seri sering ng dian diangga ggap p seba sebaga gaii dera deraja jatt koordin koordinasi asi pada setiap setiap indivi individu. du. Kinema Kinemati tik k mengga menggamba mbarka rkan n geraka gerakan n yang yang terjad terjadi, i, sedang sedangkan kan kineti kinetik k adalah adalah ilmu ilmu yang yang mempel mempelaja ajari ri tentan tentang g gaya-ga gaya-gaya ya yang yang berkai berkaitan tan dengan dengan geraka gerakan. n. Jadi Jadi kinema kinemati tik k adalah adalah ilmu ilmu yang yang mempel mempelaja ajari ri tentan tentang g deskri deskripsi psi// gambaran gerakan mencakup space/ruang dan waktu, sedangkan kinetik adalah ilmu yang memp mempel elaj ajar arii tent tentan ang g aksi aksi dari dari gaya gaya.. Ilmu Ilmu biom biomek ekani anik k pada pada manu manusi siaa menc mencaku akup p pertanyaan-pertanyaan seperti apakah besarnya gaya otot yang dihasilkan adalah optimal untuk tujuan yang diharapkan dari pergerakan. Faktor-faktor antropometrik mencakup ukuran, bentuk dan berat dari segmen-segmen tubuh merupakan pertimbangan penting lainnya lainnya dalam analisis kinetik. Antropometr Antropometrik ik berkaitan berkaitan dengan dimensi-dimensi dimensi-dimensi dan berat dari segmen-segmen tubuh. Meskipun biomekanik relatif muda sebagai bidang ilmu pemeriksaan ilmiah yang diakui tetapi ilmu biomekanik biomekanik merupakan hal yang menarik perhatian perhatian beberapa beberapa disiplin disiplin
3
ilmu ilmu dan dan bida bidang ng prof profes esio iona nall yang yang berb berbed eda. a. Biom Biomeka ekani nik k memi memili liki ki lata latarr bela belakan kang g akadem akademik ik dalam dalam ilmu ilmu hewan; hewan; orthop orthopedi edic, c, cardia cardiacc (jant (jantung) ung),, atau atau sport sport medici medicine; ne; biomedis atau biomekanik mesin (berkaitan dengan mesin); fisioterapi; atau kinesiologi dengan dengan kompone komponen-k n-komp omponen onen yang yang sama sama sehing sehingga ga menjad menjadii hal yang yang menari menarik k dalam dalam aspek biomekanik yang menyangkut struktur dan fungsi organisme hidup. Biomek Biomekani anik k dari dari geraka gerakan n manusi manusiaa merupa merupakan kan salah salah satu satu sub-di sub-disip siplin lin ilmu ilmu kinesi kinesiolo ologi gi dimana dimana kinesi kinesiolo ologi gi merupak merupakan an ilmu ilmu yang yang mempel mempelaja ajari ri tentan tentang g geraka gerakan n manusia. Meskipun beberapa ahli biomekanik mempelajari topik seperti gerakan burung onta, aliran darah yang melalui arteri-arteri yang menyempit, atau pemetaan kecil dari rongga rongga gigi, gigi, tetapi tetapi secara secara utama utama difoku difokuska skan n pada biomek biomekani anik k geraka gerakan n manusi manusiaa dari dari pandangan analisis gerakan. Biomekanik juga merupakan cabang ilmu dari sport medicine. Sport medicine telah didefinisikan oleh Lamb sebagai istilah sebuah payung yang mencakup aspek klinis dan ilmiah dari latihan dan olahraga. Bagan Sub-disiplin ilmu Kinesiologi
Kinesiologi
Adapted Physical Education
Biomekanik
Fisiologi Latihan
Perilaku motorik
Sejarah Olahraga
Filosofi Olahraga
Atletic training
Pedagogy
Seni Olahraga
Psikologi Olahraga
Bagan cabang ilmu Sport medicine
Sport Medicine
Biomekanik
Fisiologi Latihan
Perilaku Motorik
Psikologi Olahraga
Atletic Medicine
Fisioterapi
Rehabilitasi Jantung
Sport Nutrition
Atletic training
Spesialis medis lainnya
Problem-problem (masalah) yang dipelajari dalam biomekanik
Karena berbagai disiplin disiplin ilmu dan bidang profesional profesional yang berbeda berbeda mempelajar mempelajarii biome biomekani kanik k maka maka berbaga berbagaii topik topik yang yang berbeda berbeda-bed -bedaa dipela dipelajar jarii dalam dalam biomek biomekani anik. k. Sebagai contoh, ahli ilmu hewan mempelajari pola gerakan dari berbagai spesis binatang menyangkut menyangkut berjalan, berjalan, berlari, berlari, lari dengan langkah pendek dan lari cepat pada kecepatan kecepatan yang terkontrol terkontrol diatas diatas treadmill treadmill untuk menentukan menentukan kenapa binatang tersebut tersebut memilih panjang panjang langkah langkah tertentu tertentu dan besarnya besarnya langkah tersebut tersebut pada kecepatan kecepatan yang diberikan. diberikan. Para Para ahli ahli menyim menyimpul pulkan kan bahwa bahwa sebagi sebagian an besar besar hewan hewan bertul bertulang ang belaka belakang ng termas termasuk uk manusia memilih pola berjalan dengan energi yang ekonomis optimal, atau konsumsi energi metabolik. Para peneliti menjelaskan bahwa besarnya produksi gaya otot secara utama membangun besarnya energi untuk berlari. Hal yang menarik bahwa jika hewan berkaki dua seperti kalkun dan hewan berkaki empat seperti anjing yang memiliki berat badan badan sama, sama, ketika ketika berlar berlarii mereka mereka menggun menggunakan akan sekita sekitarr jumlah jumlah energi energi yang yang sama sama meskipun nampak perbedaan ukuran tubuh, bentuk tubuh dan mekanikal berlari. Hal-hal
ini benar-benar nyata, karena meskipun hewan berkaki dua dibandingkan dengan berkaki empa empat, t, hewan hewan berk berkak akii dua cend cender erun ung g memi memili liki ki tung tungkai kai yang yang lebi lebih h panja panjang ng dan dan kemamp kemampuan uan mengam mengambil bil langka langkah h yang yang lebih lebih panjang panjang sehing sehingga ga mereka mereka membut membutuhka uhkan n lebih banyak otot untuk menyanggah berat badannya. Diantara manusia, meskipun besarnya energi untuk lari meningkat secara linear dengan kecepatan lari tetapi cukup besar perbedaan setiap orang menyangkut besarnya energi untuk berlari. Meskipun beberapa orang kelihatannya berlari dengan lebih halus dan enak daripa daripada da yang yang lainny lainnya, a, tetapi tetapi tidak tidak ada faktor faktor biomek biomekani anik k terten tertentu tu yang yang berkaitan dengan ekonomis lari yang baik atau yang jelek. Hal yang yang menari menarik k juga juga adalah adalah terjad terjadiny inyaa peruba perubahan han transi transisi si dalam dalam aktivi aktivitas tas berjalan berjalan anak-anak anak-anak karena mereka mengalami mengalami perubahan perubahan perkembangan perkembangan dalam proporsi proporsi tubuh dan ketrampilan motorik yang sejalan dengan usia. Antara usia 3 tahun dan usia remaja, terjadi penurunan pengeluaran energi berdiri dan penurunan derajat minimum dari dari geraka gerakan. n. Bagaim Bagaimana anapun pun juga, juga, kecepat kecepatan an berjal berjalan an dengan dengan tingkat tingkat energi energi yang yang minimum ini akan meningkat, dan selama usia 3 tahun serta 4 tahun akan berjalan dengan kecepatan yang tercepat tetapi kurang efisien, dimana tingkat energi 70% lebih besar daripada orang dewasa. NASA telah mensponsori penelitian biomekanik untuk meningkatkan pemahaman tentang efek-efek mikrogravitasi pada sistem muskuloskeletal manusia. Adanya fakta bahwa para astronot yang keluar dari pengaruh gravitasi bumi selama beberapa hari maka saat kembali ke bumi terjadi penurunan kepadatan tulang, penurunan mineralisasi dan kekuata kekuatan, n, khususn khususnya ya pada extrem extremita itass inferi inferior. or. Semenj Semenjak ak itu itu pada hari-h hari-hari ari pertam pertamaa penerbaganga penerbagangan n angkasa angkasa luar, para ahli biomekanik biomekanik telah telah mendesain mendesain dan membangun membangun sejuml sejumlah ah alat-a alat-alat lat latiha latihan n yang yang digunak digunakan an didala didalam m ruang ruang hampa hampa untuk untuk mengga mengganti nti akti aktivi vita tass peme pemeli lihar haraa aan n tula tulang ng norma normall diat diatas as bumi bumi.. Pene Peneli liti tian an baru baru-b -bar aru u ini ini tela telah h memfok memfokusk uskan an pada desain desain treadm treadmill ill yang yang digunak digunakan an didala didalam m ruang ruang hampa hampa dengan dengan derajat beban deformasi dan strain yang optimal diaplikasikan pada tulang extremitas inferior untuk merangsang formasi (pembentukan) tulang baru. Baru-baru ini, para ahli telah menemukan bahwa dengan mengaplikasikan gaya horizontal pada bagian anterior setiap orang saat lari dengan lingkungan gravitasi rendah dapat membangkitkan efek gaya
yang jauh lebih sama dengan efek gaya ketika berlari diatas bumi. Hal ini merupakan penemuan penting, sejak beban strain pada tulang extremitas inferior dapat dipercaya seba sebaga gaii mata mata rant rantai ai utam utamaa dala dalam m stim stimul ulas asii meka mekani nik k terh terhad adap ap pert pertum umbuh buhan an dan dan pemeliharaan tulang, dimana berkaitan dengan besarnya gaya reaksi lantai yang terusmenerus. Pemeliharaan kepadatan mineral tulang yang cukup juga merupakan topik yang berkaitan dengan bumi. Osteoporosis merupakan kondisi dimana massa mineral tulang dan dan keku kekuat atan an tula tulang ng menu menuru run n bera beratt sehi sehing ngga ga dalam dalam aktiv aktivit itas as sehar seharii-ha hari ri dapat dapat menyebabkan nyeri tulang dan patah tulang. Pada wanita yang memiliki level aktivitas fisik fisik yang rendah selama masa remaja maka cenderung cenderung berkaitan dengan meningkatny meningkatnyaa resiko terjadinya osteoporosis pada usia tua. Faktor-faktor resiko lainnya yang diketahui dapat menimbulkan menimbulkan perkembangan perkembangan osteoporosis osteoporosis adalah inaktivitas inaktivitas fisik fisik selama selama masa hidupnya, perokok, defisiensi estrogen, kalsium dan vitamin D, serta konsumsi protein, caffein dan alkohol yang berlebihan. Dengan demikian sangat penting yaitu program weight-bearing exercise yang teratur seperti berjalan pada setiap orang yang osteoporosis karena dapat meningkatkan kesehatan dan kekuatan tulang. Problem lainnya yang menantang para ahli biomekanik dalam meneliti usia lanjut adal adalah ah gangg ganggua uan n mobi mobili lita tas. s. Usia Usia tua tua berka berkait itan an denga dengan n penur penuruna unan n kema kemamp mpua uan n keseimbangan, dan usia dewasa tua lebih sering terayun dan jatuh daripada usia dewasa muda, meskipun penyebab-penyebab perubahan ini tidak dipahami dengan baik. Jatuh dan khususnya jatuh yang berkaitan dengan fraktur hip adalah problem medis yang sangat serius dan mahal diantara kelompok usia lanjut. Setiap tahun, jatuh menyebabkan persentase yang besar dari fraktur wrist, injury (cidera) kepala, fraktur vertebra dan luka sobek, serta diatas 90% mengalami fraktur hip yang terjadi setiap tahun di Amerika Seri Serikat kat..
Tim Tim
pene peneli liti ti
biom biomek ekani anik k
meny menyel elid idik ikii
fakt faktor or-f -fakt aktor or
biom biomeka ekani nik k
yang yang
memungkinkan setiap orang terhindar dari jatuh, karakteristik dari pendaratan yang aman dari jatuh, gaya yang ditopang oleh bagian-bagian tubuh yang berbeda selama jatuh, dan kemamp kemampuan uan pakaian pakaian dan lantai lantai pelind pelindung ung untuk untuk mencega mencegah h injury injury akibat akibat jatuh. jatuh. Pada Pada perkembangan strategi intervensi telah menunjukkan bahwa latihan berjalan dapat efektif
memperbaiki keseimbangan dan menurunkan kemungkinan jatuh diantara kelompok usia dewasa tua yang statis. Biomekanik yang berkaitan dengan pekerjaan adalah suatu bidang ilmu yang memfokuskan pada pencegahan injuri-injuri akibat kerja dan perbaikan kondisi kerja serta performans (penampilan) pekerja. Para peneliti dalam bidang ini telah mempelajari bahwa nyeri pinggang akibat kerja dapat diperoleh tidak hanya dari penanganan benda benda berat, tetapi dari postur yang tidak alamiah (postur jelek), gerakan yang tiba-tiba dan tidak tidak dihara diharapkan pkan,, serta serta karakt karakteri eristi stik k setiap setiap pekerj pekerja. a. Para Para ahli ahli biomek biomekani anik k kerja kerja memperkenalkan bagaimana pentingnya biomekanik bagi pekerja baik secara fisik dan mental mental dalam mempersiapkan mempersiapkan pekerjaan pekerjaan pada suatu industri untuk mencegah mencegah terjadiny terjadinyaa nyeri pinggang. Pada tahun baru-baru ini, meskipun sejumlah injuri-injuri akibat kerja menuru menurun, n, carpal carpal tunnel tunnel syndro syndrome me merupak merupakan an gangguan gangguan neurolo neurologis gis pada pada wrist wrist yang yang seringkali berkaitan dengan overuse (penggunaan yang berlebihan) dalam pekerjaan yang telah telah mening meningkat kat frekue frekuensi nsinya nya.. Oleh Oleh karena karena carpal carpal tunnel tunnel syndr syndrome ome sangat sangat berkai berkaitan tan dengan dengan penggun penggunaan aan keyboa keyboard rd (papan (papan tombol tombol)) yang yang berula berulang-u ng-ulan lang, g, maka maka peneli penelitia tian n sedang dilakukan untuk mendesain suatu bentuk keyboard yang mungkin lebih optimal secara biomekanis daripada keyboard tradisional. Suatu desain baru yang menarik sedang dites yaitu keyboard (papan tombol) yang dibagi dua kedalam kiri dan kanan dengan setiap bagian keyboard diposisikan secara langsung di depan shoulder, dan secara vertikal keyboa keyboard rd dalam dalam keadaan keadaan alignm alignmen en sehing sehingga ga member memberika ikan n pemeli pemelihar haraan aan wrist wrist dalam dalam posisi netral. Para ahli biomekanik juga memberikan kontribusi terhadap perbaikan performans (penampilan (penampilan)) pada olahraga pilihan pilihan melalui melalui desain peralatan peralatan baru yang innovatif. innovatif. Salah satu contoh adalah Klapskate, yaitu suatu skate cepat yang dilengkapi dengan engsel didekat jari-jari kaki sehingga dapat memberikan gerakan plantar fleksi ankle selama push-off pada pemain skate, menghasilkan sampai 5% kecepatan skate yang lebih tinggi daripada kecepatan yang diperoleh dari skate tradisional. Klapskate didesain oleh van Ingen Schenau dan de Groot, Groot, berdasarkan berdasarkan pada penelitian penelitian terhadap teknik gliding pushoff dalam kecepatan skating oleh van Ingen Schenau dan Baker, serta berdasarkan pada penel peneliti itian an terhad terhadap ap kerja kerja koordi koordinas nasii interm intermusk uskula ularr dari dari geraka gerakan n melonc meloncat at (verti (vertikal kal
jumping) oleh Bobbert dan van Ingen Schenau. Berbagai innovasi dalam peralatan dan pakaian pakaian olahraga olahraga juga dihasilkan dihasilkan dari penemuan-penemuan penemuan-penemuan ahli biomekanik. biomekanik. Contoh lainnya meliputi helm aerodinamik, pakaian dan desain siklus yang digunakan pada kompetisi bersepeda, dan pakaian yang sangat halus digunakan pada olahraga kompetisi lainnya seperti berenang, olahraga lari, skating dan olahraga ski. Para ahli biomekanik olahraga juga mengarahkan pada usaha-usaha perbaikan biomekanik biomekanik atau teknik, teknik, dan komponen-komp komponen-komponen onen performans performans (penampilan) (penampilan) atletik. atletik. Sebagai Sebagai contoh, contoh, mereka mereka telah mempelajari mempelajari faktor-fa faktor-faktor ktor yang memberikan memberikan kontribusi kontribusi terhadap performans puncak dalam lompatan yang jauh, lompatan yang tinggi, dan loncat galah yang mencakup kecepatan horizontal yang besar pada saat takeoff (terbang) dan langka langkah h terakhi terakhirr yang yang pendek pendek sehing sehingga ga memfas memfasil ilita itasi si elevas elevasii (pengan (pengangka gkatan tan)) yang yang berkesinambungan dari pusat massa tubuh. Penelitian terhadap pelempar baseball juga ditemukan ditemukan bahwa pelempar yang memiliki memiliki kecepatan tinggi dengan melakukan gerakan external rotasi shoulder yang besar, trunk/vertebra lebih condong ke depan dan miring pada bola yang akan dilepaskan, dilepaskan, kecepatan kecepatan angular angular ekstensi ekstensi yang tinggi tinggi pada knee serta kecepatan angular yang lebih besar pada pelvis dan batang tubuh (trunk) bagian atas. Dari Dari contoh contoh-con -contoh toh diatas diatas menunj menunjukka ukkan n adanya adanya keaneka keanekarag ragama aman n topiktopik-top topik ik dalam penelitian biomekanik, mencakup beberapa contoh yang berhasil serta area-area tantangan yang berkelanjutan. Dengan jelas, para ahli biomekanik dapat memberikan kontribusi terhadap pengetahuan dasar tentang gerakan manusia, dari pola berjalan yang merupakan tantangan secara fisik pada anak ke teknik-teknik tertentu dari atlit pilihan. Meskipun beragam, pernyataan seluruh peneliti berdasarkan pada aplikasi prinsip-prinsip mekanik terhadap pemecahan problem-problem khusus pada organisme hidup. Dengan demikian, prinsip-prinsip biomekanik dapat diaplikasikan dalam menganalisis gerakan manusia. Alasan Mempelajari Biomekanik
Sepert Sepertii yang yang telah telah dijela dijelaska skan n sebelu sebelumny mnya, a, prinsi prinsip-p p-prin rinsip sip biomek biomekani anik k dapat dapat diterapkan oleh ilmuwan dan profesional dalam berbagai bidang yang ditujukan pada pro probl blem em-p -pro robl blem em
yang yang
berk berkai aita tan n
deng dengan an
kese keseha hata tan n
dan dan
perf perfor orma mans ns
manu manusi sia. a.
Pengetahuan Pengetahuan tentang konsep dasar biomekanik juga esensial esensial (penting) bagi pengajar pengajar
pendidikan fisik yang kompeten (physical education), fisioterapi, dokter, pelatih, trainer personal, atau instruktur latihan. Suatu ilmu pengantar biomekanik dapat memberikan pemahaman dasar tentang prinsip-p prinsip-prinsi rinsip p mekanik mekanik dan bagaimana bagaimana menerapkanny menerapkannyaa dalam menganalisis menganalisis gerakan gerakan pada tubuh manusia. Para analis gerakan manusia memiliki banyak pengetahuan sehingga mampu menjawab pertanyaan berikut ini yang berkaitan dengan biomekanik : 1.
Meng Mengapa apa bere berena nang ng bukan bukan meru merupak pakan an bentu bentuk k lat latih ihan an yang yang terb terbai aik k bagi bagi oran orangg-
orang yang mengalami osteoporosis ? 2.
Apa yang ang mer merupak upakan an pri prinsip nsip biom biomek ekan anik ik yang ang mel melanda andassi mesi esin/pe n/pera rala lattan
latihan tahanan yang beragam ? 3.
Apa Apa yan yang g ter terma masu suk k cara cara tera terama man n untu untuk k men menga gangk ngkat at obj objek ek/b /bar aran ang g yang yang berat berat ?
4.
Strategi egi apa yang yang dap dapat dilakukan oleh ora orang usia lanjut atau pemain
sepakbola didalam memaksimalkan stabilitas ? 5.
Meng Mengap apaa bebe bebera rapa pa oran orang g tida tidak k mam mampu pu untu untuk k men menga gapu pung ng ?
6.
Dan lain-lain.
B. Pendekatan Biomekanik Mempelajari gerakan manusia adalah hal yang menarik dengan 2 alasan utama. Pertama, karena gerakan manusia menyangkut gerakan pada kita semua dan bagaimana kami mampu menjalani kehidupan setiap hari dengan melakukan aktivitas fungsional yang yang sangat sangat banyak, banyak, aktivi aktivitas tas olahra olahraga ga dan aktivi aktivitas tas rekrea rekreasi. si. Kedua, Kedua, terlet terletak ak pada kompleksitas gerakan manusia dan tantangan yang muncul dari gerakan. Observasi gerakan manusia menunjukkan adanya kompleksitas dan nampaknya melibatkan melibatkan beragam perubahan posisional posisional yang sangat sangat banyak atau perubahan perubahan posisi posisi yang dikontrol oleh beberapa faktor internal dan eksternal. Untuk memahami bagaimana sistem tubuh berinteraksi dalam menghasilkan gerakan halus yang terkontrol dan gerakan yang bertujuan adalah hal yang esensial/penting untuk diperkenalkan dalam bahasan ini. Hal ini perlu perlu untuk untuk diketa diketahui hui bagaima bagaimana na geraka gerakan n manusi manusiaa dimula dimulai, i, dilakuk dilakukan an dan terkontrol serta beberapa bentuk pengetahuan dasar yang menjelaskan tentang area ini.
Kita sudah mengetahui tentang anatomi terapan yang terdiri atas : sistem otot, sistem tulang dan sendi serta sistem saraf yang menyebabkan manusia dapat bergerak dan dapat melakukan AKS (aktivitas kegiatan sehari-hari), tetapi tidak terlepas dari pengaruh lingkungan manusia tersebut. Gerakan manusia dapat dilihat dari beberapa sudut pandang atau beberapa pendekatan didalam mempelajari gerakan pada manusia, yaitu : 1.
Pende Pendeka kata tan n Anat Anatom omii ; dim diman anaa mengg menggam amba bark rkan an (me (menj njel elas aska kan) n) ten tenta tang ng str struk uktu tur r
tubuh tubuh dan dan bagi bagian an-b -bagi agian anny nyaa sert sertaa bagi bagian an-ba -bagi gian an tubuh tubuh yang yang pote potens nsia iall untuk untuk menghasilkan gerakan. 2.
Pende ndekatan Fisiologis ; dimana mempelajar jari tentang proses terjadinya nya
gerakan, kontinuitas gerakan dan kontrol gerakan. 3.
Pend Pendek ekat atan an Psik Psikol olog ogis is ; dima dimana na memp mempel elaj ajar arii berb berbag agai ai sens sensas asi, i, per perseps sepsii dan
motivasi motivasi yang menstimulasi menstimulasi terjadiny terjadinyaa gerakan serta mekanisme mekanisme neurologis neurologis yang mengontrolnya 4.
Pende endeka kata tan n Meka Mekani nik k ; dima dimana na menj menjel elas aska kan n adan adany ya gaya gaya,, wakt waktu u dan dan jarak arak
yang berhubungan dengan gerakan tubuh manusia. 5.
Pende endeka kata tan n Sosi osiolog ologis is ; mem memper pertim timbang bangka kan n art arti bera beraga gam m ger gerakan akan pada pada
pengaturan manusia yang berbeda-beda dan mempengaruhi pengaturan sosial pada gerakan yang dihasilkan. 6.
Pende endeka kata tan n Envi nvironm ronmen enta tall (ling lingku kung ngan an)) ; mempe empert rtiimban mbangk gkan an peng pengar aruh uh
lingkungan dimana gerakan terjadi atau menjelaskan tentang deskripsi gerakan yang bervariasi dalam lingkungan yang berbeda-beda. Pendekatan Pemecahan Masalah Biomekanik
Peneli Peneliti tian an ilmia ilmiah h biasan biasanya ya diarah diarahkan kan pada pember pemberian ian solusi solusi untuk untuk proble problem m tertentu atau menjawab pertanyaan khusus. Bahkan untuk non-peneliti, bagaimanapun juga juga kemamp kemampuan uan untuk untuk memeca memecahkan hkan proble problem m merupa merupakan kan keperlu keperluan an prakti praktiss untuk untuk fungsional dalam masyarakat modern. Penggunaan dari problem-problem khusus juga merupakan pendekatan efektif untuk menjelaskan konsep dasar biomekanik.
1. Proble Problem m kuanti kuantitati tatiff versus versus kualitat kualitatif if
Anal Analis isis is gerak gerakan an manus manusia ia dapa dapatt bers bersif ifat at kuant kuantit itat atif if atau atau kual kualit itati atif. f. Kata Kata kuanti kuantitat tatif if menyat menyatakan akan adanya adanya jumlah jumlah/an /angka, gka, dan kualita kualitatif tif menjel menjelask askan an pada pada deskripsi (gambaran) dari kualitas tanpa menggunakan angka-angka. Setelah melihat performans dari lompatan jauh dalam posisi berdiri (standing long jump), seorang pengamat mungkin menyatakan secara kualitatif dengan kata “lompatannya sangat baik”. Pengamat lainnya mungkin menyatakan secara kuantitatif pada lompatan yang sama dengan ukurang 2.1 meter panjangnya. Hal Hal ini ini pent pentin ing g untu untuk k menge mengena nall isti istila lah h kual kualit itat atif if bukan bukan bera berart rtii gener general al.. Gambaran kualitatif mungkin general, tetapi juga dapat secara detail sekali. Hal ini dapat dinyatakan secara kualitatif dan secara general, sebagai contoh seorang laki-laki yang berjalan lambat di jalan raya. Juga dapat dinyatakan pada laki-laki yang sama yaitu yaitu berjalan berjalan sangat lambat, lambat, kelihatanny kelihatannyaa cenderung cenderung ke kiri, kiri, dan tertumpu berat badan badannya nya pada pada tungka tungkaii kanan kanan selama selama waktu waktu yang yang sesing sesingkat kat mungki mungkin. n. Gambar Gambaran an kedua kedua adalah adalah semuan semuanya ya kualit kualitati atiff tetapi tetapi member memberika ikan n suatu suatu gambar gambaran an yang yang lebih lebih detail dari gerakan. Baik Baik gambar gambaran an kualit kualitati atiff dan kuanti kuantitat tatif if berper berperan an pentin penting g dalam dalam analis analisis is biomekanik dari gerakan manusia. Para peneliti biomekanik sangat percaya pada teknik teknik kuanti kuantitat tatif if dalam dalam usaha usaha menjaw menjawab ab pertan pertanyaa yaan-pe n-pert rtany anyaan aan khusus khusus yang yang berka berkait itan an dengan dengan mekani mekanikal kal organi organisme sme hidup. hidup. Para Para dokter, dokter, pelati pelatih, h, dan pengaj pengajar ar aktivi aktivitas tas fisik fisik yang yang teratu teraturr melaku melakukan kan observ observasi asi kualit kualitati atiff terhad terhadap ap pasien pasiennya nya,, atlitnya, atau siswanya untuk merumuskan pendapat atau pemberian nasehat. 2. Peme Pemecah cahan an probl problem em kual kualita itatif tif
Problem-problem kualitatif umumnya muncul selama aktivitas kegiatan seharihari. hari. Analis Analisis is gerakan gerakan manusi manusia, a, apakah apakah untuk untuk mengid mengident entifi ifikas kasii ganggua gangguan n pola pola berja berjalan lan atau atau untuk untuk menyem menyempur purnaka nakan n teknik teknik pelaja pelajar, r, merupa merupakan kan suatu suatu proses proses pemec pemecaha ahan n masala masalah h yang yang esensi esensial al (penti (penting) ng).. Apakah Apakah analisi analisiss terseb tersebut ut bersif bersifat at kual kualit itat atif if atau atau kuant kuantit itat atif if,, anal analis isis is ters terseb ebut ut menca mencaku kup p iden identi tifi fika kasi si,, kemu kemudi dian an mempelajari atau menganalisis, dan pada akhirnya menjawab suatu pertanyaan atau memecahkan problem yang menarik.
Untuk menganalisis gerakan secara efektif, hal pertama yang esensial adalah merumuskan merumuskan satu atau lebih pertanyaan pertanyaan yang berkaitan berkaitan dengan gerakan. Bergantung pada tujuan khusus dari analisis tersebut, beberapa pertanyaan dapat disusun secara genera generall (umum) (umum) atau atau spesif spesifik. ik. Sebagai Sebagai contoh contoh,, pertan pertanyaa yaan n yang yang bersif bersifat at general general (umum) adalah sebagai berikut : a. Apakah gerakan gerakan yang dilakukan dilakukan dengan dengan gaya gaya yang cukup atau atau optimal optimal ? b. Apakah gerakan gerakan yang dilakukan dilakukan melalu melaluii ROM yang sesuai sesuai ? c. Apakah gerakan gerakan tubuh yang berurut berurutan an cocok (atau optimal) optimal) untuk untuk pelaksanaa pelaksanaan n skill (ketrampilan motorik) ? d. Mengapa wanita wanita usia lanjut lanjut memiliki memiliki kecender kecenderungan ungan untuk untuk jatuh jatuh ? e. Mengapa pemain pemain tolak tolak peluru peluru tidak tidak mengambil mengambil jarak jarak yang yang lebih lebih jauh jauh ? Pertanyaan yang lebih spesifik adalah : a. Apakah Apakah terjadi terjadi pronasi pronasi yang yang berlebih berlebihan an selama selama stance stance phase phase (fase menumpu menumpu)) dari pola berjalan ? b. Apakah saat saat melempar melempar bola bola terjadi terjadi dengan segera segera gerakan gerakan full full ekstensi ekstensi elbow elbow (siku) ? c. Apakah Apakah pemilih pemilihan an latiha latihan n strengt strengtheni hening ng pada pada otot otot vastus vastus mediali medialiss obliqu obliquus us dapat mengurangi alur patella yang salah pada setiap orang ? Ketika satu atau lebih pertanyaan telah diidentifikasi, tahap selanjutnya dalam menganalisis gerakan manusia adalah mengumpulkan data. Sebagian besar bentuk data data yang yang dikump dikumpulk ulkan an oleh oleh pengaj pengajar, ar, terapi terapis, s, dan pelati pelatih h adalah adalah data data observ observasi asi visual visual yang yang kualit kualitati atif. f. Maka dari dari itu, itu, analis analis geraka gerakan n sangat sangat teliti teliti mengob mengobser servas vasii gerakan yang dilakukan dan membuat tulisan atau catatan mental. Untuk memperoleh data observasi observasi yang terbaik, terbaik, maka perlu untuk merencanakan merencanakan ke depan tentang jarak dan pandangan optimal dari data observasi yang dibuat. 3. Pemecah Pemecahan an problem problem-pro -problem blem forma formall kuantita kuantitatif tif
Probl Problemem-pro proble blem m formal formal merupa merupakan kan sarana sarana efekti efektiff untuk untuk menerj menerjemah emahkan kan konsep-konsep yang kurang jelas kedalam batasan yang jelas, prinsip-prinsip khusus yang yang dapat dapat dipaha dipahami mi dengan dengan segera segera dan diapli diaplikas kasika ikan n dalam dalam analis analisis is geraka gerakan n manusia. Beberapa orang yang percaya bahwa dirinya tidak mampu memecahkan
problem-problem formal yang tidak dikenal dan sangat luas, dapat mempelajari skillskill skill (ketra (ketrampi mpilan lan motori motorik) k) tentan tentang g pemecah pemecahan an proble problem m (masal (masalah) ah).. Semua Semua buku memiliki pendekatan dan teknik pemecahan problem (masalah). Bagaimanapun juga, sebagian besar pelajar tidak mengarahkan alur kerja yang melibatkan strategi general tentan tentang g proses proses pemeca pemecahan han proble problem m (masal (masalah) ah).. Suatu Suatu prosed prosedur ur sederh sederhana ana untuk untuk pendekatan dan pemecahan problem-problem terdiri dari 11 tahap yang berurutan, yaitu : a. Bacala Bacalah h problem problem terseb tersebut ut dengan dengan cermat cermat/te /telit litii b. Tulislah Tulislah informasiinformasi-infor informasi masi yang didapatkan didapatkan c. Tulislah Tulislah informas informasii yang diingi diinginkan nkan (tidak (tidak diketahui diketahui)) untuk pemecaha pemecahannya nnya d. Buatlah Buatlah diagram diagram tentang tentang keadaan keadaan problem problem yang yang menunjukk menunjukkan an informasi informasi yang yang diketahui dan tidak diketahui e. Tulisl Tulislah ah rumus rumus yang yang mungk mungkin in akan akan digun digunakan akan f. Identi Identifi fikas kasii rumu rumuss yang yang akan diguna digunakan kan g. Jika Jika perlu, perlu, baca kembal kembalii pernya pernyataa taan n proble problem m untuk menentu menentukan kan apakah apakah ada informasi tambahan yang dibutuhkan dapat disimpulkan. h. Memasu Memasukkan kkan atau menggant menggantika ikan n dengan dengan teliti teliti informas informasii tersebut tersebut ke dalam dalam rumus i.
Pecahkan Pecahkan persamaa persamaannya nnya untuk untuk mengide mengidentifi ntifikasi kasi variab variabel el yang yang tidak tidak diketahu diketahuii
(informasi yang diinginkan) j.
Periksa Periksa atau atau cek cek bahwa bahwa jawaban jawaban tersebu tersebutt sudah sudah cocok/la cocok/layak yak dan sempurna sempurna
k. Beri Beri kotak kotak dengan dengan jela jelass jawaban jawaban ters tersebut ebut..
C. Sistem Sistem Penguku Pengukuran ran Dalam Dalam Biomeka Biomekanik nik
Pemberian unit-unit pengukuran yang tepat/benar yang berkaitan dengan jawaban terhad terhadap ap proble problem m kuanti kuantitat tatif if adalah adalah penting penting sekali sekali.. Secara Secara jelas, jelas, suatu suatu jawaba jawaban n 2 sentimeter adalah sungguh berbeda dengan jawaban 2 kilometer. Hal ini juga penting untuk mengenal unit-unit unit-unit pengukuran yang berkaitan berkaitan dengan kuantitas fisik tertentu. tertentu. Pesanan 10 kilometer bensin untuk sebuah mobil ketika berjalan keluar negeri adalah jelas tidak tepat/benar.
Sistem Sistem pengukur pengukuran an utama utama yang yang masih masih digunak digunakan an di Ameri Amerika ka Serika Serikatt adalah adalah siste sistem m Englis English h (Inggr (Inggris) is).. Siste Sistem m Englis English h dari dari ukuran ukuran berat berat dan ukuranukuran-uku ukuran ran yang yang muncul selama beberapa abad terutama untuk tujuan komersial (perdagangan). Semenjak adanya sistem metrik (sistem perpuluhan/dasar 10) yang telah dinikmati seluruh dunia karena beberapa alasan. Pertama, sistem ini hanya memerlukan 4 unit dasar yaitu yaitu : meter meter menyan menyangku gkutt panjang; panjang; kilogr kilogram am menyan menyangku gkutt massa; massa; detik detik menyan menyangku gkutt waktu; dan derajat derajat Kelvin Kelvin menyangkut menyangkut temperatur. temperatur. Kedua, unit dasar tersebut memiliki memiliki batasan yang jelas/tepat, dapat menghasilkan kuantitas (jumlah) yang bebas dari faktorfaktor seperti gaya gravitasi. Ketiga, semua unit pengukuran kecuali pengukuran waktu berkaitan dengan faktor angka 10, sebaliknya banyak faktor-faktor konversi yang perlu mengkonversikan dengan unit pengukuran English. Terakhir, sistem tersebut digunakan secara internasional. Berdas Berdasark arkan an alasan alasan-al -alasa asan n terseb tersebut ut serta serta adanya adanya fakta fakta bahwa bahwa siste sistem m metrik metrik hampir hampir secara secara exklusi exklusiff digunak digunakan an oleh oleh masyar masyaraka akatt ilmiah ilmiah sehing sehingga ga sistem sistem ini yang yang digunakan dalam berbagai buku. Bagi orang yang tidak familiar terhadap sistem metrik maka mereka dapat mengenal sistem English yang equivalen dengan kuantitas metrik. Ada 2 faktor konversi yang secara khusus bermakna yaitu 2,54 cm untuk setiap inchi dan sekitar 4.45 Newtons untuk setiap pound. Seluruh unit-unit pengukuran yang relevan pada kedua sistem tersebut dan faktor-faktor konversi English-metrik dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 1. Unit-unit Pengukuran Yang Umum Variabel Jarak
Unit Metric Sentimeter Meter Kilometer
Dikali dengan Dibagi dengan 2,54 0,3048 1.609
Unit English Inchi Feet/kaki Mil
Kecepatan
Meter/detik
0,447
Mil/jam
Massa
Kilogram
14,59
Slug
Gaya
Newton
4,448
Pound
Kerja
Joule
1,355
Foot-pound
Power
Watt
745,63
Horsepower
Energi
Joule
1,355
Foot-pound
Linear momentum
Kilogram-meter/sec
4,448
Slug-feet/sec
Impulse
Newton-second
4,448
Pound-second
Angu Angula larr mome moment ntum um
Kilo Kilogr gram am-m -m2/second
1,355
Slug-feet2/sec.
Moment of of in inersia
Kilogram-meter 2
1,355
Slug-feet2
Torque
Newton-meter
1,355
Foot-pound
D. Ke Kesi simp mpul ulan an REFERENSI : Susan J. Hall, 2003, Basic Biomechanics , Fourth Edition, McGraw-Hill Company, New York
BAB II GERAKAN
PENGERTIAN DAN TIPE GERAKAN Gerakan adalah suatu perubahan tempat atau perpindahan dari satu tempat ke tempat lain dengan sebuah titik referensinya (titik orientasi). Sebagai contoh, orang yang berjalan didalam kereta api pada saat kereta api berjalan diatas rel kereta api, maka :
Jika titik referensinya adalah kereta api, maka orang yang berjalan didalam
kereta api dikatakan bergerak.
Jika titik referensinya adalah rel kereta api, maka yang dikatakan bergerak
adalah kereta api yang berjalan diatas d iatas rel kereta api. Adapun tipe gerakan terdiri atas 2, yaitu : 1.
Gerakan li linear (g (gerakan tr translasi), ya yaitu ge gerakan ya yang te terjadi pa pada
satu titik ke titik yang lain tetapi tetap kontak dengan titik referensinya. Gerakan linear terdiri atas 2, yaitu : a.
Gerakan rectilinear, misalnya orang yang berjalan, bersepeda,
tergelincir, dan lain-lain. b.
Gerakan
kurvalinear,
yang
membentuk
garis
lengkung
misalnya gerakan bola yang ditendang, gerakan melompat, dan lain-lain. 2.
Gerakan an angular (g (gerakan ro rotasi), ya yaitu ge gerakan ya yang te terjadi pa pada
satu titik yang terfiksir dimana obyek berputar disekitar titik tersebut dan tetap kontak dengan titik referensinya. referensinya. Sebaga contoh : gerakan pendular, pendular, gerakan gerakan pintu, gerakan menekuk siku, dan lain-lain. Pada umumnya, dalam aktivitas kegiatan sehari-hari selalu terjadi perpaduan diantara kedua gerakan tersebut.
DASAR NEUROLOGI GERAKAN MANUSIA Sistem Saraf Pusat dan Sistem Saraf Tepi
Sistem saraf pusat adalah otak dan spinal cord (medulla spinalis). Otak terdiri atas otak besar (cerebrum), (cerebrum), otak kecil (cerebellum) (cerebellum) dan batang otak. Semua neuron yang berada di kawasan Sistem Saraf Pusat yang menyalurkan impuls motorik disebut dengan Upper Motor Neuron (UMN). (UMN). Sedangkan Sistem Saraf Tepi (Perifer) adalah saraf spinal dan saraf cranial serta saraf otonom (saraf simpatik dan parasimpatik). Semua neuron yang berada dalam kawasan Sistem Saraf Tepi yang menyalurkan impuls motorik ke sel otot skeletal disebut dengan Lower dengan Lower Motor Neuron (LMN). (LMN). Neuron (sel saraf) adalah struktur elemen dasar dari sistem saraf. Neuron merupakan sel yang sangat exitable, yang menerima berita atau informasi dari neuron lainnya atau receptor sensorik. Neuron mempunyai ukuran bentuk dan jumlah percabangan yang berbeda beda. Sebagai contoh, axon dari sebuah motor neuron kadang-kadang bisa menjadi sangat panjang dari segmen bawah spinal cord ke otot-otot kaki.
Suatu Suatu neuron neuron dapat dapat berhubu berhubunga ngan n dengan dengan neuron neuron lainny lainnyaa melalu melaluii synaps synaps.. Synap Synapss adalah regio kontak khusus diantara neuron-neuron dimana terjadi komunikasi antara neuron yang satu dengan neuron yang lain. Didalam synaps, impuls-impuls dapat terkirim melalui suatu mediator kimiawi (zat transmitter kimiawi) seperti acetilkholin. Setiap neuron atau serabut saraf ada yang bersifat afferen dan ada yang bersifat efferent. Serabut saraf afferen berfungsi untuk membawa informasi dari receptorrecept receptor or sensor sensorik ik yang yang beraga beragam m ke Sistem Sistem Saraf Saraf Pusat, Pusat, sedangk sedangkan an serabu serabutt saraf saraf efferent berfungsi untuk mengirimkan impuls motorik dari Sistem Saraf Pusat ke otot. Neuron yang menyalurkan impuls motorik adalah motoneuron. Pada Upper Motor Neuro Neuron n (UMN) (UMN) terdapa terdapatt system system atau atau susuna susunan n pirami piramidal dalis is dan extrap extrapira iramid midali alis, s, berdasarkan perbedaan anatomik dan fisiologik. a.
Sistem Piramidalis
Neuron-neuron yang mencetuskan impuls somatomotorik adalah sel-sel di lamina V atau atau lamina lamina gangli ganglionar onaris is didala didalam m cortek cortekss cerebr cerebri. i. Sel-se Sel-sell terseb tersebut ut dikenal dikenal sebagai sel piramidal dari Betz yang terdapat didalam area 4 lobus frontalis. Kemudian axon-axonnya berproyeksi secara teratur ke corpus striatum, thalamus,
bata batang ng otak otak dan dan medul medulla la spin spinal alis is.. Axon Axon-a -axo xon n ters tersebu ebutt munc muncul ul dari dari giru giruss temporalis dan girus frontalis (area 3, area 4 dan area 6). Area 4 dan area 6 terletak didalam lobus frontalis. Area 4 merupakan area motorik primer yang berada tepat di girus presentralis (gbr. 2.1). Pada area ini terdapat peta peta daerah daerah perwak perwakila ilan n bagianbagian-bagi bagian an tubuh tubuh sisi sisi kontral kontralate ateral ral yang yang dikenal dikenal denga dengan n homunc homuncul ulus us moto motori rik k (gbr (gbr.. 2.2) 2.2).. Seda Sedangk ngkan an area area 6 meru merupak pakan an area area premotorik yang ikut terlibat didalam menstimulasi gerakan.
Gambar 2.1 Kemud Kemudia ian n sera serabut but-s -ser erabu abutt kort kortik ikof ofuga ugall yang yang beras berasal al dari dari cort cortek ekss cere cerebr brii memasu memasuki ki inti-i inti-inti nti di pes pontis pontis menjad menjadii trakt traktus us pariet parietote otempo mporop ropont ontinu inuss dan traktus frontopontinus. Sedangkan serabut-serabut kortikofugal yang melanjutkan diri diri ke medu medull llaa oblong oblongat ataa terd terdir irii dari dari trak traktu tuss kort kortik ikobu obulb lbar ar dan dan trak traktu tuss kortikospi kortikospinalis nalis,, yang terkumpul terkumpul dalam piramis. piramis. Traktus Traktus kortikospin kortikospinalis alis yang menuju ke medulla spinalis terbagi kedalam traktus kortikospinalis lateral yang menu menuju ju ke funi funiku kulu luss post poster erol olat ater eral al kont kontra rala late tera rall medu medull llaa spin spinal alis is (yang (yang menyil menyilang) ang) dan traktu traktuss korti kortikos kospin pinali aliss ventral ventralis is yang yang menuju menuju ke funiku funikulus lus ventralis ipsilateral medulla spinalis (gbr. 2.3)
Sementara Sementara serabut-se serabut-serabut rabut dari traktus traktus kortikobulba kortikobulbarr berjalan berjalan menyilang menyilang garis tengah dan menuju ke motoneuron/inti-inti saraf cranial motorik (n.III, n.IV, n.V, n.VI, n.VII, n.IX, n.X, n.XI dan n.XII). Perjalanan traktus kortikospinalis lateral dan ventral, semakin ke caudal semakin kecil kecil jarasn jarasnya, ya, karena karena banyak banyak serabut serabut sudah sudah mengak mengakhir hirii perjal perjalanan anannya nya.. Pada Pada bagian cervical terdapat 55 % jumlah serabut kortikospinalis, sedangkan pada bagian bagian thoracal thoracal dan lumbosacral lumbosacral berturut-tu berturut-turut rut mendapat 20 % dan 25 % serabut serabut kortikospinal b.
Sistem Extrapiramidalis
Susunan Susunan Extrapiram Extrapiramidali idaliss terdiri terdiri atas beberapa beberapa komponen komponen yaitu yaitu corpus striatum, striatum, globus globus pallid pallidus, us, inti-i inti-inti nti talami talamikus kus,, nuclei nuclei subtal subtalami amikus kus,, substa substansi nsiaa nigra, nigra, formatio formatio retikularis retikularis batang otak, cerebellum dan corteks motorik area 4, 6 dan 8. Kompone Komponen-ko n-kompo mponen nen terseb tersebut ut dihubu dihubungka ngkan n satu satu sama sama lain lain oleh oleh axon axon dari dari masing-masing komponen tersebut. Dengan demikian terdapat beberapa lintasan yang melingkari komponen-konponen tersebut, yang dikenal dengan sirkuit. Oleh karena corpus striatum merupakan penerima tunggal dari serabut-serabut segenap neokorteks, maka lintasan tersebut dinamakan sirkuit striatal. Secara Secara sederhana, sederhana, lintasan lintasan sirkuit sirkuit tersebut tersebut dapat dibedakan dalam sirkuit striatal utama (prinsipal) dan 3 (tiga) sirkuit penunjang (asesorik) yaitu sirkuit striatal asesorik I, sirkuit striatal asesorik II dan sirkuit striatal asesorik III. Sirkuit striatal utama (prinsipal) adalah hubungan antara corteks cerebri – corpus striat striatum um – globus globus palli pallidus dus – thalam thalamus us – cortek cortekss cerebr cerebri. i. Dengan Dengan demiki demikian, an, inform informasi asi yang yang tiba tiba diselu diseluruh ruh neokort neokorteks eks dikiri dikirim m ke corpus corpus striat striatum, um, globus globus pallid pallidus us dan thalam thalamus, us, untuk untuk dipros diproses es lalu lalu dimasu dimasukka kkan n kembal kembalii ke cortek cortekss motorik dan premotorik sebagai informasi umpan balik (feedback). Bagian lintasan lintasan extrapiram extrapiramidal idal yang mencakup mencakup sirkuit-si sirkuit-sirkuit rkuit striatal striatal tersebut tersebut diatas diatas meneri menerima ma masukan masukan dari dari lintas lintasan an yang yang berasa berasall dari dari format formatio io retiku retikular laris is batang otak dan cerebellum (nucleus dentatus). Lintasan yang berasal dari kedua kawasan tersebut merupakan sistem input dari sirkuit striatal. Impuls yang telah diolah oleh sirkuit striatal disampaikan kepada corteks motorik dan premotorik di
lobus frontalis (area 4 dan area 6). Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa serabut-ser serabut-serabut abut efferent efferent dari daerah kortikal kortikal (corteks) (corteks) itu merupakan merupakan penyalur penyalur utama utama terhada terhadap p pesanpesan-pes pesan an yang yang berasa berasall dari dari kompone komponen-k n-komp omponen onen susuna susunan n extrapiramidalis berikut pesan dari nucleus dentatus (cerebellum) dan formatio retikularis batang otak. Oleh karena itu, traktus kortikorubral, kortikoretikularis, kortikotalamik dan kortikosubtalamik, yang semuanya berasal dari corteks tempat sirkuit sirkuit striatal striatal berproyeks berproyeksii merupakan merupakan sistem sistem “output” “output” sirkuit sirkuit striatal. striatal. Semua impuls yang disalurkan melalui sistem output tersebut disampaikan kepada α motoneuron motoneuron dan γ motoneuron di trunkus cerebri dan medulla spinalis melalui traktus traktus rubrospinal rubrospinalis, is, traktus traktus retikulosp retikulospinali inalis, s, traktus traktus tektospinal tektospinalis is dan traktus traktus vestibulospinalis (gbr. 2.4 dan 2.5). Di tingkat cornu anterior medulla spinalis, terdapat lintasan yang dikenal sebagai gamma loop. Melalui gamma loop ini, sistem sistem output output sirkui sirkuitt striat striatal al mengat mengatur ur tonus tonus otot otot sesuai sesuai dengan dengan pola pola gerakan gerakan volunter. Lower motor neuron (LMN) adalah neuron-neuron yang menyalurkan impuls motorik ke bagian perjalanan terakhir pada sel otot skeletal. Oleh karena itu, LMN dengan axonnya dinamakan oleh Sherrington “ Final “ Final Common Path” Path” impuls motorik. Ada 2 jenis LMN yaitu α motoneuron yang berukuran besar dan menjulurkan axonnya yang tebal (12-20 µ ) ke serabut otot extrafusal, dan γ motoneuron yang berukuran kecil, axonnya halus (2-8 µ ) dan mensarafi serabut otot intrafusal. Melalui kedua jenis motoneuron tersebut, impuls motorik dapat mengemudikan keseimbangan tonus otot yang diperlukan untuk mewujudkan setiap gerakan tangkas. Kedua jenis motoneuron tersebut membentuk sirkuit gamma loop yang berhubungan dengan sistem piramidalis dan extrapiramidalis. Sirkuit gamma loop adalah hubungan neuronal yang melingkari afferen muscle spindle (terdiri dari nuclear bag fibres dan nuclear chain fibres), radiks dorsalis medulla spinalis, PHC medulla spinalis, AHC dan radiks ventralis medulla spinalis, γ motoneuron dan α motoneuron (gbr 2.6a & b). Tiap motoneuron menjulurkan hanya satu axon tetapi pada ujungnya menjadi bercabang-cabang, dimana setiap cabang mensarafi satu serabut otot. Sebuah motoneuron yang mempersarafi sejumlah serabut otot merupakan satu kesatuan motorik yang disebut dengan “motor unit ”. ”. Reseptor adalah organ sensorik yang menerima informasi dari dunia luar. Reseptor terdiri atas exteroreceptor, enteroreceptor, dan proprioceptor. Sedangkan reseptor yang terlibat langsung dengan aktivitas otot adalah proprioceptor proprioceptor dan exteroreceptor. Proprioceptor mencakup receptor labyrinthine pada telinga (orientasi kepala), receptor sendi (arah gerakan sendi, posisi sendi dan lain-lain), serta receptor muscle spindle otot dan golgi tendon organ (mencatat perubahan panjang otot skeletal dan lain-lain). Exteroreceptor mencakup receptor kulit (mencatat adanya stimulus sentuhan, tekanan, panas, dingin, nyeri), receptor mata, telinga dan hidung (kadang-kadang dinamakan teloreceptor). Sedangkan sistem saraf pusat yang terlibat didalamnya adalah lobus parietalis corteks cerebri (area somatosensorik), lobus oksipitalis (area visual), lobus temporalis (area auditorik).
Neurofisiologi Gerakan
Impuls Impuls motorik motorik yang menggiatkan berbagai motoneuron (dengan berbagai berbagai motor unit unitny nya) a) meru merupa paka kan n sebu sebuah ah pola pola impu impuls ls,, (buk (bukan an sebu sebuah ah impu impuls ls saja saja)) yang yang menghasilkan sebuah pola gerakan tangkas, baik yang bersifat volunteer maupun reflektorik. Pola impuls tersebut dibawa oleh susunan piramidal dan sistem output
striatal (susunan extrapiramidal). Pola itu mencakup program untuk menggalakkan dan menghambat sejumlah α motoneuron motoneuron dan γ motoneuron tertentu. Jika mereka dibebaskan dari pengaruh sistem piramidal dan extrapiramidal maka mereka masih dapat menggalakkan sel-sel serabut otot, tetapi corak gerakan otot yang terjadi tidak sesuai sesuai dengan dengan kehendak kehendak dan sifatn sifatnya ya tidak tidak tangka tangkas. s. Gerak Gerak otot otot terseb tersebut ut bersif bersifat at reflektorik, kasar dan massif. Seca Secara ra singk singkat at,, pros proses es terj terjad adin inya ya gera gerakan kan yang yang disa disadar darii bera berawa wall dari dari sist sistem em somato somatosen sensor sorik ik yang yang member memberika ikan n “input ” kepa kepada da berb berbag agai ai Sist Sistem em Sara Saraff Pusa Pusatt sehingga sehingga menghasilkan menghasilkan penyadaran terhadap informasi informasi yang berasal dari dunia luar. Kegiatan pada berbagai pusat pengolah “input “input ” tersebut menelurkan suatu niat untuk ber berek eksp spre resi si ke duni duniaa luar luar.. Deng Dengan an timb timbul ulny nyaa niat niat itu itu maka maka renc rencan anaa untu untuk k menga mengada daka kan n gera geraka kan n otot otot disi disiap apka kan n oleh oleh sist sistem em soma somato tomo moto tori rik. k. Komp Kompon onenenkomp kompon onen en yang yang memb memben entu tuk k sist sistem em ters terseb ebut ut adal adalah ah susu susuna nan n pira pirami mida dall dan dan extrapiramidal. Kedua perancang sebuah pola impuls motorik itu mencetuskan sebuah pol polaa impu impuls ls yang yang disa disamp mpai aika kan n kepa kepada da seju sejuml mlah ah moto motone neur uron on α ( - dan γ motoneuron). Pada gilirannya, motoneuron menggiatkan satuan-satuan motoriknya (motor unit) untuk menghasilkan gerakan yang diinginkan dan tangkas. Tugas motoneuron hanya menggalakkan sel-sel serabut otot sehingga timbul gerak otot, sedangkan untuk menghambat gerak otot tidak dipercayakan kepada motoneuron mela melain inkan kan kepa kepada da inte intern rneur euron. on. Sel Sel ters terseb ebut ut menj menjad adii sel sel pengh penghub ubung ung anta antara ra motone motoneuro uron n dengan dengan pusat pusat exitas exitasii atau atau pusat pusat inhibi inhibisi, si, yang yang berlok berlokasi asi di format formatio io retikularis batang otak. Interneuron tersebut dikenal sebagai sel sebagai sel Renshaw. Renshaw. Berikut ini mekanisme dasar dari gerakan yang dikenal dengan Myotatic Reflex System : a. Reci Recipr prok okee Inhi Inhibi bisi si Ketika sebuah neuron afferen dari muscle spindle yang aktif, masuk ke dalam medulla spinalis, maka neuron tersebut bercabang dan bersinaps dengan sebuah intern interneur euron on inhibi inhibitor tor.. Kemudi Kemudian an intern interneur euron on terseb tersebut ut bersin bersinaps aps dengan dengan α motoneuron dari otot antagonist sehingga menyebabkan otot tersebut menjadi relaks. relaks. Dengan demikian, otot-otot otot-otot primemover primemovernya nya dapat menghasilkan menghasilkan gerakan gerakan yang diinginkan.
b. Golgi Golgi tendon tendon organ organ – autoge autogenik nik inhi inhibisi bisi Golgi tendon organ, seperti muscle spindle merupakan receptor-receptor sensorik yang terdapat pada bagian otot. Golgi tendon organ terletak disepanjang interface musculotendinogen dan didalam tendonnya sendiri. Receptor-receptor sensorik ini adalah responsive terhadap perubahan tension yang mungkin terjadi dari kontraksi insers insersio io serabut serabut otot otot atau atau traksi traksi pada pada tendon tendon itu itu sendir sendiri. i. Impuls Impuls-im -impul pulss yang yang muncul akan menginhibisi aktivitas otot yang langsung berhubungan dengan golgi inhibisi”. tendon organ tersebut. Mekanisme ini dinamakan dengan “autogenik “autogenik inhibisi”. c. Int Integra egrasi si Spi Spina nal l Pada saat impuls-impuls afferen dari muscle spindle tiba di medulla spinalis, impuls tersebut tidak hanya mempengaruhi aktivitas otot dimana muscle spindle tersebut terletak, tetapi juga mempengaruhi otot-otot lain seperti otot antagonis atau otot-otot yang sama pada sisi tubuh yang lain. Pengaruh ini diatur oleh interneuron-interneuron didalam medulla spinalis yang mungkin terlokalisir pada satu segmen spinal atau mungkin meluas. d. Arcu Arcuss Ref Reflleks eks Adalah unit dasar dari aktivitas neural yang diintegrasi. Arcus refleks terdiri dari : 1) sebuah organ sensorik (receptor), 2) neuron sensorik/afferen, 3) mekanisme SSP yang melibatkan sejumlah interneuron, yang tersebar ke atas pada beberapa level SSP, 4) neuron motorik/efferent, 5) sebuah organ motorik (efektor) yang menghasilkan respon (gerakan). Ketika stimulus diberikan secara tiba-tiba maka terjadi respon refleks atau respon yang tidak disadari (involunter). Refleks-refleks yang sederhana, secara relatif diintegrasi didalam medulla spinalis, sedangkan respon-respon motorik yang lebih kompleks dikontrol oleh level SSP yang jauh lebih tinggi seperti batang otak, otak tengah atau corteks cerebri yang luas. Disana terdapat sejumlah refleks postural yang melibatkan beberapa level SSP, yang mengkontribusikan kearah posisi dari segmen-segmen tubuh. Disana juga perlu keseimbangan, yang merupakan suatu interaksi kompleks dari refleks-refleks tersebut dengan kontrol aktivitas otot yang disadari untuk mempertahankan posisi tegak seseorang.
PERKEMBANGAN GERAKAN
Gerakan mulai terjadi didalam kandungan ibu sampai anak lahir. Gerakan mengalami proses proses perkembangan perkembangan secara berkesinamb berkesinambungan ungan sampai sampai usia dewasa dan mengalami mengalami penurunan pada saat memasuki usia tua. Perkembanga Perkembangan n kemampuan kemampuan motorik motorik dasar merupakan suatu gambaran perkembangan perkembangan pada tahun-tahun awal (balita). (balita). Perkembanga Perkembangan n kemampuan kemampuan motorik motorik (gerakan) (gerakan) dapat diobservasi selama masa kehidupan awal (0 – 2 tahun), dengan memeriksa perubahan perkembangan motorik yang terjadi. Prins Prinsipip-pri prinsi nsip p perkem perkembang bangan an yang yang disesu disesuaik aikan an dengan dengan Illing Illingwor worth th adalah adalah sebagai sebagai berikut : 1. Perk Perkem emba banga ngan n meru merupa paka kan n suat suatu u pros proses es yang yang berke berkesi sinam nambun bunga gan, n, dima dimana na terj terjad adii continuitas perkembangan pada bayi setiap bulan. 2. Perkem Perkemban bangan gan utaman utamanya ya bergant bergantung ung pada pada kemata kematangan ngan (maturas (maturasi) i) dari dari siste sistem m saraf. saraf. Kematangan (maturasi) adalah perkembangan struktur dan fungsi sistem saraf secara bertahap mendekati sempurna seperti pada orang dewasa. 3. Dari Dari serangkai serangkaian an perkembang perkembangan, an, banyak banyak yang sama pada semua semua anak, anak, tetapi tetapi yang yang bervariasi pada setiap anak adalah kecepatan perkembangan. 4. Arah Arah perkem perkembang bangan an selalu selalu dari arah kepala kepala ke kaki kaki (cephal (cephaloca ocaudal udal). ). Bayi terlebi terlebih h dahulu memperoleh kontrol kepala sebelum dia dapat duduk. 5. Perkembangan Perkembangan selalu selalu melibatka melibatkan n perbedaan sifat/ sifat/kelakua kelakuan, n, dimana terjadi terjadi perubaha perubahan n sifat/kelakukan secara bertahap dari relatif repetitif dan berbentuk stereotip (meniruniru) niru) menjad menjadii lebih lebih meluas meluas (berke (berkemba mbang) ng).. Pada Pada saat saat lahir, lahir, geraka gerakan n bayi bayi adalah adalah terbatas, tetapi menjelang usia 1 tahun dia sudah dapat berguling, duduk, berdiri, berjalan dan bermain dengan mainan-mainan. 6. Pada Pada umumny umumnyaa berbag berbagai ai aktivi aktivitas tas dapat memberik memberikan an arah arah terhada terhadap p responrespon-res respon pon individual yang spesifik. Bayi usia muda memberikan respond terhadap stimulus yang terjadi di palmarnya dengan refleks menggenggam secara kasar. Menjelang usia 1 tahun, tahun, dia sudah sudah dapat dapat mengam mengambil bil sebuah sebuah manikmanik-man manik ik (butir (butiran an kecil) kecil) dengan dengan gerakan pincer-like yang halus pada jari telunjuk dan ibu jari.
Perkembangan kemampuan motorik (gerakan) mulai usia 1 bulan sampai 2 tahun dapat dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Perkembangan Kemampuan Motorik (Gerakan) Usia 1 – 12 Bulan
Usia (bulan)
Perkembangan Kemampuan Gerakan Motorik Kasar (gerak kasar) Motorik halus (gerak halus)
1
Perkembangan kontrol kepala secara bertahap Meng Mengge gera rakk kkan an kedu keduaa tang tangan an dan dan tungkai ketika terlentang tetapi masih bersifat kasar dan tersentak-sentak tersentak-sentak
Memberika Memberikan n reaksi reaksi dengan dengan melihat melihat kearah sumber cahaya
2
Masih dominan terjadi refleks postur dan gerakan
Idem
3
Dalam posisi terlentang, jika kedua tangannya ditarik ke atas untuk duduk maka maka kepa kepala lany nyaa masi masih h tert tertin ingg ggal al (extensi)
Idem
Dalam posisi telungkup, kepala dan dada dapat diangkat dengan sanggahan pada kedua lengannya
Dala Dalam m posi posisi si terl terlen enta tang ng,, mamp mampu u meng mengan angk gkat at kedu keduaa kaki kakiny nyaa dan dan dibawa kearah mulutnya Mampu berguling dari terlentang ke telungkup, telungkup, kemudian kemudian dari telungkup telungkup ke terlentang.
Dalam Dalam posisi posisi duduk, mampu mem per perta taha hank nkan an kepa kepala la + bada badan n teta tetap p tegak
4
5
6
7 8 9
Memind Memindahk ahkan an benda/ benda/mai mainan nan dari dari tangan yang satu ke tangan yang lain
Idem
Idem
Idem
Idem
11
12
Idem
10
Dapat Dapat meraih meraih benda/ benda/mai mainan nan yang yang terjangkau olehnya
Posi Posisi si dudu duduk k suda sudah h stab stabil il,, dapa dapatt membalikkan badan ke samping kirikanan ketika duduk. Dapat berdiri dengan berpegangan Berusaha untuk merangkak Berdiri dan berjalan berpegangan
Mengambil benda kecil sebesar biji jag jagun ung g atau atau mani manikk-ma mani nik k deng dengan an gerakan meraup.
Idem
Idem
dengan
Berdiri Berdiri dengan dengan berpeganga berpegangan n sambil sambil bermain memegang benda Berjalan disekitar meja atau kursi Dapat berjalan beberapa langkah
Mengambil benda kecil sebesar biji jag jagun ung g atau atau mani manikk-ma mani nik k deng dengan an gerakan pincer-like (menjepit).
BAB III PRINSIP-PRINSIP MEKANIKAL
GAYA DAN GERAK Yang menyebabkan terjadinya terjadinya gerakan gerakan atau perubahan keadaan istirahat istirahat tubuh adalah Gaya (= F). Dalam tubuh manusia, gaya dihasilkan oleh kontraksi otot yang disebut dengan gaya internal. Sedangkan gaya external yang bekerja pada tubuh manusia adalah : Gaya berat (gaya gravitasi = Fw) adalah gaya tarik bumi yang mempengaruhi keadaan tubuh manusia dan selalu bekerja kearah bawah (kearah perut bumi). Gaya normal (Fn) adalah gaya reaksi dari sebuah bidang tumpuan dan selalu bekerja tegak lurus pada bidang kontaknya. Gaya gesek (Fz) adalah gaya yang timbul bila 2 buah obyek saling kontak dan berpindah dalam arah yang berlawanan. Gaya manual dari fisioterapis atau gaya mekanikal yang digunakan oleh fisioterapis. Gaya yang bekerja pada suatu tubuh dapat digambarkan dengan menggunakan vector yaitu yaitu menggu menggunaka nakan n tanda tanda panah. panah. Arah Arah gaya gaya dapat dapat ditunj ditunjukka ukkan n oleh oleh arah arah tanda tanda panah, panah, sedangkan besarnya gaya dapat ditunjukkan dengan panjangnya tanda panah. Titik aplikasi gaya dapat dilihat dari ekor tanda panah dimana tanda panah tersebut ditarik kearah gaya yang bekerja. Didalam mempelajari gerakan pada tubuh manusia, perlu untuk mengetahui beberapa jenis sistem gaya yang bekerja, yaitu : 1. Gaya Gaya searah searah dan sejajar sejajar ; terjadi terjadi ketika ketika 2 buah gaya gaya atau lebih lebih bekerja bekerja dalam dalam arah yang sama dan sejajar, sehingga resultan gayanya bekerja dalam arah yang sama, sejajar dan berada diantara kedua gaya tersebut, serta dapat dihitung secara aljabar. 2. Gaya berlawana berlawanan n arah, sejajar sejajar dan sama sama besar ; terjadi terjadi ketika ketika 2 buah gaya gaya atau lebih lebih bekerja dalam arah yang berlawanan, sejajar dan kedua buah gaya tersebut sama besar besarnya nya,, sehing sehingga ga akan mengha menghasil silkan kan keseim keseimbang bangan an atau atau tubuh tubuh dalam dalam keadaan keadaan diam.
48
Bab 5. Postur
3. Gaya Gaya berlawa berlawanan nan arah, arah, sejaj sejajar ar dan tidak tidak sama sama besar besar ; sama sama dengan dengan di atas, atas, tetapi tetapi kedua kedua buah gaya gaya yang yang bekerj bekerjaa tidak tidak sama sama besarn besarnya, ya, sehing sehingga ga result resultan an gayany gayanyaa bekerja sejajar dengan gaya yang paling besar dan berada diluar gaya yang terbesar serta dapat dihitung secara aljabar. 4. Gaya Gaya tidak sejaja sejajarr dan berlawana berlawanan n arah ; terjad terjadii ketika ketika 2 buah gaya gaya bekerja bekerja tidak tidak sejajar dan berlawanan arah dalam satu titik aplikasi gaya. Gaya yang bekerja pada tubuh manusia menganut Hukum Newton, yang terdiri atas : 1. Hu Huku kum m Newto Newton n I (Hukum (Hukum Inersi Inersia) a)
Hukum ini menyatakan bahwa : a. Jika Jika jum jumlah lah gay gayaa = 0 (Σ F = 0), maka gaya-gaya yang bekerja adalah sama besarnya sehingga tubuh tetap dalam keseimbangan. b. b. Jika Jika jum jumllah gay gaya ≠ 0 (Σ F ≠ 0), maka gaya-gaya yang bekerja tidak sama besarnya sehingga terjadi perubahan posisi tubuh (bergerak). Berdas Berdasark arkan an uraian uraian di atas, atas, maka maka inersi inersiaa adalah adalah keengga keengganan nan suatu suatu tubuh tubuh untuk untuk merubah apa yang sedang dilakukannya, baik dalam keadaan istirahat maupun dalam keadaan terus bergerak. Tubuh dengan massa yang lebih besar mempunyai inersia yang lebih besar. Massa adalah banyaknya material (unsur) yang dikandung oleh suatu tubuh atau segmen segmen tubuh tubuh dan memili memiliki ki besara besaran n yang yang konsta konstan, n, dimana dimana berlak berlaku u pada semua semua tempat tempat.. Massa Massa merupak merupakan an suatu suatu ukuran ukuran dari dari inersi inersiaa tubuh. tubuh. Satuan Satuan massa massa adalah adalah kilogram (kg) atau pound (lb). Sedangkan berat adalah gaya gravitasi dari suatu tubuh atau segmen tubuh dan memiliki memiliki besaran yang berbeda berbeda pada setiap tempat, sehingga berat tubuh dapat dinyatakan dalam rumus w = m.g, dimana m adalah massa (kg) dan g adalah gaya gravitasi (9,8 m/s atau 10 m/s). Dalam aktivitas kegiatan sehari-hari, tubuh manusia mengalami gerakan rotasi dan trans translas lasii sehing sehingga ga massa massa tubuh tubuh dapat dapat didist didistri ribus busika ikan n diseki disekitar tar axis axis sendi sendi yang yang berge bergerak rak.. Dengan Dengan demiki demikian, an, moment moment inersi inersiaa yang yang dihasi dihasilka lkan n oleh oleh tubuh tubuh dapat dapat dinyatakan dengan rumus : I = m1r 12 + m2r 22 + … + mnr n2 I = Σ mr 2 I = moment inersia
r = jarak tegak lurus massa dari axis 49
m = massa
Bab 5. Postur Adanya perubahan posisi-posisi tubuh maka distribusi massa disekitar axis dapat berubah, sehingga konsekuensinya moment inersia juga ikut berubah. Bentuk-bentuk ini merupakan dasar untuk memilih posisi awal (starting position) yang cocok didalam latihan sehingga pada awal gerakan dapat dengan mudah mengatasi inersia tubuh.
2. Hukum Hukum Newton Newton II II (Hukum (Hukum Percepa Percepatan) tan) Hukum ini menguraikan faktor-faktor yang mempengaruhi percepatan suatu tubuh yaitu gaya, massa dan percepatan (angka perubahan dari kecepatan). Percepatan suatu tubuh adalah berbanding lurus dengan gaya yang tidak se imbang bekerja pada tubuh, dan berbanding terbalik dengan massa tubuh. Dengan demikian, dapat dinyatakan dalam rumus :
F a = m
a = percepatan F = gaya m = massa
Suatu dorongan yang besar terhadap obyek yang kecil akan menggerakkan obyek dengan cepat (=percepatan). Sebaliknya, suatu dorongan yang kecil terhadap obyek yang besar akan menggerakkan obyek dengan lambat (=perlambatan). 3. Hukum ukum Newt Newton on III III
Hukum ini menyatakan bahwa untuk setiap aksi yang terjadi selalu ada reaksi dalam arah yang berlawanan dan sama besar gayanya. Jika kita berdiri di atas meja, maka kita mempunyai gaya aksi yang vertikal ke arah bawah, sementara meja memberikan gaya gaya reaksi reaksi yang yang vertik vertikal al ke arah arah atas atas (berla (berlawan wanan an arah), arah), sehing sehingga ga kedua kedua gaya gaya reaksi. tersebut disimbolkan sebagai gaya sebagai gaya aksi = gaya reaksi.
MOMENTUM DAN MOMEN GAYA Momentum merupakan kuantitas gerakan dari suatu tubuh. Pada saat gerakan dimulai, tubuh yang mempunyai massa akan menghasilkan kecepatan gerakan tertentu. Jika tubuh mempunyai massa yang berat maka gaya yang bertanggungjawab terhadap momentum akan menghasilkan gerakan yang lambat dan akan menghasilkan gerakan yang cepat pada tubuh yang bermassa kecil. Jika 2 tubuh bergerak dengan kecepatan yang sama dan salah satu tubuh mempunyai massa yang lebih besar maka tubuh tersebut akan mempunyai momentum yang lebih besar. Demikian pula, jika 2 tubuh mempunyai massa yang sama tetapi salah satunya dapat bergerak lebih cepat maka tubuh tersebut mempunyai momentum yang lebih besar. Momen gaya adalah kecenderungan suatu obyek untuk bergerak/berputar disekitar axis (fulcrum) akibat pengaruh gaya. Gerakan yang terjadi pada bagian/segmen tubuh tergantung pada :
50
Bab 5. Postur
besarnya gaya jarak titik gaya tersebut dengan axis/fulcrum (lengan gaya). Sehingga dapat dinyatakan dalam rumus : M = F.d
M = momen gaya
F = gaya
d = lengan gaya
Semakin panjang lengan gaya maka semakin besar gaya yang dibutuhkan untuk bekerja. Momen gaya juga terjadi pada Sistem Sistem Tuas dan Kopel. Pada Sistem Sistem Tuas, jika Σ M = 0 dan Σ F = 0, maka akan terjadi keseimbangan pada sebuah Tuas, begitu pula pada Kopel. Kopel Kopel gaya gaya terjad terjadii jika jika 2 buah buah gaya gaya bekerja bekerja sejaja sejajarr tetapi tetapi berlaw berlawanan anan arah. arah. Dengan Dengan demikian, prinsip keseimbangan pada sebuah obyek adalah Σ M = 0 dan Σ F = 0.
KESEIMBANGAN DAN STABILITAS Jika sebuah obyek/benda dalam keadaan diam, kemudian tiba-tiba sebuah gaya bekerja pada obyek/benda tersebut, maka keseimbangannya akan terganggu. Obyek tersebut akan mengal mengalami ami perubah perubahan an posisi posisi atau atau berger bergerak ak dari dari posisi posisi semula semula.. Prins Prinsip ip mekani mekanik k yang yang mend mendas asar arii sifa sifatt-si sifa fatt obyek obyek yang yang kaku kaku dapat dapat digu digunak nakan an untuk untuk memp mempel elaj ajar arii kondi kondisi si keseimbangan tubuh manusia dalam suatu posisi. Untuk setiap posisi tubuh, maka perlu untuk mengetahui : Pusat gravitasi tubuh Garis gravitasi (proyeksi garis vertikal ke bawah) Dasar tumpuan (area tumpuan)
Bentuk-bentuk Keseimbangan 1.
Keseimbangan gan Indifferen (netral)
51
Bab 5. Postur
Keseimbangan indifferen terjadi jika tubuh mengalami posisi rest dalam posisi yang baru tanpa ada perubahan pada level pusat gravitasi ketika tubuh berpindah. Misalnya pada sebuah bola yang berguling atau berputar di atas permukaan yang rata. 2.
Keseimbangan Stabil
Jika Jika suatu suatu gaya gaya telah telah terjad terjadii pada pada tubuh tubuh yang yang diam diam dan tubuh tubuh cender cenderung ung untuk untuk kembali ke posisi awalnya setelah mengalami perubahan posisi, maka keseimbangan terseb tersebut ut dikata dikatakan kan stabil stabil.. Dalam Dalam kondisi kondisi ini, ini, pusat pusat gravit gravitasi asi harus harus naik naik sebelu sebelum m proyeksi garis gravitasi jatuh diluar dasar tumpuan. Posisi yang paling stabil pada tubuh tubuh manu manusi siaa adal adalah ah posi posisi si dima dimana na pusa pusatt gravi gravita tasi si lebi lebih h dekat dekat denga dengan n dasa dasar r tumpua tumpuan, n, sepert sepertii pada pada saat saat tubuh tubuh berbar berbaring ing,, dimana dimana pusat pusat gravit gravitasi asi sangat sangat dekat dekat dengan dasar tumpuan dan menghasilkan energi potensial yang minimal. 3.
Keseimbangan Labil
Jika suatu gaya tiba-tiba bekerja pada tubuh yang diam, kemudian tubuh tersebut cenderung untuk meningkatkan perpindahannya tanpa bisa kembali ke posisi awalnya maka keseimbangan tersebut dikatakan labil. Dalam kondisi ini, pusat gravitasi akan turun sehingga proyeksi garis gravitasi jatuh diluar dasar tumpuan asal. Pada tubuh manusia, posisi yang labil adalah posisi dimana pusat gravitasi berada jauh di atas dasar tumpuan dan dasar tumpuan yang kecil. 4.
Keseimbangan Me Metastabil
Pada keadaan ini, pusat gravitasi gravitasi atau titik titik berat tubuh selalu berpindah-pindah berpindah-pindah baik ke atas maupun ke bawah setiap terjadi perubahan posisi. Keseimbangan ini terjadi pada saat tubuh dalam keadaan dinamis (bergerak), seperti berjalan di atas titian bambu/ balok, bermain ski, dan lain-lain. Dalam sistem gaya, untuk menghitung besarnya gaya yang bekerja pada otot dalam keadaan statis, maka digunakan prinsip keseimbangan yaitu Σ M = 0 dan Σ F = 0, dimana momen gaya yang searah jalan jam diberi label (+), sedangkan yang berlawanan arah jalan jam diberi label (-). Σ M = 0 M1 – M2 = 0 atau (Fw x dw) – (Fotot x dotot) = 0. Kaitannya dengan Resisted Exercise dan Asisted Exeercise, maka efektifitas gaya yang dihasilkan bergantung pada : a.
Jarak titik aplikasi R / A dari fulcrum 52
Bab 5. Postur
b.
Sudut tahanan atau asisted
Dengan demikian, semakin panjang lengan gaya yang teraplikasikan maka semakin besar efekti efektifit fitas as gaya gaya yang yang dihasi dihasilka lkan. n. Prinsi Prinsip p ini dapat dapat diguna digunakan kan oleh oleh fisio fisioter terapi apiss untuk untuk menghemat tenaga yang dimilikinya.
Stabilitas Stabilitas suatu tubuh bergantung pada : 1. luas luasny nyaa bida bidang/ ng/da dasa sarr tump tumpuan uan ; sema semaki kin n luas luas dasa dasarr tump tumpuan uan maka maka stab stabil ilit itas asny nyaa semakin tinggi 2. Letak titik titik berat berat tubuh terhadap terhadap dasar dasar tumpuan ; semakin semakin tinggi tinggi titik titik berat tubuh tubuh dari dasar tumpuan maka stabilitasnya semakin rendah, dan sebaliknya. 3. Proyeksi Proyeksi titik titik berat berat tubuh ke dasar dasar tumpuan tumpuan ; semakin semakin dekat proyeksi proyeksi titik titik berat berat tubuh (proyeksi garis gravitasi) ke pusat dasar tumpuan maka stabilitasnya semakin tinggi, begitu pula sebaliknya 4. Bera Beratt tubuh tubuh ; tubu tubuh h yang yang memp mempuny unyai ai massa massa yang yang lebi lebih h besa besarr akan akan lebi lebih h stabi stabill daripada tubuh yang bermassa kecil. Untuk mencapai stabilitas yang tinggi, maka : a.
Titik ber berat tubu ubuh terletak lebih bih rendah dah atau dekat sekali den dengan dasa asar
tumpuan. b. b.
Proy Proyek eksi si gari gariss gra gravi vita tasi si jatu jatuh h dek dekat at atau atau pada pada pusa pusatt das dasar ar tump tumpua uan. n.
c.
Dasar tumpuan yang luas.
d. Berat Berat badan badan yang yang relati relatiff besar besar..
USAHA DAN ENERGI Usaha
Jika Jika ada suatu suatu gaya gaya yang yang bekerj bekerjaa (kontr (kontraks aksii otot) otot) terhada terhadap p sebuah sebuah obyek/ obyek/ben benda da Usaha. sehingga benda tersebut bergerak melalui suatu jarak tertentu disebut dengan Usaha. Dengan demikian, dapat dinyatakan dengan rumus : W=Fxs
W = Usaha
F = Gaya
s = jarak
Usaha yang dihasilkan oleh kontraksi otot yang secara aktif memendek untuk menggerakkan beban eksternal disebut dengan Usaha yang Positif . Sedangkan usaha yang dihasilkan oleh gaya eksternal seperti gaya gravitasi dan otot dalam keadaan aktif memanjang disebut dengan Usaha yang Negatif .
53
Bab 5. Postur Ketika otot berkontraksi untuk menggerakkan suatu obyek/benda tetapi obyek/benda tersebut tidak bergerak (terjadi kontraksi isometrik), maka dalam pengertian mekanikal tidak ada Usaha yang terjadi. Oleh karena itu, dalam fisiologi kita tidak mengatakan Usaha Statis melainkan kontraksi otot statis.
Energi Energi adalah kapasitas suatu obyek untuk melakukan usaha. Energi adalah salah satu bentuk usaha dan satuannya juga Joule (J = N.m). Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan tetapi energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Energi kimia yang digunakan untuk menghasilkan kontraksi otot akan diubah kedalam energi mekanik dan energi panas. Energi mekanik mempunyai 2 bentuk energi, yaitu :
Energi Kinetis, yaitu suatu energi dari tubuh manusia yang dihasilkan oleh gerakan tubuh tersebut. Hanya tubuh yang bergerak memiliki energi kinetik. Banyaknya energi yang dimiliki oleh tubuh bergantung pada kecepatan geraknya. Oleh karena itu, jika lebih banyak otot yang berkontraksi berkontraksi selama gerakan gerakan sehingga sehingga kecepatan kecepatan gerakannya meningkat, maka segmen tubuh yang bergerak tersebut akan memiliki pening peningkat katan an kapasit kapasitas as untuk untuk melakuk melakukan an usaha, usaha, dan segmen segmen tubuh tubuh terseb tersebut ut mempunyai energi kinetik yang tinggi. Energi kinetik ditentukan oleh 2 faktor yaitu : massa dan kecepatan, sehingga dapat dirumuskan Ekin = ½ m.v2 Energi Potensial, yaitu energi yang dimiliki oleh tubuh manusia, yang disebabkan oleh posisi tubuh tersebut atau adanya deformasi. Sebagai contoh, seseorang yang sedang berdiri diatas peti mempunyai energi potensial potensial yang lebih besar daripada daripada seseorang seseorang yang hanya berdiri diatas lantai. Hal ini terjadi karena seseorang yang berdiri di atas peti akan melakukan usaha yang tinggi untuk melawan gaya berat (gay (gayaa grav gravit itas asi) i) sehi sehingg nggaa memi memili liki ki ener energi gi pote potens nsia iall yang yang ting tinggi gi.. Deng Dengan an demikian, dapat dinyatakan dalam rumus : E pot. = m.g.h
SISTEM LEVER Tubuh Tubuh manusi manusiaa dapat dapat diangg dianggap ap sebaga sebagaii suatu suatu sistem sistem lever lever yang yang komple kompleks. ks. Dari Dari pernyataan tersebut, maka lever adalah sebuah batang yang keras dan kaku, yang bergerak atau berputar disekitar titik yang terfiksir (fulcrum), dimana gerakan atau putaran tersebut dihasi dihasilka lkan n oleh oleh gaya. gaya. Jika Jika ada sebuah sebuah obyek/ obyek/ben benda da berput berputar ar diseki disekitar tar axisny axisnyaa akibat akibat pengaruh gaya yang bekerja, maka putaran benda tersebut akan melawan resisten yang berasal dari massa obyek/benda tersebut dan beban external. Beberapa hal yang penting dalam lever antara lain :
Titik dimana obyek tersebut berputar
Titik dimana gaya bekerja pada benda tersebut 54
Bab 5. Postur
Titik dimana gerakan obyek tersebut memperoleh resisten yang terkonsentrasi
Pada Pada tubuh tubuh manusi manusia, a, tulang tulang merupa merupakan kan lever lever dan fulcru fulcrumny mnyaa (axis) (axis) adalah adalah sendi, sendi, sedangkan gaya yang bekerja pada lever adalah kontraksi otot (titik gayanya pada insersio otot otot terseb tersebut) ut).. Sement Sementara ara resist resistenn ennya ya dihasi dihasilka lkan n oleh oleh gaya gaya berat berat (gaya (gaya gravit gravitasi asi)) lever lever tersebut atau dari beban external. Dari ketiga hal penting tersebut diatas, maka dapat diklasifikasikan sistem lever kedalam 3 tingkatan, yaitu : Lever Tk. I ; fulcrum/axis terletak diantara gaya dan resisten. Lever ini dapat mencapai keseimbangan jika lengan gaya gaya dan lengan resisten resisten sama panjangnya serta besarnya gay gaya dan dan resis esiste ten n adal adalah ah sam sama besa besarr. Cont Contoh oh lever ever tk. I adal adalah ah pos posisi isi mempertaha mempertahankan nkan kepala tetap tegak, dimana levernya levernya adalah tengkorak. tengkorak. AtlantoAtlantooccipital joint sebagai fulcrum (axis), kontraksi/aktivitas otot extensor leher untuk memper mempertah tahanka ankan n posisi posisi kepala kepala tetap tetap tegak tegak merupak merupakan an gaya gaya (F), (F), dan resist resistenny ennyaa adalah gaya berat dari kepala bagian anterior. Lever Tk. II ; resisten terletak diantara fulcrum dan gaya, dimana resisten selalu dekat dengan fulcrum. Pada lever ini selalu terbentuk sistem lever untuk meningkatkan gaya atau usaha dari otot. Sebagai contoh, berjinjit dimana foot kompleks merupakan levernya, levernya, metatarsoph metatarsophalangea alangeall joint sebagai fulcrum fulcrum (axis), (axis), kontraksi kontraksi otot triceps triceps surae sebagai gaya (F), dan resisten berasal dari gaya berat tubuh yang diproyeksikan ke kaki. Lever Tk. III ; gaya terletak diantara fulcrum dan resisten. Lever ini sering terjadi pada aktivitas kegiatan sehari-hari, karena sebagian besar lever pada tubuh manusia adalah lever tk. III. Efisiensi dari suatu lever bergantung pada dimana gaya tersebut bekerja kaitannya dengan fulcrum. Hal ini ditentukan oleh kalkulasi “Mechanical Advantage (MA)” yang dinyatakan dengan rumus : Arm F MA = ----------Arm R
55
Bab 5. Postur
Jika lengan gaya lebih besar daripada lengan resisten maka MA > 1, dan sistem lever ini bertujuan untuk meningkatkan gaya atau usaha. Tetapi jika lengan resisten lebih besar daripada lengan gaya maka MA < 1, sehingga sistem lever ini bertujuan untuk meningkatkan kecepatan gerak dan ROM. Sebagian besar lever dalam tubuh manusia mempunyai MA < 1.
Prinsip Lever dalam Fisioterapi Sist Sistem em leve leverr seri sering ng dite ditera rapk pkan an pada pada meto metode de Stre Streng ngth then enin ing g
Exer Exerci cise se.. Untu Untuk k
meningkatkan meningkatkan kekuatan otot, maka beban atau tahanan tahanan harus ditingkatkan ditingkatkan sampai mencapai kemajuan yang maksimal. Ada 2 faktor yang dapat meningkatkan kekuatan otot yaitu : 1.
Meningk ngkatkan re resisten at atau ber beraat beb bebaan.
2.
Meni Mening ngka katk tkan an pan panja jang ng len lenga gan n resi resist sten en (pe (peni ning ngka kata tan n leve levera rage ge))
Sebagai Sebagai contoh, contoh, Abduksi shoulder shoulder dengan elbow fleksi fleksi dapat menurunkan menurunkan leverage, leverage, dan secara relatif kontraksi otot yang dihasilkan kurang maksimal sehingga otot-otot yang agak lemah dapat melakukan gerakan ini, sedangkan jika leverage ditingkatkan dengan cara mengekstensikan elbow maka akan menghasilkan kontraksi otot yang kuat sekali.
TITIK BERAT TUBUH Titik berat adalah suatu titik dimana gaya berat (gaya gravitasi) bekerja pada sebuah obyek/benda. Pada benda padat yang bersifat homogen dan bentuknya teratur, maka titik beratnya selalu berada ditengah atau dapat ditentukan dengan cara Aljabar. Tetapi hal ini tidak dapat diterapkan pada benda atau obyek yang bersifat heterogen atau ben bentu tukn knya ya tida tidak k tera teratu tur. r. Tubu Tubuh h manu manusi siaa yang yang memi memili liki ki bent bentuk uk tidak tidak tera teratu turr atau atau heterogen, mempunyai titik berat yang selalu berpindah-pindah (tidak pernah menetap) karena setiap terjadi perubahan posisi pada tubuh atau segmen tubuh, titik beratnya juga akan mengalami perubahan. Dalam posisi berdiri, titik berat tubuh (pusat gravitasi) terletak didalam pelvis yakni disekitar upper sacrum (tepat berada di depan Vert. S2). Jika terjadi perubahan posisi maka titik berat tubuh tersebut akan mengalami perpindahan. Sedangkan titik berat pada setiap segmen tubuh terletak disekitar 4/7 dari ujung distal segmen tersebut. Jika
56
Bab 5. Postur
tubuh kita mengalami amputasi atau memakai corset pada punggung maka titik berat tubuh tersebut akan mengalami perubahan. Tubuh manusia memiliki beberapa segmen tubuh dan masing-masing segmen mempun mempunyai yai titik titik berat berat bagian bagian yang yang dapat dapat ditent ditentuka ukan n letakn letaknya. ya.Unt Untuk uk mencar mencarii atau atau menentukan titik berat bagian yang melibatkan 2 atau 3 segmen tubuh maka kita harus menentukan gaya berat pada setiap segmen tersebut. Gaya berat pada setiap segmen tubuh tubuh dapat dapat dipero diperoleh leh berdas berdasark arkan an persen persentas tasee massa massa bagian bagian-ba -bagia gian n tubuh tubuh menuru menurutt Demster (gbr. 3.1).
Gambar 3.1 Dengan demikian, cara menentukan titik berat bagian adalah : Mtot = M1 + M2 + … + Mn. Jika hanya melibatkan 2 segmen tubuh maka : Mtot = M1 + M2 Ftot x dtot = (F1 x d1) + (F2 x d2) Contoh : Tentukan titik berat total pada pad a seluruh lengan dalam posisi abduksi 90o !
57
Bab 5. Postur
STATIKA Statika adalah ilmu yang mempelajari tentang keseimbangan dari suatu sistem yakni yakni tubuh tubuh manusi manusiaa baik baik secara secara keselu keseluruh ruhan an maupun maupun sebagi sebagian an sepert sepertii lengan lengan atas, atas, lengan bawah dan lain-lain. Statika merupakan bagian dari kinetika, dimana dalam statika akan banyak mempelajari keadaan keseimbangan tubuh yang harus memenuhi 2 syarat keseimbangan yaitu ΣM = 0 dan ΣF = 0. Keseimbangan suatu tubuh merupakan resultan dari berbagai gaya yang bekerja pada tubuh tersebut. Untuk menganalisa gaya-gaya yang bekerja pada sendi dan otot dalam keadaan statis maka digunakan sistem keseimbangan dimana keseimbangan tubuh dipengaruhi oleh gaya external dan gaya internal. Gaya external yang sangat mempengaruhi sistem kese keseim imban banga gan n adala adalah h gaya gaya bera beratt (Fw) (Fw) dan dan gaya gaya norm normal al (Fn) (Fn).. Gaya Gaya norm normal al akan akan diperh diperhitu itungka ngkan n jika jika anggota anggota gerak gerak tubuh tubuh menump menumpu u berat berat badan badan di atas atas lantai lantai/t /tanah anah,, sedangkan gaya berat selalu diperhitungkan didalam menentukan besarnya gaya pada otot dan sendi. Gaya otot merupakan reaksi terhadap gaya external. Tanpa gaya external maka gaya otot tidak dapat ditentukan. Disamping gaya external, besarnya sudut pada saat otot bekerja sangat menentukan besarnya gaya otot tersebut. Begitupula jarak antara gayagaya external terhadap titik putar (axis) juga mempengaruhi besarnya gaya otot tersebut. Sedangkan gaya reaksi di titik putar (gaya reaksi sendi) dipengaruhi oleh gaya external dan gaya otot. Kita dapat mengatakan bahwa gaya ini adalah suatu reaksi terhadap gaya external dan gaya otot. Gaya reaksi ini terutama terjadi pada sendi, tulang, kapsul dan ligamen, yang biasa dinamakan dengan gaya reaksi sendi. Gaya reaksi sendi dan gaya otot otot merupak merupakan an gaya gaya intern internal, al, yang yang umumny umumnyaa menghas menghasilk ilkan an gaya gaya yang yang lebih lebih besar besar daripada gaya external. Untuk menghitung gaya otot dan gaya reaksi sendi digunakan rumus ΣM = 0 dan ΣF = 0. Jika sudut tarikan otot membentuk sudut 90o maka kita langsung menggunakan rumus di atas, tetapi jika sudut tarikan otot selain dari 90o (kurang atau lebih dari 90o) maka maka kita kita haru haruss meng menggun gunak akan an kompon komponen en rect rectan angu gula larr yait yaitu u komp kompon onen en rota rotasi si dan komponen stabilisasi.
58
Bab 5. Postur
Komp Kompon onen en rota rotasi si adal adalah ah komp kompon onen en gaya gaya yang yang tega tegak k luru luruss deng dengan an gari gariss penghubung penghubung yang dibentuk dibentuk oleh garis gaya otot yang bekerja bekerja dan komponen stabilisasi. stabilisasi. Komponen gaya ini yang menghasilkan gerakan rotasi disekitar axis sendi. Sedangkan komponen stabilisasi adalah komponen gaya yang arahnya selalu ke titik putar (axis sendi). Komponen ini tidak memiliki moment gaya tetapi hanya menimbulkan tekanan pada sendi. Jika sudut tarikan otot kurang dari 90o maka komponen ini mempunyai efek stabilisasi yang besar dan jika lebih dari 90o maka komponen ini menghasilkan efek distraksi/traksi pada sendi. Jika kita menggunakan komponen rectangular didalam menghitung gaya otot dan gaya gaya reak reaksi si send sendii maka maka kita kita haru haruss memp memper erti timb mban angk gkan an rumu rumuss Pyth Pythag agor oras as dan dan Trigonometry. Contoh : Hitunglah besar gaya otot biceps brachii dan gaya reaksi sendi elbow pada ROM sendi 30o. FRICTION (Gaya Friksi)
Friction adalah gaya tahanan yang muncul ketika suatu tubuh bergerak atau cenderung ber berge gera rak k
mela melalu luii
perm permuk ukaa aan n
sang sangga gaha han. n.
Kema Kemamp mpua uan n
untu untuk k
berj berjal alan an
dan dan
untu untuk k
menggenggam berbagai obyek dengan kedua tangan adalah bergantung pada gaya frictional. Gaya friction dapat mencegah terjadinya gerakan seperti penggunaan rubber (karet) pada permukaan sanggahan. Gaya friksiona friksionall yang dihasilkan dihasilkan selama selama gerakan gerakan dinamakan dinamakan dynamic friction, sedangkan limiting friction adalah gaya friksional yang dihasilkan ketika terjadi slide disekitar permukaan sanggahan. Limiting friction mempunyai gaya friction yang lebih besar sampai mencapai nilai maksimum daripada dynamic friction. Gaya frictional maksimal (limiting friction) bergantung pada : Besarnya tahanan (pressure) dari permukaan sanggahan Sifat material/bahan dari permukaan dan efek yang ditimbulkan berkaitan dengan derajat kekasaran permukaan. Hal ini dinamakan dengan Co-effisien friction dan dinyatakan dengan simbol μ. Coeffisien friction untuk kruk yang berujung rubber di atas permukaan lantai keramik adalah 0,30 – 040 μ, sedangkan co-effisien friction pada kruk yang sama di atas kayu atau papan
59
Bab 5. Postur
yang kasar adalah 0,70 – 0,75 μ. Dengan demikian, gaya frictional yang besar dapat terjadi pada permukaan yang kasar. Penggunaan talcum powder (bedak) atau oil (minyak) pada permukaan sanggahan dapat lebih besar menurunkan gaya friction dan menghasilkan gerakan yang lebih mudah, sedangkan penggunaan suspension dapat mengeliminir seluruh tahanan fricti frictional onal.. Dengan Dengan mening meningkat katkan kan gaya gaya fricti frictiona onal, l, juga juga dapat dapat member memberii keaman keamanan an dalam dalam latihan latihan seperti seperti lantai gymnasium gymnasium yang non-slip, non-slip, alas kaki yang non-slip, non-slip, alat bantu berjalan yang berujung rubber, dan lain-lain. Dalam praktek, gaya friction dapat dimodifikasi dengan cara : 1.
Meng Menguba ubah h sif sifat at perm permuka ukaan an kont kontak ak denga dengan n men mengg gguna unaka kan n baha bahan/ n/ma mate teri rial al yang yang
mempunyai co-effisien friction (gaya friction) yang besar atau kecil. Sebagai contoh, tapak sepatu yang rubber mungkin lebih efektif daripada tapak sepatu yang berkulit keras tetapi gaya friction yang dihasilkan akan bergantung pada permukaan jalan. 2.
Meng Menguba ubah h gay gayaa ber berat at yang yang mene menekan kan permu permuka kaan an.. Seba Sebaga gaii con conto toh, h, sebu sebuah ah back back
pack yang diikat pada punggung seseorang dapat menyebabkan peningkatan total berat tubuh yang menekan ke bawah terhadap permukaan sanggahan. Ga
.
BAB IV BIOMEKANIK STRUKTUR PENGGERAK PASIF
60
Bab 5. Postur
A. BIOMEKANIK BIOMEKANIK TULANG DAN JARINGAN JARINGAN TULANG TULANG
Fungsi Fungsi dari dari sistem sistem skelet skeletal al adalah adalah untuk untuk melind melindungi ungi organ organ – organ organ intern internal, al, memberikan perlengketan terhadap otot, mefasilitasi kerja otot dan gerakan tubuh (alat gerak pasif). Tulang mempunyai unsur mekanikal yang unik dan dapat berubah unsurunsur dan konfigurasinya jika terjadi kerusakan (fraktur). Perubahan bentuk tulang dapat diobservasi selama proses penyembuhan tulang dan setelah operasi tertentu. Strength dan stiffnes merupakan unsur mekanikal yang penting dari tulang ketika beban diaplikasikan pada struktur tulang. Adanya deformasi pada struktur tersebut dapat diukur dan tergambar dalam kurva load – deformasi, serta kapasitas strength dan stiffnes dari struktur tersebut dapat ditentukan. Pada kurva load – deformasi menunjukkan tiga parameter untuk menentukan strength dari struktur tersebut. 1) Struktur tersebut dapat menahan beban sebelum failure, 2) Struktur tersebut dapat menahan deformasi sebelum failure, 3) Struktur tersebut dapat menyimpan energi sebelum failure. Kurva load deformasi berguna untuk menunjukkan strength dan stiffness dari seluruh struktur tulang. Untuk memeriksa sifat mekanikal dari bahan/unsur yang menyusun sebuah struktur dan membandingkannya dengan bahan a tau unsur yang berbeda maka digunakan tes spesimen yang standar dengan memakai kurva stress – strain.
Stress adalah adalah beban beban peruni perunitt area area yang yang berkem berkembang bang pada pada permuk permukaan aan tulang tulang sebagai respon terhadap beban ekternal yang terjadi, yang dinyatakan dalam gaya per unit area yaitu N/cm2 atau N/m2 dan lainnya. Strain adalah adalah deform deformasi asi yang yang terjad terjadii pada pada suatu suatu titik titik dalam dalam strukt struktur ur terseb tersebut ut akibat pengaruh pembebanan. Ada 2 jenis dasar dari strain yakni : 1) Norm Normal al stra strain in adal adalah ah besa besarn rnya ya defo deform rmas asii yang yang dapa dapatt meru merubah bah panj panjang ang stru strukt ktur ur tersebut (memanjang). 2) Shear Shear strai strain n adalah adalah besarn besarnya ya deform deformasi asi angular angular yang yang terjad terjadii pada struktu strukturr terseb tersebut ut sehingga terjadi perubahan sudut pada struktur tersebut. Skeleton (tulang) tersusun dari tulang kortikal dan tulang cancellous. cancellous. Kedua jenis tulang ini mempunyai salah satu unsur atau bahan porosity (berpori – pori). Pada tulang kortikal mempunyai porous sekitar 5 – 30% sedangkan tulang cancellous mempunyai 61
Bab 5. Postur
por porou ouss seki sekita tarr 30 – 90%. 90%. Karen Karenaa itu, itu, tula tulang ng korti kortika kall lebi lebih h kaku kaku dari dari pada pada tula tulang ng cancellous, cancellous, dan tulang kortikal kortikal dapat menahan menahan beban stress yang besar daripada daripada beban strain. Sifat tulang terhadap bentuk pembebanan yang beragam. beragam .
Gaya dan momen dapat diaplikasikan pada sebuah struktur tulang dalam berbagai arah, sehingga menghasilka menghasilkan n beban tention, tention, kompresi, kompresi, bending (pembengkokan (pembengkokan), ), shear, shear, torsion dan kombinasi beban (gbr 4.1) 1. Tension
Pada beban tensile, beban yang sama besar dan berlawanan arah diaplikasikan ke arah luar (menjauh) dari permukaan struktur tulang, dan menghasilkan stress tensile dan strain strain dibagian dibagian dalam struktur tersebut. tersebut. Stress Stress tensile tensile dapat didefinisikan didefinisikan sebagai sebagai beberapa gaya kecil yang arahnya menjauh dari permukaan struktur tulang. Maksimal stress stress tensil tensilee terjad terjadii pada bidang bidang tegak tegak lurus lurus terhad terhadap ap beban beban tensio tension n (gbr. (gbr. 4.2). 4.2). Dibawah pengaruh beban tensile maka struktur tulang akan memanjang dan menipis. Mekani Mekanisme sme kerusa kerusakan kan dari dari jaring jaringan an tulang tulang akibat akibat beban beban tensio tension n adalah adalah teruta terutama ma terpecahnya garis-garis semen didalam tulang dan tertarik keluar dari sel – sel tulang. Secara klinis, fraktur yang dihasilkan oleh beban tensile biasanya nampak pada tulang cancellous. Sebagai contoh, fraktur pada basis metatarsal V yang berdekatan dengan perle perlekat katan an tendon tendon perone peroneus us brevis brevis dan fraktu frakturr pada calcane calcaneus us yang yang berdeka berdekatan tan dengan perlekatan tendon Achilles. Suatu fraktur pada calcaneus akibat kontraksi yang kuat dari otot trisep surae dapat menghasilkan beban tensile yang tinggi pada tulang tersebut. 2. Kompresi
Pada beban kompresi, beban yang sama besarnya dan berlawanan arah teraplikasi kearah permukaan struktur tulang dan stress kompresi serta strain terjadi didalam struktur tulang. Stress kompresi dapat dianggap sebagai beberapa gaya yang kecil, yang diarahkan kedalam permukaan struktur tulang. Maksimal stress kompresi terjadi pada bidang tegak lurus dengan beban yang teraplikasi (gbr. 4.3). Dibawah beban kompresi kompresi maka struktur struktur tulang akan memendek memendek dan melebar. melebar. Mekanisme Mekanisme kerusakan
62
Bab 5. Postur
yang terjadi pada jaringan tulang utamanya adalah keretakan sel – sel tulang secara oblique. Frakt Fraktur ur yang yang dihasi dihasilka lkan n oleh oleh beban beban kompre kompresi si biasan biasanya ya dijump dijumpai ai pada verteb vertebra, ra, dimana menunjukkan suatu pemendekan dan pelebaran yang terjadi pada vertebra manusia akibat beban compresi yang tinggi. Beban compresi yang dapat merusak suatu sendi dihasilkan oleh kontraksi kuat yang abnormal dari otot – otot disekitarnya. Sebagai contoh, fraktur bilateral subcapital pada neck femur yang terjadi selama electrical shock terapi, dimana kontraksi otototot disekitar hip joint menghasilkan beban compresi pada caput femur melawan acetabulum. 3. Shear
Pada Pada beban beban shear, shear, beban beban terapl teraplika ikasi si secara secara parale paralell terhada terhadap p permuk permukaan aan strukt struktur ur tulang, dan stress shear serta strain terjadi didalam struktur tersebut. Stress shear dapat dianggap sebagai beberapa gaya kecil yang bekerja pada permukaan struktur tulang dalam bidang paralel terhadap beban yang teraplikasi (gbr. 4.4). Ketika terjadi shear, akan menyebabkan deformasi structural secara internal dalam pola angular, sudut siku-siku (900) menjadi tumpul atau akut. Fraktur shear biasanya terlihat didalam tulang cancellous. Contohnya pada fraktur condylus femur dan dataran tibia. Stre Stress ss yang yang terj terjad adii pada pada tula tulang ng kort kortik ikal al oran orang g dewa dewasa sa berb berbed edaa pada pada seti setiap ap pembe pembebana banan n (beban (beban compre compresi, si, tensil tensilee dan shear) shear).. Tulang Tulang kortik kortikal al dewasa dewasa dapat dapat menahan stress yang lebih besar pada beban compresi dari pada beban tension, dan dapat menahan stress yang lebih besar pada beban tension dari pada shear (Reilly and Burstein, 1975). Sedangkan pada tulang muda, pertama kali terjadi kerusakan akibat beban compressi dan fraktur yang melengkung (buckle fraktur) mungkin terjadi pada sisi compressi. 4. Be Bendi nding ng (Pem (Pembe bengk ngkoka okan) n)
Bending terjadi ketika suatu beban diaplikasikan pada suatu struktur dalam pola yang menyebabkan struktur tersebut membengkok disekitar axis. Struktur yang mengalami pembe pembengk ngkokan okan diseba disebabkan bkan oleh oleh kombin kombinasi asi beban beban tensio tension n dan compre compressi ssi.. Ketika Ketika 63
Bab 5. Postur
tulang mengalami beban bending, stress tensile dan strain bekerja pada satu sisi dari axis netral, serta stress compressi dan strain bekerja pada sisi lain, tetapi disana tidak terjadi stress dan strain pada axis netral. Karena tulang tidak simetris maka stress tensile dan compressi tidak mungkin sama. Ada dua type bending yaitu bending yang dihasilkan oleh tiga gaya (three – point bending) dan bending yang dihasilkan oleh empat gaya (four – point bending). Fraktur – fraktur yang dihasilkan oleh kedua type bending tersebut umumnya dapat diobservasi. Three point bending terjadi ketika 3 gaya yang bekerja pada struktur tersebut menghasilkan 2 momen gaya yang sama (gbr. 4.5a). Struktur tersebut akan retak pada titik aplikasi gaya bagian middle. Jenis fraktur three – point bending terjadi pada “boot top” fraktur selama bermain ski. Pada “boot-top” fraktur, salah satu momen bending teraplikasi pada bagian atas tibia pada saat pemain ski jatuh ke depan di atas ujung sepatu ski. Suatu momen yang sama dihasilkan oleh kaki dan ski yang terfi terfiksi ksir. r. Pada Pada saat saat bagian bagian atas atas tibia tibia bengkok bengkok ke depan, depan, stress stress tensil tensilee dan strain strain bekerja pada sisi posterior tulang, sedangkan stress compressi serta strain bekerja pada sisi anterior. Four point bending terjadi ketika 2 gaya kopel bekerja pada suatu struktur yang menghasilkan 2 momen gaya yang sama. Sebuah gaya kopel terbentuk ketika 2 gaya paral paralel el yang yang terjad terjadii sama sama besarn besarnya ya tetapi tetapi dalam dalam arah arah yang yang berlaw berlawanan anan terhad terhadap ap struktur tersebut (gbr. 4.5b). Karena besarnya momen bending sama pada seluruh area diantara 2 gaya kopel tersebut maka struktur akan retak pada titik yang paling lemah. Stiff Stiff pada knee joint yang dimanipul dimanipulasi asi dengan cara yang salah salah selama selama program rehabi rehabilit litasi asi dapat dapat menyeb menyebabka abkan n frakt fraktur ur femur femur yang yang dihasi dihasilka lkan n oleh oleh four four point point bending. Pada saat knee dimanipulasi, kapsul bagian pasterior dan tibia membentuk satu gaya kopel, dan gaya caput femur serta capsule hip joint membentuk kopel gaya lain. lain. Pada Pada saat saat momen momen bendin bending g terapl teraplika ikasi si pada pada femur, femur, maka maka femur femur mengal mengalami ami kerusakan pada titik yang paling lemah – awalnya letak fraktur. 5. Torsion
Tors Torsio ion n terj terjad adii keti ketika ka beban beban tera terapl plik ikas asii pada pada suat suatu u stru strukt ktur ur dala dalam m pola pola yang yang menyeb menyebabka abkan n strukt struktur ur terseb tersebut ut terput terputar ar diseki disekitar tar axis. axis. Ketika Ketika strukt struktur ur terseb tersebut ut 64
Bab 5. Postur
mengalami beban torsion, maka stress shear didistribusi keseluruh struktur tersebut (gbr 4.6). Dibawah pengaruh beban torsion, maka stress shear yang maksimal bekerja pada bidang bidang paralel paralel dan tegak lurus dengan axis netral struktur tersebut. tersebut. Selain Selain itu, stress tensile dan compressi yang maksimal bekerja pada bidang diagonal terhadap axis netral netral strukt struktur ur terseb tersebut. ut. Pola Pola fraktu frakturr pada tulang tulang yang yang mengal mengalami ami beban beban torsio torsion n adalah tulang pertama kali rusak pada beban shear, dengan formasi keretakan paralel terhadap terhadap axis netral tulang. tulang. Biasanya Biasanya keretakan keretakan tulang tulang terbentuk terbentuk disepanjang bidang stress tensile yang maksimal. 6. Komb Kombin inas asii Beba Beban n
Mesk Meskip ipun un seti setiap ap bent bentuk uk beba beban n tela telah h dije dijela lask skan an secar secaraa terp terpis isah ah,, teta tetapi pi dalam dalam kehi kehidu dupa pan n seha sehari ri – hari hari tula tulang ng jara jarang ng terb terbeb eban anii hany hanyaa dala dalam m satu satu bent bentuk uk.. Pembebanan tulang pada manusia adalah kompleks karena dua alasan utama : struktur geomet geometrik rik tulang tulang yang yang tidak tidak beratu beraturan ran,, dan secara secara konstan konstantt tulang tulang mengal mengalami ami beragam beban yang tidak menentu. Baru – baru ini dilakukan pengukuran strain pada permukaan antero-medial tibia orang dewasa selama aktifitas berjalan dan jogging (Lanyor el all, 1975). Carter (1978) telah menghitung nilai stress dari pengukuran strain tersebut. Selama aktifitas berjalan normal, stress compressi terjadi selama heel strike, stress tensile terjadi selama stance phase, dan stress compressi juga terjadi selama push off (gbr 4.7a). Secara relatif, stress shear yang tinggi terjadi pada bagian terakhir siklus berjalan, merupa merupakan kan beban beban torsio torsion n yang yang signif signifika ikan. n. Beban Beban torsio torsion n ini ditunj ditunjukk ukkan an dengan dengan terjadinya external rotasi tibia selama stance phase dan push off. Selama jogging pola stressnya berbeda (gbr 4.7b). Stress compressi terutama terjadi pada toe strike. Hal ini akan diikuti dengan stress tensile yang tinggi selama push off. Stress shear yang terjadi adalah kecil pada seluruh langkah jogging, merupakan beban torsion torsion yang minimal. minimal. Beban torsion torsion ini ditunjukkan ditunjukkan dengan terjadiny terjadinyaa external external dan intern internal al rotasi rotasi tibia tibia dalam dalam pergant pergantian ian pola pola langka langkah h joggin jogging. g. Pemeri Pemerikas kasaan aan klinis klinis terhad terhadap ap bebera beberapa pa pola pola fraktu frakturr menunj menunjukka ukkan n bahwa bahwa hanya hanya sediki sedikitt fraktu frakturr yang yang
65
Bab 5. Postur
dihasilkan oleh satu bentuk pembebanan atau dua bentuk pembebanan yang sama; dan paling banyak fraktur dihasilkan oleh kombinasi beberapa bentuk pembebanan. Pengaruh Aktivitas Otot Terhadap Distribusi Stress Dalam Tulang
Ketika tulang terbebani, kontraksi otot yang melekat pada tulang tersebut akan mengub mengubah ah distri distribus busii stress stress dalam dalam tulang tulang.. Kontrak Kontraksi si otot otot ini dapat dapat menuru menurunka nkan n atau atau mengel mengelimi iminir nir stress stress tensil tensilee pada pada tulang tulang dengan dengan mengha menghasil silkan kan stress stress compre compressi ssi baik baik secara sebagian (parsial) maupun secara total menetralisir stress tersebut. Efek kontraksi otot tersebut dapat dijelaskan pada tibia yang mengalami three – point bending. Gbr 4.8a menunjukkan tungkai pemain ski yang jatuh ke depan, terutama tibianya terjadi moment pembengkokkan. Stress tensile yang tinggi terjadi pada aspek posterior tibia, dan stress compressi yang tinggi bekerja pada aspek anterior. Kontraksi otot triceps surae menghasilkan stress compressi yang tinggi pada aspek posterior tibia (gbr 4.8b), sehingga menetralisir stress tensile yang tinggi dan dapat melindungi tibia dari kerusakan akibat tension. Kontraksi otot otot ini mungki mungkin n mengha menghasil silkan kan stress stress compre compressi ssi yang yang lebih lebih tinggi tinggi pada permuk permukaan aan anterior tibia. Kontraksi otot menghasilkan efek yang sama pada hip joint. Selama gerakan, moment moment bending bending terapl teraplika ikasi si pada neck femur, femur, dan stress stress tensil tensilee terjad terjadii pada cortex cortex superior. Kontraksi otot gluteus medius menghasilkan stress compressi sehingga dapat menetralisir stress tensile tersebut, dan akhirnya baik stress compressi maupun stress tensil tensilee tidak tidak bekerja bekerja pada pada cortex cortex superi superior. or. Dengan Dengan demiki demikian, an, kontrak kontraksi si otot otot dapat dapat menyebabkan neck femur mampu menahan/menopang beban yang lebih tinggi. Kelelahan Tulang Dibawah Pembebanan Berulang
Fraktur dapat dihasilkan oleh beban tunggal atau aplikasi suatu beban yang terjadi secara berulang kali. Suatu fraktur akan terjadi pada aplikasi beban tunggal jika beban tersebut melebihi kekuatan maksimal tulang. Aplikasi beban yang rendah dan terjadi secara berulang kali mungkin menghasilkan suatu fraktur; fraktur tersebut dinamakan dengan fatique fraktur. Fatique Fatique fraktur fraktur khususnya khususnya dihasilkan oleh beban yang tinggi tinggi dengan repetisi yang rendah atau beban yang relatif normal dengan repetisi yang tinggi.
66
Bab 5. Postur
Tes yang dilakukan pada tulang organ mati menunjukkan bahwa mikrofraktur fatique mungkin terjadi pada tulang yang mengalami beban dengan repetisi yang rendah (Car (Carte terr and and Haye Hayes, s, 1977) 1977).. Pada Pada test test ters terseb ebut ut juga juga meng mengun ungka gkapk pkan an bahw bahwaa tula tulang ng mengalami kelelahan dengan cepat ketika beban atau deformasi mendekati batas strength tulang (Carter and Hayes, 1977); yaitu diperlukan sejumlah repetisi untuk menghasilkan suatu fraktur. Beban repetisi pada tulang organ hidup, tidak hanya besarnya beban dan jumlah repetisi yang mempengaruhi proses fatique, tetapi juga frekwensi pembebanan. Semenjak tulang organ hidup dapat memperbaiki strukturnya sendiri, maka suatu fatique fraktur hanya hanya terjad terjadii ketika ketika proses proses remodel remodeling ing didahul didahului ui oleh oleh proses proses fatiqu fatique, e, yaitu yaitu ketika ketika frekwensi frekwensi pembebanan menghambat menghambat kebutuhan kebutuhan remodeling remodeling untuk mencegah mencegah kerusakan. kerusakan. Fatique fraktur biasanya terjadi secara terus menerus selama aktifitas fisik yang berat. Ketika otot mengalami kelelahan, kemampuannya untuk berkontraksi akan berkurang; akibat akibatnya nya otot-o otot-otot tot kurang kurang mampu mampu untuk untuk menyi menyimpa mpan n energi energi dan untuk untuk menetr menetrali alisir sir beberapa stress yang terjadi pada tulang. Hal ini menghasilkan perubahan distribusi stress dalam tulang yang secara abnormal menyebabkan beban tinggi pada tulang, dan suatu fatiqu fatiquee fraktu frakturr mungki mungkin n terjad terjadi. i. Kerusa Kerusakan kan mungki mungkin n terjad terjadii pada pada sisi sisi tulang tulang yang yang mengalami beban tensile atau sisi tulang yang mengalami beban compressi dan atau pada kedua sisi tulang tulang tersebut. tersebut. Kerusakan pada sisi tensile tensile akan menghasilkan menghasilkan keretakan keretakan tulang tulang secara secara tranver tranversal sal,, dan tulang tulang terseb tersebut ut dengan dengan cepat cepat bertam bertambah bah retak retak menjad menjadii fraktur yang sempurna. Fatique fraktur pada sisi compressi terjadi lebih lambat; proses remodeling lebih cepat dari proses fatique sehingga tulang tidak mungkin mengalami frakt fraktur ur yang yang sempur sempurna. na. Teori Teori kelela kelelahan han otot otot terseb tersebut ut sebaga sebagaii penyeb penyebab ab dari dari fatiqu fatiquee fraktur pada extremitas bawah dapat diuraikan pada skema berikut ini :
Exc yang berat
Kelelahan otot
67
Bab 5. Postur
Hilangnya kapasitas penyimpanan energi
Perubahan pola berjalan
Pembebanan yang abnormal
Perubahan distribusi stress
Compressi yang tinggi
Kombinasi
Keretakan sel oblique
Tension yang tinggi
Pemisahan sel – sel tulang. Terjadi keretakan sel transversal
Fraktur oblique
Fraktur transversal
Penyembuhan Tulang
Ketika tulang mulai sembuh setelah fraktur, callus (seperti mangkuk) terbentuk disekitar tempat fraktur yang menstabilisasi area tersebut. Secara signifikan callus dapat meningkatkan area dan polar moment inersia, sehingga dapat meningkatkan strength dan stiffness tulang, khususnya pada beban bending dan torsion selama fase penyembuhan. Pada saat frakturnya sembuh maka secara bertahap tulang memperoleh kembali strength normal normalnya nya,, dan secara secara progre progresif sif mangko mangkok k callus callus diabso diabsorbs rbsika ikan n kembal kembali, i, dan tulang tulang kembali serapat mungkin ke ukuran dan bentuk normalnya. Kecepatan Pembebanan terhadap Tulang
Secara Secara klinis, klinis, kecepatan kecepatan pembebanan pembebanan adalah penting karena mempengaruhi mempengaruhi pola frak fraktu turr dan bany banyak akny nyaa jari jaring ngan an luna lunak k yang yang rusa rusak k akib akibat at frakt fraktur ur.. Pada Pada kece kecepat patan an pembebanan yang rendah, terjadi formasi keretakan tunggal ; secara relatif tulang dan jaringan lunak masih utuh, dan sedikit terjadi perpindahan atau tidak terjadi perpindahan. Pada kecepatan pembebanan yang tinggi, terjadi fraktur comminution serta kerusakan jaringan lunak yang luas. Hal ini ditunjukkan pada tulang tibia in vitro yang dites dengan
68
Bab 5. Postur
beban torsion pada kecepatan pembebanan yang tinggi, menghasilkan fragmen – fragmen tulang yang banyak, dan perpindahan tulang yang berat. Perubahan Degeneratif Akibat Usia
Pada Pada saat saat usia usia bertam bertambah bah secara secara normal normal,, dindin dinding g trabec trabecula ulaee didala didalam m tulang tulang cancellous menjadi lebih tipis secara progresif, dan mungkin beberapa dinding tersebut meng mengal alam amii reabs reabsor orbs bsi. i. Hasil Hasil ters tersebu ebutt dita ditand ndai ai denga dengan n penur penuruna unan n juml jumlah ah tula tulang ng cancel cancellou louss serta serta penurun penurunan an diamet diameter er dan keteba ketebalan lan cortex cortex.. Penuru Penurunan nan jumlah jumlah total total jaringan tulang tersebut, dan sedikit menurunnya ukuran tulang menyebabkan penurunan kekuatan dan kekakuan tulang. Curva stress strain untuk tulang tibia dewasa in vivo mempunyai dua kurva yang berbeda antara usia tua dan muda, yang dites dengan beban torsion, seperti yang ditunjukkan pada gbr 4. 9. Stress yang terjadi kurang lebih sama pada tulang muda dan tulang tua. Walaupun demikian, sampel tulang tua hanya dapat menahan strain setengah dari tulang muda, menunjukkan bahwa tulang tua kurang ductile daripada tulang muda, dan mampu untuk menyimpan sedikit energi terhadap kerusakan. B. BIOMEK BIOMEKANIK ANIK CARTIL CARTILAGO AGO SENDI SENDI
Sendi adalah hubungan fungsional antara tulang-tulang skeleton yang berbeda. Pada sendi sinovial atau sendi yang bergerak bebas, ujung tulang yang bersendi bersendi ditutup oleh
1 – 5 mm lapisan lapisan putih putih yang tebal tebal dari jaring jaringan an connective connective yang disebut disebut dengan dengan
cartilago sendi. sendi. Secara fisiologis, sebenarnya cartilago sendi merupakan jaringan yang terisolasi ; jaringan ini sama sekali tidak mendapat suplai darah dan limpatik serta saraf, juga kepadatan selulernya kurang daripada jaringan lainnya. Fungsi utama dari cartilago sendi adalah : 1. Untuk menyebar menyebarkan kan beban yang yang terjadi terjadi pada sendi sendi sehingga sehingga beban tersebu tersebutt akan ditransmisikan di atas area yang luas dan kontak stress dapat berkurang. 2. Untuk Untuk memberika memberikan n geraka gerakan n relati relatiff pada permukaa permukaan n tulang tulang lawananny lawanannyaa dengan dengan meminimalkan gaya friksi (gesekan) dan kerusakan.
Komposisi Cartilago
69
Bab 5. Postur
Solid matriks dari cartilago bertanggung jawab terhadap 20 – 40 % berat air jaringan tersebut, yang tersusun dari serabut collagen (60%) dan interfibrillar proteoglycan gel (40%) yang mempunyai daya tarik-menarik tinggi terhadap air, serta sel-sel chondrosit (+ 2%). 60 – 80 % dari jaringan tersebut mengandung banyak air, yang dapat ditekan keluar dibawah pengaruh beban. Sifat Biomekanis Cartilago Sendi
Sifat Sifat biomek biomekani aniss dari dari carti cartilag lago o sendi sendi hanya hanya dapat dapat dipaham dipahamii berdas berdasark arkan an sifatsifat-sif sifat at mate materi rial al jari jaringa ngan n ters terseb ebut ut dan dan inte intera raks ksii yang yang terj terjad adii sela selama ma pemb pembeb eban anan. an. Yang Yang mene menent ntuka ukan n sifa sifatt mate materi rial al jari jaring ngan an ters terseb ebut ut adal adalah ah soli solid d matr matrik ikss (col (colla lage gen n dan dan prote proteogl oglyca ycan) n) dan inters interstit titial ial water water yang yang dapat dapat berger bergerak ak bebas. bebas. Dengan Dengan demiki demikian, an, cartilago sendi dapat dilihat sebagai suatu porous medium yang berisi cairan (analog dengan spon yang berisi penuh air). Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat cartilago diba dibawa wah h peng pengar aruh uh beba beban n adal adalah ah kara karakt kter eris isti tik k mate materi rial al dari dari soli solid d matr matrik ikss dan dan permeabilitasnya.
Permeabilitas
Permeabilitas merupakan suatu parameter material di dalam jaringan cartilago yang menggambarkan tahanan friksional dari solid matriks yang memiliki porous material sehingga cairan bisa mengalir melewatinya. Permeabilitas jaringan yang rendah akan menghasilkan menghasilkan lebih besar tahanan terhadap gerakan cairan dibawah dibawah pengaruh pengaruh beban, begitu begitu pula sebaliknya. sebaliknya. Dibandingkan Dibandingkan dengan spon biasa, maka cartilago cartilago sendi yang normal memiliki permeabilitas yang sangat rendah. Ada 2 cara mekanikal untuk mengalirkan cairan melalui media yang berporous seperti cartilago sendi (Mow and Torzilli, 1975) yakni : 1. Cairan Cairan dapat dipaksa dipaksa mengalir mengalir melalui melalui solid solid matriks matriks yang berporo berporous us dengan cara cara mengap mengaplik likasi asikan kan tekanan tekanan gradie gradient nt yang yang tinggi tinggi yakni yakni tekana tekanan n pada pada sisi sisi atas atas cartilago lebih besar daripada tekanan pada sisi bawah cartilago (gbr. 4.10a). 2. Jika Jika cart cartil ilago ago send sendii bera berada da diba dibawah wah balok balok kaku kaku yang yang berpo berporo rous us,, kemu kemudi dian an dilakukan compressi maka cairan akan mengalir juga (gbr. 4.10b).
70
Bab 5. Postur
Dalam keadaan ini, gerakan cairan disebabkan oleh compressi yang menghasilkan peningkatan tekanan secara lokal, dan menghasilkan gaya yang menyebabkan eksudasi cairan dari jaringan tersebut. Kedua mekanisme ini bekerja secara simultan pada cartilago sendi selama gerakan sendi. Hal ini telah ditunjukkan secara experimental oleh Mansour and Mow (1976), bahwa permeabilitas dari cartilago normal akan menurun secara dramatis pada saat terjadi peningkatan tekanan dan deformasi. Dengan demikian, cartilago sendi mempunyai suatu mekanisme regulator feedback mekanikal mekanikal yang bertujuan untuk mencegah mencegah pelepasan pelepasan total dari cairan cairan interstit interstitial. ial. Sistem regulator biomekanis ini mempunyai implikasi yang dalam terhadap jaringan normal yang membutuhkan nutrisi, lubrikasi (peminyakan) sendi, kapasitas menahan beban dan kelelahan jaringan. Pada umumnya, selama terjadi kondisi patologis maka continuitas dari solid matriks (collagen dan proteoglycan) menjadi terganggu oleh adanya stress mekanikal atau efek efek bioche biochemis mis dari dari aksi aksi enzim enzim yang yang abnorma abnormal. l. Dengan Dengan demiki demikian, an, permea permeabil bilita itass jaringan akan menjadi lebih besar pada jaringan yang osteoarthritis daripada jaringan yang normal (karena terjadi kerusakan pada jaringan serabut collagen dan hilangnya makromolekul proteoglycan). Selama aktivitas fungsional seperti melompat maka cairan interstitial tidak sempat tertekan keluar sehingga jaringan cartilago akan bersifat lebih elastis atau kurang elastis. elastis. Dengan demikian, demikian, akan terjadi terjadi perubahan bentuk pada saat pembebanan pembebanan dan dengan segera akan kembali ke bentuk semula pada saat tanpa beban. Jika beban terjadi dengan perlahan dan tetap konstan terhadap jaringan cartilago (seperti selama berdiri dalam waktu yang lama), maka deformasi jaringan akan terus meningkat pada saat cairan tertekan keluar.
Lubrication (Peminyakan)
Ada 2 jenis fundamental dari lubrication yakni : Boundary lubrication dan Fluid Film lubric lubricati ation. on. Boundar Boundary y lubric lubricati ation on bergant bergantung ung pada pada absorb absorbsi si kimia kimia dari dari molekul molekul-molekul lubricant yang monolayer terhadap permukaan kontak padat (Bowden and Tabor, 1967). Secara Secara relatif, relatif, selama selama gerakan terjadi maka permukaan permukaan komponenkomponen71
Bab 5. Postur
komponen yang menumpu dilindungi oleh molekul-molekul lubricant yang slide satu sama lain di atas permukaan lawanannya, mencegah terjadinya adhesif dan abrasi (luk (lukaa lece lecet) t) yang yang seca secara ra alam alamia iah h terj terjad adii pada pada perm permuk ukaan aan kont kontak ak.. Ada Ada bukti bukti eksperimen yang kuat bahwa cairan sinovial di dalam sendi sinovial dapat bekerja dibawa dibawah h kondis kondisii pembeb pembebanan anan,, sepert sepertii halnya halnya dengan dengan boundar boundary y lubri lubricat cation ion pada cartilago sendi dimana kemampuan peminyakannya tidak bergantung pada viscositas (kekentalan) (kekentalan) cairan sinovial. sinovial. Hal ini memungkinkan memungkinkan terjadinya terjadinya absorbsi chemis dari cairan sendi ke permukaan sendi pada saat kondisi pembebanan yang berat. Jika dalam kondisi pembebanan yang rendah dan atau terjadi gerakan oscilasi serta kecepatan kecepatan yang relatif tinggi pada permukaan permukaan kontak, maka kemungkinan fluid film lubrication sangat diperlukan oleh sendi dalam kondisi tersebut. Dalam fluid film lubric lubricati ation, on, lapisa lapisan n peminy peminyaka akanny nnyaa jauh jauh lebih lebih tebal tebal daripa daripada da ukuran ukuran molekul molekul peminyakan peminyakan boundary boundary lubricati lubrication on sehingga sehingga menyebabkan menyebabkan pemisahan pemisahan yang relatif relatif besar besar dari dari kedua kedua permuk permukaan aan tumpuan tumpuan.. Kapasi Kapasitas tas pemump pemumpuan uan beban beban dari dari cairan cairan tersebut dapat melalui 3 mekanisme, yaitu : 1. Meka Mekani nism smee hydr hydros osta tati tik k lubr lubric icat atio ion n : Meka Mekani nism smee ini ini terj terjad adii keti ketika ka tida tidak k ada ada gerakan slide dari permukaan tumpuan (cartilago sendi) sehingga tekanan didalam flui fluid d film film dapat dapat diban dibangk gkit itka kan n oleh oleh teka tekana nan n exter externa nall mela melalu luii mekan mekanis isme me hydrostatik lubrication (gbr. 4.11a) 2. Mekani Mekanisme sme hydrodin hydrodinami amik k lubri lubricati cation on : Mekanis Mekanisme me ini terjadi terjadi ketika ketika permuk permukaan aan tumpuan tumpuan bergerak bergerak secara secara tangensial tangensial terhadap permukaan permukaan tumpuan tumpuan lawanannya lawanannya dan membentuk convergensi pada tepi cairan sehingga tekanan tersebut dapat dibangkitkan oleh viskositas cairan yang menyebabkan cairan terserap ke dalam celah diantara kedua permukaan tersebut (gbr. 4.11b). 3. Mekani Mekanisme sme squeeze squeeze film lubrica lubricatio tion n : Mekanisme Mekanisme ini terjadi terjadi ketika ketika permukaan permukaan tumpuan tumpuan bergerak bergerak secara perpendicular perpendicular terhadap terhadap permukaan permukaan lawanannya, lawanannya, dan cairan harus ditekan keluar dari celah tersebut sehingga tekanan tersebut dapat dibangkitkan didalam fluid film lubrication untuk memaksa keluar peminyakan. Dengan demikian, beban tidak dapat disanggah dalam jangka waktu yang tidak menentu oleh proses squeeze film lubrication. Pada akhirnya, fluid film akan 72
Bab 5. Postur
menjadi tipis ketika terjadi kontak yang tajam antara kedua permukaan sendi. Meskipun demikian, mekanisme ini cukup untuk menumpu beban yang tinggi dalam durasi yang pendek (gbr. 4.11c).
Kerusakan / kelelahan (Wear)
Kerusakan adalah terjadinya pelepasan material dari permukaan solid oleh karena adanya aksi mekanikal. Kerusakan tersebut dapat dibagi kedalam 2 komponen, yakni: 1)
Keru Kerusa saka kan n inte interf rfaci acial al yang yang terj terjad adii akib akibat at ada adany nyaa inte intera raks ksii dari dari per permu muka kaan an
tumpuan. 2)
Keru Kerusa saka kan n fati fatigu guee yang yang ter terja jadi di aki akiba batt adan adanya ya def defor orma masi si dar darii body body kon konta tak k
(permukaan sendi). Jika Jika kedua kedua permuk permukaan aan tumpuan tumpuan terjad terjadii kontak kontak maka maka kerusa kerusakan kan interf interfaci acial al dapat dapat terjadi, terjadi, oleh adanya adhesif atau abrasi abrasi (luka lecet). Kerusakan adhesif dapat terjadi jika kedua permukaan solid mengalami kontak yang lebih kuat daripada material yang terletak terletak di bawahnya. bawahnya. Kemudian Kemudian akan muncul fragmen-fr fragmen-fragmen, agmen, sebagai akibat dari kerobekan pada salah satu permukaan dan terjadi perlengketan satu sama lain. Abrasi terjadi ketika suatu material yang lunak tergores oleh salah satu permukaan yang jauh lebih lebih keras, keras, dimana dimana dapat dapat diseba disebabkan bkan oleh oleh permuk permukaan aan lawana lawananny nnyaa atau atau adanya adanya partikel-partikel yang hilang. Kerusakan permukaan cartilago dapat diobservasi pada in vitro. Jika terjadi kerusakan ultras ultrastr trukt uktura urall dan atau atau hilang hilangnya nya massa massa permuk permukaan aan,, maka maka lapisa lapisan n permuk permukaan aan cartil cartilago ago menjad menjadii lebih lebih lunak lunak dan lebih lebih permea permeabel bel.. Dalam Dalam keadaan keadaan ini, ini, tahanan tahanan terhadap gerakan cairan akan berkurang, yang memungkinkan cairan bocor keluar dari fluid film melalui permukaan cartilago sehingga terpecah di atas permukaan. Hila Hilangn ngnya ya cair cairan an akan akan meni meningk ngkat atkan kan kemu kemung ngki kina nan n kont kontak ak yang yang taja tajam m pada pada permukaan solid cartilago dan akhirnya dapat lebih memperberat terjadinya proses abrasi. Kerusakan fatigue dapat terjadi pada permukaan tumpuan yang baik lubrication-nya. Kerusa Kerusakan kan ini terjad terjadii akibat akibat adanya adanya deform deformasi asi yang yang berula berulang ng secara secara period periodik. ik. Kerusakan fatigue terjadi karena adanya akumulasi dari kerusakan material secara mikroskopik ketika terjadi stress secara berulang-kali. Meskipun besarnya stress yang 73
Bab 5. Postur
terjadi jauh labih kecil daripada kekuatan material, tetapi pada akhirnya kerusakan akan terjadi jika cukup sering mengalami stress. Pada sendi sinovial, adanya gerakan rotasi dan slide dapat menyebabkan area permukaan sendi bergerak kedalam dan keluar dari area kontak. Proses ini menyebabkan stress yang berulang pada cartilago dan dapat terjadi selama aktivitas aktivitas fisiologis fisiologis manusia. manusia. Ketika Ketika cartilago cartilago terbebani, terbebani, beban akan disanggah oleh matriks collagen/proteoglycan dan disanggah pula oleh adanya adanya tahana tahanan n (resis (resisten ten)) dari dari geraka gerakan n cairan cairan yang yang melewa melewati ti cartil cartilago. ago. Dengan Dengan demikian, beban yang berulang dan gerakan sendi dapat menyebabkan stress yang berulang pada solid matriks serta terjadi exudasi dan inhibisi yang berulang dari cairan interstitial jaringan. Stre Stress ss yang yang berul berulan ang g pada pada matr matrik ikss coll collag agen en/p /pro rote teog ogly lyca can n akan akan meny menyeba ebabk bkan an kerusakan pada : 1) Sera Serabu butt colla collage gen n 2) Jaringan Jaringan makromoleku makromolekull proteoglyc proteoglycan, an, atau 3) Interface Interface (ruang) (ruang) antara serabut-s serabut-serabut erabut dan dan matriks interfi interfibril brillar. lar. Dari sebagian besar hipotesis yang populer, salah satu hipothesis menyatakan bahwa kelelahan cartilago disebabkan oleh kerusakan akibat beban tension pada kerangka sera serabu butt coll collag agen en.. Begi Begitu tu pula pula,, sema semaki kin n bert bertam ambah bah usia usia dan adany adanyaa peny penyak akit it sebelumnya dapat menyebabkan perubahan yang berat di dalam populasi molekul prote proteogl oglyca ycan. n. Perubah Perubahan an ini merupa merupakan kan bagian bagian dari dari akumula akumulasi si kerusa kerusakan kan pada jaringan tersebut. Exudas Exudasii dan inhibi inhibisi si cairan cairan inters intersti titia tiall yang yang terjad terjadii secara secara berula berulangng-kal kalii dapat dapat menyebabkan menyebabkan pengeluaran pengeluaran molekul molekul proteoglyc proteoglycan an dari matriks matriks cartilago cartilago mendekati mendekati permukaan sendi. Dengan kata lain, gerakan cairan akan jauh dari area stress yang terkonsentrasi (area kontak). Menurut Radin and Paul (1977) bahwa fenomena ini dapat menjelaskan mengapa beban yang tinggi sangat berbahaya bagi cartilago ; beban yang terjadi dengan cepat dan tiba-tiba akan menyebabkan cairan tidak sempat untuk bergerak jauh dari area kontak stress yang tinggi, sehingga dengan demikian akan menghasilkan stress yang tinggi pada matriks collagen/proteoglycan.
74
Bab 5. Postur
Kerusakan struktural pada cartilago dapat diobservasi melalui X-foto. Bagian vertikal dari cartilago yang memperlihatkan keretakan disebut dengan fibrillasi, yang akhirnya dapat meluas melewati lapisan cartilago yang sangat dalam. Kadang-kadang, lapisan cartil cartilago ago mengal mengalami ami lebih lebih banyak banyak erosi erosi daripa daripada da retak. retak. Sekali Sekali terjad terjadii kerusa kerusakan kan mikrostruktur pada cartilago, maka mekanisme kerusakan yang bersifat mekanikal akan terjadi secara progresif ; terjadi pengeluaran molekul proteoglycan oleh gerakan cairan yang keras dan kemampuan self lubrikasi dari cartilago mengalami kerusakan. Proses ini mempercepat kerusakan interfasial dan terjadi kelelahan cartilago yang telah merusak matriks collagen/proteoglycan. Biomekanik Degenerasi Cartilago
Cartilago sendi mempunyai kapasitas yang terbatas untuk perbaikan dan regenerasi. Jika stress yang besar terjadi pada cartilago maka kerusakan total dapat terjadi dengan sangat cepat. cepat. Suatu Suatu hipote hipotesis sis menyat menyataka akan n bahwa bahwa peningka peningkatan tan kerusa kerusakan kan secara secara progre progresif sif berkaitan dengan : 1. Besarn Besarnya ya stress stress yang yang dial dialami ami 2. Jumlah Jumlah stre stress ss ting tinggi gi yang yang dial dialami ami 3. Mole Moleku kull-mo mole leku kull
intr intrin insi sik k
dan dan
stru strukt ktur ur mikr mikros osko kopi pik k
dari dari matr matrik ikss
coll collag agen en//
proteoglycan. Besarnya stress yang dialami oleh cartilago ditentukan oleh beban total yang terjadi pada sendi sendi dan bagaim bagaimana ana beban beban terseb tersebut ut didist didistri ribusi busikan kan di atas atas area area kontak kontak (besar (besarnya nya kons konsen entr tras asii stre stress ss terj terjad adii pada pada area area konta kontak) k).. Ada Ada seju sejuml mlah ah kond kondis isii yang yang banya banyak k menyeb menyebabka abkan n konsent konsentras rasii stress stress berleb berlebiha ihan n dan menyeb menyebabka abkan n kerusa kerusakan kan cartil cartilago. ago. Sebagi Sebagian an besar besar diseba disebabkan bkan oleh oleh bebera beberapa pa jenis jenis sendi sendi yang yang tidak tidak kongrue kongruen n sehing sehingga ga menghasilkan secara abnormal area kontak yang kecil. Sebagai contoh, osteoarthrosis yang yang diseba disebabkan bkan oleh oleh congeni congenital tal acetabu acetabular lar displa displasia sia,, capita capitall femur femur epifis epifisis is yang yang tergelincir keluar, atau fraktur intraartikular (Murray, 1965). Meniscectomy pada knee dapat mengeliminir fungsi penyebaran beban dari meniscus (Lutfi, 1975 ; Shrive et al., 1978), sementara ruftur ligamen dapat menghasilkan gerakan relatif yang berlebihan pada kedua ujung tulang (Jacobsen, 1977) sehingga menghasilkan
75
Bab 5. Postur
peningkatan beban total dan peningkatan konsentrasi stress akibat articulatio sendi yang abnormal. Secara Secara makros makroskopi kopik, k, konsent konsentras rasii stress stress mempun mempunyai yai efek efek yang yang lebih lebih besar. besar. Tekanan Tekanan kontak yang tinggi diantara kedua permukaan dapat menurunkan mekanisme fluid film lubrication. Selanjutnya, kontak yang terjadi pada permukaan solid yang tajam dapat menyebabkan konsentrasi stress yang secara mikroskopik menghasilkan abrasi material dari kedua permukaan cartilago. Beberapa orang dengan pekerjaan atau hobby tertentu mempunyai insiden degenerasi yang tinggi, karena pekerjaan atau hobby-nya berkaitan dengan frekuensi pembebanan yang tinggi pada sendi dan besarnya beban total yang terjadi pada sendi. Sebagai contoh, sendi knee pada pemain sepakbola, sendi ankle pada pemain dancing ballet, dan lain-lain. Osteoar Osteoarthr throsi osiss juga juga dapat dapat terjad terjadii secara secara sekund sekunder er akibat akibat kelain kelainan an molekul molekul-mol -molekul ekul intrinsik intrinsik dan struktur struktur mikroskopi mikroskopik k dari matriks matriks collagen/pr collagen/proteogl oteoglycan. ycan. Berbagai Berbagai contoh dari fenomena ini adalah degenerasi sekunder pada RA, hemorrhages didalam ruang sendi pada kondisi hemophilia (Lee et al., 1974), gangguan metabolik collagen yang berag beragam, am, dan kemungk kemungkina inan n juga juga degrada degradasi si carti cartilag lago o (penur (penurunan unan fungsi fungsi)) oleh oleh enzym enzym proteolytic (Ali and Evans, 1973). Adanya kelemahan struktural pada cartilago akan mudah mengalami kerusakan oleh beban stress yang normal dan frekuensi beban yang rendah. C. BIOMEK BIOMEKANI ANIK K JARINGAN JARINGAN COLLA COLLAGEN GEN
Jaringan collagen yang mengelilingi sistem skeletal adalah ligaman (termasuk kapsul sendi), tendon dan kulit . Struktur-struktur ini bersifat pasif, karena tidak dapat menghasilka menghasilkan n gerakan gerakan aktif. aktif. Jaringan Jaringan collagen tersusun tersusun secara primer primer dari tiga jenis serabut, yaitu serabut collagen, serabut elastis dan serabut reticulin. Serabut collagen mempuny mempunyai ai perana peranan n yaitu yaitu member memberikan ikan kekuat kekuatan an dan kekakua kekakuan n terhada terhadap p jaring jaringan. an. Serabut elastis berperan memberikan extensibilitas dibawah pengaruh beban, dan serabut reticulin berperan memberikan bentuk yang besar didalam jaringan. Selain itu, komponen jaringan collagen adalah subtansi dasar yakni unsur gelatinosa yang dapat mengurangi friction diantara serabut.
76
Bab 5. Postur
Selama Selama aktifi aktifitas tas,, ligam ligamen en dan tendon tendon utaman utamanya ya mengal mengalami ami beban beban tensio tension. n. Geraka Gerakan n sendi sendi mengha menghasil silkan kan beban beban tensil tensilee pada ligam ligamen, en, sedangk sedangkan an kontrak kontraksi si otot otot menghasilkan beban yang sama pada tendon. Kulit mengalami beban dalam bentuk yang lebih kompleks, yaitu menahan beban tensile, kompressi dan shear. Sifat – Sifat Mekanikal Dari Jaringan Collagen
Sifat-sifat jaringan collagen yang terbebani, dipengaruhi oleh tiga faktor utama yaitu : 1.
Orient entasi structural dari sera erabutut-serabut but
Orientasi Orientasi structural structural dari ketiga jaringan jaringan collagen collagen adalah berbeda-beda berbeda-beda dan sesuai dengan fungsi setiap jaringan (gbr. 4.12). Serabut Serabut tendon mempunyai struktur struktur serabut serabut yang hampir paralel paralel alignment, alignment, yang membuat tendon sangat cocok untuk menahan beban tensile yang tinggi. Serabut ligament termasuk kapsul sendi mempunyai struktur serabut yang kurang konsisten (kurang (kurang paralel) paralel) dimana bervariasi bervariasi pada setiap setiap ligament, ligament, bergantung pada fungsi fungsi ligament tersebut (Kennedy et al, 1976). Sebagian besar serabut-serabut ligament hampir mendekati paralel, tetapi beberapa ligament mempunyai struktur yang tidak paralel. Kulit mempunyai struktur serabut yang saling bertautan. Susunan struktur ini memberikan sifat extensibilitas dalam segala arah. 2.
Sifat se serabut co collagen da dan se serabut el elastis
Kompon Komponen-k en-komp omponen onen utama utama dari dari jaring jaringan an collag collagen en adalah adalah serabu serabutt collag collagen en dan serabut elastis, dimana kedua serabut tersebut terdapat sekitar 90 % didalam jaringan collagen. collagen. Kedua jenis serabut serabut tersebut tersebut mempunyai mempunyai sifat yang berbeda-beda berbeda-beda dibawah dibawah pengaruh beban karena serabut collagen tersusun dari unsur ductile – like (seperti pipa) dan serabut elastis tersusun dari unsur brittle – like (seperti sapu) (Grood, 1978 ). Sifat dari kedua jenis serabut tersebut telah ditunjukkan pada beberapa tes tensile. Selama tes tensile, serabut collagen (pada tendon) sedikit memanjang pada saat mulai terjadi pembebanan, tetapi dengan cepat menjadi kaku pada saat beban meningkat sampai titik akhir tercapai (gbr. 4.13a). Kemudian terjadi deformasi sampai akhirnya terj terjad adii keru kerusa saka kan n yang yang berj berjar arak ak dari dari 6 – 8 %. Sera Serabu butt elas elasti tiss (pad (padaa otot otot)) memperlihatkan pemanjangan yang besar (dua kali lebih panjang dari panjang awal)
77
Bab 5. Postur
ketika ketika terjad terjadii beban beban yang yang rendah. rendah. Pada Pada saat saat beban beban mening meningkat kat,, tiba-t tiba-tiba iba serabut serabut menjadi kaku dan ruftur secara tiba-tiba tanpa adanya deformasi (gbr. 4.13b). Serabut collagen relatif kuat dan dapat mentolerir sekitar setengah dari stress yang ditolerir oleh tulang kortikal pada beban tension. Serabut elastis relatif lemah, hanya dapat mentolelir sekitar 1/10 dari stress yang ditolerir oleh tulang kortikal pada beban tension. 3.
Prop Propor orsi si ant antara ara ser serabut abut col collagen agen dan dan ser serabut abut elas elasttis
Proporsionya didalam jaringan collagen adalah bervariasi sesuai dengan fungsi setiap jaringan didalam melakukan dan mempengaruhi sifat mekanikal jaringan tersebut. Fungsi utama tendon adalah untuk mentransmisi gaya-gaya otot ke tulang atau fascia. Jaringan Jaringan ini memiliki hampir seluruh seluruh serabut serabut collagen, collagen, sehingga sehingga sifatnya sifatnya hampir identik dengan berkas serabut collagen dibawah pengaruh beban tensile. Fungsi Fungsi utama utama ligam ligamen en termas termasuk uk kapsul kapsul sendi sendi adalah adalah untuk untuk mensta menstabil bilisa isasi si sendi sendi selama gerakan dan untuk mencegah gerakan yang berlebihan. Seperti pada tendon, sebagian sebagian besar ligamen ligamen pada tubuh manusia manusia dominan dominan mengandung mengandung serabut collagen. Tetapi 2 ligamen pada spine yakni ligamen nuchae dan ligamen flavum tersusun dari 2
/3 serabut elastis dan menunjukkan hampir secara sempurna sifat elastisnya (Fielding
et al., 1970 ; Nachemson dan Evans, 1968). Kedua ligamen ini mempunyai fungsi khusus yaitu untuk melindungi akar saraf-saraf dari gangguan mekanikal, sebagai prestress pada diskus dan untuk memberikan stabilitas intrinsik pada spine. Suat Suatu u eksp eksper erim imen en yang yang dila dilakuk kukan an terh terhada adap p liga ligame men n cruc crucia iatu tum m ante anteri rior or yang yang mempunyai persentase serabut collagen yang tinggi (90%) dan ligamen flavum yang mempunyai persentase serabut elastis yang tinggi (60-70%). Kedua ligamen tersebut dites dites dengan dengan beban beban tensio tension n sampai sampai terjad terjadii kerusa kerusakan kan.. Pada Pada kurva kurva load-el load-elonga ongasi si menunjukkan perbedaan dari hasil tes kedua ligamen tersebut. LIGAMENT
Ada faktor-fak faktor-faktor tor utama yang menentukan kekuatan ligamen ligamen dibawah dibawah pengaruh pengaruh beban : ukuran dan bentuk ligamen serta kecepatan beban. beban. Area Cross Sectional dari suatu ligamen dapat mempengaruhi kekuatannya. Jumlah serabutnya yang banyak, lebih
78
Bab 5. Postur
lebar dan lebih tebal serabutnya merupakan ligamen yang kuat. Seperti pada tulang, ligame ligamen n akan akan mening meningkat katkan kan kekuata kekuatan n dan kekakua kekakuanny nnyaa pada pada saat saat kecepa kecepatan tan beban beban meningkat. Kennedy et al. (1976) menemukan bahwa hampir 50% terjadi peningkatan beban sampai terjadi kerusakan ketika kecepatan beban meningkat 4x lipat selama tes tensile pada ligamen – ligament knee joint. Hubungan ligamen dan tulang yang kompleks
Menurut Cooper & Misol (1970) yang memeriksa insersio ligamen pada knee anjing dengan cahaya dan mikroskop electron, bahwa ada 4 zone di dalam insersio tersebut berdasarkan berdasarkan basis histologiknya. histologiknya. Ujung ligamen ligamen merupakan merupakan zona 1, serabut serabut collagen collagen yang yang sali saling ng bert bertau auta tan n denga dengan n fibr fibroc ocar arti tila lage ge meru merupa paka kan n zona zona 2. Seca Secara ra bert bertah ahap ap fibrok fibrokart artil ilago ago terseb tersebut ut menjad menjadii minera minerall fibrok fibrokart artila ilago go (zona (zona 3). Kemudi Kemudian an minera minerall fibrok fibrokart artil ilago ago bersat bersatu u dengan dengan tulang tulang korti kortikal kal (zona (zona 4). Efek Efek konsent konsentras rasii stress stress pada pada insersio ligamen dapat dikurangi oleh adanya tiga unsur yang lebih kaku pada hubungan tulang-ligamen (zona 1, 2 & 3). Perpindahan sendi selama berusakan ligamen
Ketika ligamen mengalami pembebanan, terjadi mikrofailure (kerusakan kecil) sebelum titik titik akhir tercapai. tercapai. Ketika Ketika melampaui melampaui titik titik akhir tersebut, tersebut, ligamen ligamen mulai mengalami kerusakan yang berat dan secara simultan sendi mulai bergeser secara abnormal. Karena kerusa kerusakan kan ligam ligamen en dapat dapat menyeb menyebabka abkan n perpin perpindah dahan an yang yang besar besar pada sendi, sendi, maka maka kerusakan dapat juga terjadi pada struktur-struktur disekelilinginya seperti kapsul sendi dan ligamen-ligamen lainnya. Noyes (1977) mengaplikasikan tes klinis yaitu anterior drawer test, pada knee cadaver sampai pada titik kerusakan ligament cruciatum anterior. Pada beban maksimum, sendi telah berpindah beberapa millimeter. Ligamen tersebut masih dalam kontinuitasnya meskipun telah mengalami makrofailure dan mikrofailure yang luas serta elongasi (pemanjangan) yang be rlebihan. Hasil dari tes in vitro ini dapat dihubungkan dengan penemuan klinis. Gambar 4.14 menunj menunjukk ukkan an kurva kurva study study experi experimen mental tal yang yang terbag terbagii dalam dalam 3 regio. regio. Regio Regio pertam pertamaa berkaitan dengan banyaknya beban yang terjadi pada ligamen selama tes klinis stabilitas sendi. Regio kedua berkaitan dengan banyaknya beban yang terjadi pada ligamen selama
79
Bab 5. Postur
aktivitas fisiologis. Regio ketiga berkaitan dengan banyaknya beban yang terjadi pada ligamen mulai dari terjadinya mikrofailure sampai rufter secara sempurna. Injury ligamen terbagi kedalam 3 kategori, bergantung pada kerasnya injury tersebut. Injury kategori I , menghasilkan gejala – gejala klinis yang ringan, yaitu rasa nyeri tetapi tidak terjadi instabilitas sendi yang dapat dideteksi secara klinis. Meskipun demikian, mungkin terjadi mikrofraktur pada serabut collagen. Injury kategori 2, 2, menghasilkan nyeri hebat dan adanya instabilitas sendi yang dapat dideteksi secara klinis. Kerusakan yang progresif sudah terjadi pada serabut collagen sehingga menghasilkan ruftur parsial pada ligamen. Kekuatan dan kekakuan ligamen mungkin berkurang menjadi 50 % atau lebih. Seringkali terjadi instabilitas sendi pada ruftur parsial ligamen tetapi ditutupi oleh aktivitas otot, sehingga biasanya tes klinis untuk stabilitas sendi dilakukan dibawah anastesi. Injury kategori 3, 3, menghasilkan nyeri hebat selama proses trauma dan setelah injury nyeri sedikit berkurang. Secara klinis sendi mengalami instabil yang sempurna. Sebagian bes besar ar sera serabu butt coll collag agen ennya nya ruft ruftur ur teta tetapi pi masi masih h ada ada sedi sediki kitt yang yang utuh utuh,, sehi sehing ngga ga keli keliha hata tann nnya ya liga ligame men n masi masih h dala dalam m kont kontin inui uita tasn snya ya mesk meskip ipun un suda sudah h tida tidak k mamp mampu u menyanggah beberapa beban. Beban yang terjadi pada sendi yang instabil karena ruftur atau ruftur kapsul sendi akan menghasilkan stress yang tinggi pada cartilago sendi secara abnormal. Adanya beban yang abnormal pada cartilago sendi sangat berkaitan dengan terjadinya osteoarthritis. TENDON
Fung Fungsi si tend tendon on adal adalah ah untu untuk k mele meleka katk tkan an otot otot ke tula tulang ng atau atau fasc fascia ia,, dan dan untu untuk k mentransmisikan beban tensile dari otot ke tulang atau dari otot ke fascia sehingga menghasilkan gerakan sendi. Ada 2 jenis susunan tendon yang dapat diidentifikasi yaitu : 1) Tendon dengan sarungnya sarungnya (pembungkusn (pembungkusnya), ya), dan 2) Tendon Tendon tanpa tanpa sarungny sarungnyaa (pembung (pembungkus kusnya nya). ). Pada lokasi-lokasi tertentu dimana tendon mengalami gaya friksi yang tinggi (seperti tendon pada bagian dorsal dan palmar jari-jari tangan serta pada level wrist joint), maka
80
Bab 5. Postur
tendon tersebut memiliki sarung (gbr. 4.15). Sarung tersebut tersusun dari lapisan lapisan fibrous yang berhubungan dengan lapisan sinovial parietal (Greenlee and Ross, 1967). Cairan sinovial yang dihasilkan oleh sel-sel sinovial dapat mempermudah terjadinya slide pada tendon tersebut. Sedangkan pada lokasi-lokasi tertentu dimana tendon hanya mengalami gaya friksi yang rendah, maka tendon tersebut tidak memiliki sarung tetapi dikelilingi oleh peritenon yang merupakan jaringan connective yang longgar. Hubungan Otot – Tendon – Tulang Yang Kompleks
Sifat tendon dibawah pengaruh beban hampir identik dengan sifat ligamen. Ada 2 faktor yang yang menent menentukan ukan kekuat kekuatan an tendon tendon yaitu yaitu ukuran ukuran dan bentuk bentuk tendon tendon,, serta serta kecepat kecepatan an pembebanan. Seperti halnya ligamen, tendon tidak dapat dianggap sebagai isolasi, tetapi harus dipertimbangkan sebagai suatu mata-rantai didalam sistem otot – tendon – tulang. Struktur insersio tendon sama dengan struktur insersio ligamen yakni mempunyai 4 zone. Ada 2 faktor utama yang mempengaruhi besarnya stress pada tendon selama aktivitas : 1) Banyaknya Banyaknya kontraksi kontraksi otot otot dimana dimana tendon tendon tersebut tersebut melekat melekat.. Jumlah stress pada tendon dapat meningkat pada saat otot berkontraksi. Ketika otot secara maksimal berkontraksi maka tendon akan mengalami stress tensile yang tinggi. Stress tensile dapat meningkat lebih jauh jika otot memanjang dengan cepat. Sebagai contoh, dorsifleksi ankle yang cepat tanpa memberikan refleks rileksasi pada otot gastro gastrocnem cnemius ius dan soleus soleus akan mengha menghasil silkan kan peningka peningkatan tan tensio tension n pada tendon tendon Achilles. Jika beban tension tersebut melampaui titik akhir elongasi tendon maka tendon Achilles akan mengalami ruftur. 2) Ukuran tendon yang berkaitan berkaitan dengan ukuran otot. Besarnya kontraksi otot bergantung pada area cross-sectional otot tersebut. Area yang besar pada otot akan menghasilkan gaya kontraksi otot yang tinggi, sehingga beban tensile tensile yang ditransmi ditransmisikan sikan melalui tendon juga akan besar. Begitu pula, area crosssectional tendon yang besar dapat menerima beban tension yang besar. Dari beberapa pengukuran pengukuran menunjukkan menunjukkan bahwa kekuatan tendon menerima beban tension tension 2 x lebih besar daripada kekuatan otot. Hal ini didukung oleh fakta bahwa ruftur pada otot lebih sering terjadi daripada ruftur tendon. Otot yang besar biasanya mempunyai tendon yang besar pula (area cross-sectional yang besar), seperti otot quadriceps dengan 81
Bab 5. Postur
tendon patellanya, dan otot triceps surae dengan tendon achillesnya. Tetapi ada juga beberapa otot kecil yang mempunyai tendon besar, seperti pada otot plantaris yang merupakan otot kecil dengan tendon yang besar.
BAB V POSTUR
Postur adalah sikap tubuh, baik dengan support selama otot tidak bekerja (non-aktif) maupun dengan koordinasi koordinasi kerja beberapa beberapa otot untuk mempertahan mempertahankan kan stabilita stabilitas. s. Secara Secara esensial, postur merupakan suatu unsur atau pola alignment tubuh yang dapat beradaptasi dengan gerakan. Postur dapat dipengaruhi oleh kesehatan secara general (kondisi umum), struktur tubuh, sex (jenis kelamin), kekuatan dan daya tahan, kesadaran visual dan kinestetik, kebiasaan individu, dan tuntutan dari tempat kerja, tradisi-tradisi sosial serta kultural. Pada dasarnya, postur terbagi atas 2 bagian : 1.
Post Postur ur Inakt Inaktif if,, adal adalah ah post postur ur diman dimanaa otot otot tidak tidak beke bekerj rjaa akti aktiff ; post postur ur ini
digunakan untuk latihan general rileksasi dengan memberikan kebebasan gerak terhadap alat-alat respirasi dan kerja minimal dari otot jantung. 2.
Post Postur ur Aktif Aktif,, adal adalah ah postu posturr yang membu membutu tuhk hkan an aksi inte integr gral al dari dari bebe bebera rapa pa
otot. Postur ini terdiri atas 2 bagian, yaitu : a.
Post Postur ur stat statik ik,, ada adala lah h pos postu turr yan yang g men mengh ghas asil ilka kan n int inter erak aksi si bebe bebera rapa pa otot otot
secara statik. b. b.
Post Postur ur din dinam amik ik,, adal adalah pos posttur yan yang g meng mengha hassilkan lkan int inter erak aksi si beb beber erap apaa
otot yang bekerja secara dinamis untuk menghasilkan gerakan yang efisien. Didalam gerakan gerakan diperl diperluka ukan n stabil stabilita itass sendi sendi dan membent membentuk uk suatu suatu backgro background und gerakan gerakan,, sedangkan kerja otot akan membentuk postural background yang berperan ganda.
A.
MEKANISME POSTURAL
82
Bab 5. Postur
1. Otot
Intensitas dan distribusi kerja otot sangat bervariasi didalam berbagai pola postur dan karakteristik fisik setiap orang. Kelompok otot yang paling sering bekerja adalah ototo tototot otot yang yang mempuny mempunyai ai peran peran memper mempertah tahanka ankan n postur postur tetap tetap tegak, tegak, yang yang bekerja bekerja menetralisir efek-efek gravitasi. Kelompok otot ini sering disebut dengan antigravity muscle, muscle, yang berperan mempertahankan sendi-sendi tetap lurus. Otot ini mempunyai ciri ciri khas tersen tersendir dirii yaitu yaitu strukt strukturn urnya ya berbent berbentuk uk multimulti-pen pennat natee dan fan-sh fan-shaped aped,, serabut-serabutnya dominan berwarna merah sehingga mampu berkontraksi secara terus menerus tanpa lelah. 2. Kontr ontrol ol Sara Saraf f
Postur dapat dipertahankan atau disesuaikan, sebagai hasil dari koordinasi komponenkompon komponen en mekani mekanisme sme reflek reflekss yang yang sangat sangat komple kompleks, ks, yang yang biasa biasa dikena dikenall dengan dengan “Refleks Postural” yang melibatkan sistem saraf pusat. Refleks Refleks Postural Postural adalah suatu respon efferent efferent terhadap terhadap stimulus stimulus afferent. afferent. Respon efferent adalah saraf motorik dan antigravity muscle sebagai efektor utama. Stimulus affere afferent nt berasa berasall dari dari recept receptoror-rec recept eptor or yang yang paling paling pentin penting g yaitu yaitu : otot otot (muscl (musclee spindle), sendi, mata, telinga, dan juga melibatkan receptor kulit khususnya kulit di telapak telapak kaki. kaki. Sistem Sistem saraf saraf pusat pusat yang yang mengont mengontrol rol reflek reflekss postur postural al adalah adalah cortex cortex cerebri, cerebellum, red nucleus dan nucleus vestibular. a. Otot Otot (mus (muscl clee spin spindl dle) e) Neurom Neuromusc uscula ularr dan neurote neurotendi ndinou nouss spindl spindlee didala didalam m otot otot berfun berfungsi gsi mencat mencatat at per perub ubah ahan an
tens tensio ion. n.
Peni Pening ngka kata tan n
tens tensio ion n
meny menyeb ebab abka kan n
stim stimul ulas asii
dan dan
menghasilkan menghasilkan suatu refleks refleks kontraksi kontraksi dari otot, yang merupakan merupakan manifestas manifestasii dari myotatik atau stretch refleks. b. Mata Sensasi visual mencatat adanya perubahan dalam posisi tubuh yang berkaitan dengan lingkungan sekitarnya, dan mata membentuk salah satu receptor untuk reflek reflekss righti righting ng dimana dimana mampu mampu mengem mengembal balika ikan n posisi posisi kepala kepala dan tubuhn tubuhnya ya sendiri kedalam posisi tegak dari sikapnya yang terbiasa jelek. c. Telinga 83
Bab 5. Postur
Stimulasi dari berbagai receptor yang dipersarafi oleh saraf vestibular berasal dari pergerakan cairan yang terdapat didalam canal-canal semicircular pada telinga bagian dalam. Setiap canal terletak didalam bidang yang berbeda-beda, dimana mencatat adanya : Pergerakan kepala yang menganggu atau menggerakkan cairan didalam canal. Pengetahuan gerakan dan arah gerakan kepala.
d. Rece Recept ptor or Send Sendii Dalam posisi penumpuan penumpuan berat badan, penumpuan penumpuan beban disekitar tulang-tulang tulang-tulang akan merangsang receptor-receptor didalam struktur persendian dan menimbulkan reaksi refleks untuk mempertahankan posisi tersebut. e. Sens ensasi asi Kul Kulit Sensasi kulit juga ikut berperan, khususnya kulit di telapak kaki ketika tubuh dalam posisi berdiri. Impuls-impuls dari seluruh receptor di atas akan dikirim dan dikoordinasikan didalam Sistem Saraf Pusat yang melibatkan corteks cerebri, cerebellum, red nucleus dan vestibular nucleus. nucleus.
B.
POSTUR YANG NORMAL
1. Postu Posturr dan dan Siklu Sikluss Kehi Kehidup dupan an
Perbedaan karakteristik antara manusia dan binatang adalah manusia dapat berdiri tega tegak k yang yang jauh jauh lebi lebih h efek efekti tiff darip daripad adaa bina binata tang ng,, dan dan kedua kedua tang tangann annya ya beba bebass melakukan tugas-tugasnya dalam aktivitas kegiatan sehari-hari. Pada bayi yang baru belajar berdiri, kemampuannya mempertahankan posisi dalam waktu yang lama adalah terbatas karena reaksi posturalnya belum sempurna sehingga masih membutuhkan perkembangan struktur tubuh yang lebih kompleks. Selama siklus kehidupan, perubahan proporsi tubuh selalu disertai dengan perubahan kurva spine (gbr. 5.1). Pada bayi yang baru lahir, lahir, trunkus trunkus vertebranya vertebranya berbentuk berbentuk CCcurve (konveks kearah posterior) dimana vertebra dalam keadaan fleksi. Pada saat bayi sudah dapat mengontrol mengontrol kepalanya maka vertebra vertebra cervical cervical akan berkembang 84
Bab 5. Postur
membentuk kurva konveks kearah anterior (lordosis). Kemudian, jika anak sudah dapat duduk dan mulai berdiri maka terjadi perkembangan pada vertebra lumbal dimana dimana vertebral vertebral lumbal akan membentuk kurva konveks kearah anterior (lordosis), (lordosis), dan dan sete setela lah h anak anak suda sudah h bisa bisa berd berdir iri, i, berja berjala lan n atau atau berl berlar arii maka maka bent bentuk uk kurv kurvaa vertebranya sampai dewasa adalah :
Vertebra cervical konveks kearah anterior (lordosis)
Vertebra Thoracal konveks kearah posterior (kiphosis)
85
Bab 5. Postur
Vertebral Lumbal konveks kearah anterior (lordosis)
Vertebra Sacrum konveks kearah posterior (kiphosis)
Memasuki usia tua (manula), maka bentuk kurva dari trunkus vertebra lambat laun akan kembali ke bentuk C-curve bentuk C-curve.. 2. Posis osisii Da Dasar sar
Ada 3 posisi dasar (berdiri, duduk dan berbaring) yang dapat dimodifikasi, karena adanya : Penyesuaian kepala dan anggota gerak, hubungannya dengan trunkus Penyesuaian trunkus, hubungannya dengan kepala atau anggota gerak. Penciptaan posisi yang baik, yang disesuaikan dengan gerakan vertebra. Dalam Dalam kehidu kehidupan pan sehari sehari-ha -hari, ri, umumny umumnyaa orang orang mengam mengambil bil sikap sikap yang yang asimet asimetris ris karena terjadi pemindahan berat tubuh didalam melakukan aktivitasnya. Pemindahan berat tubuh sangat membantu mencegah kelelahan dan memberikan pemeliharaan sirkulasi yang adequat khususnya didalam otot-otot postural tungkai pada saat berdiri. Adanya Adanya pergantian pergantian support (sanggahan) (sanggahan) dari satu tungkai ke tungkai yang lain maka secara periodik otot-otot menjadi tidak terbebani dan rileks. Bagi orang yang tidak dapat dapat memind memindahk ahkan an posturn posturnya ya atau atau berat berat tubuhny tubuhnyaa maka maka orang orang terseb tersebut ut sering sering mengal mengalami ami ischem ischemia ia pada pada jaring jaringanan-jar jaring ingan an terten tertentu tu khusus khususnya nya yang yang mendap mendapat at tekanan secara terus menerus, misalnya pasien paraplegia yang harus dilatih oleh fisioterapis untuk mengubah posturnya secara teratur. a.
Posisi Berdiri
Dalam posisi berdiri, secara ideal adalah garis gaya gravitasi harus terpusat di atas dasar tumpuannya sehingga keseimbangannya hanya dipertahankan oleh usaha otot otot yang yang mini minima mal. l. Seda Sedangk ngkan an pusat pusat gravi gravita tasi si tubu tubuh h tepa tepatt berada berada di depan depan Vertebra S2. S2. Titik pusat ini ditemukan pada jarak sekitar 55 – 57 % dari total panjang tubuh di atas tanah. Dalam posisi berdiri, keseimbangan tubuh bergantung pada meratanya distribusi berat tubuh ke masing-masing kaki dan diantara kedua kaki. Postur tegak yang normal dan ideal adalah jika ditarik garis vertikal dari sisi lateral melalui pusat gravitasi tubuh maka garis tersebut akan berjalan di : 51
Bab 5. Postur
◙
Melalui processus mastoideus
◙
Tepat di depan shoulder joint
◙
Melalui hip joint atau tepat di belakangnya
◙
Tepat di depan pusat knee joint
◙ Sekita Sekitarr 5 cm di depa depan n ankle ankle join jointt (gbr. (gbr. 5.2) Ketika garis tersebut ditarik dari sisi anterior atau posterior melalui pusat gravitas maka garis tersebut akan membagi dua tubuh yang sama besarnya dengan berat tubuh yang didistribusikan secara merata pada kedua kaki. Dist Distri ribu busi si tekan tekanan an pada pada tela telapa pak k kaki kaki adal adalah ah berv bervar aria iasi si,, berg bergan antu tung ng pada pada penggunaan sepatu atau tidak. Beberapa penelitian baru-baru ini menunjukkan batasan angka pada orang normal ketika kaki tak bersepatu. Sekitar 45 – 65 % berat tubuh diterima oleh kedua tumit , sedangkan kaki bagian depan menerima berat tubuh sekitar 30 – 47 % dan hanya 1 – 8 % diterima oleh kaki bagian tengah. tengah. Angka persentasi ini dapat berubah secara menyolok ketika terjadi injury atau penyakit, stress mekanik dalam waktu yang lama, atau memakai sepatu yang bertumit tinggi. Post Postur ur
tubuh ubuh
yang ang
seim seimba bang ng
dapa dapatt
menu menuru runk nkan an
ker kerja
otot otot-o -ottot
yang ang
mempertahankan tubuh tetap tegak. Melalui EMG, dapat dilihat aktivitas otot yang bekerja mempertahankan tubuh tetap tegak yaitu :
Otot-otot intrinsik kaki dalam keadaan relaks sehingga sanggahan diberikan oleh ligamen-ligamen kaki
Secara Secara kontiny kontinyu, u, otot otot soleus soleus selalu selalu aktif aktif karena karena gaya gaya gravit gravitasi asi cenderu cenderung ng untuk menarik tubuh kearah depan, sedangkan otot gastrocnemius dan tibialis posterior bekerja kurang aktif.
Otot quadriceps dan hamstring bekerja kurang aktif.
Secara konstan otot iliopsoas tetap bekerja aktif.
Otot gluteus medius dan tensor fascia latae bekerja aktif untuk menetralisir ayunan postur ke lateral.
52
Bab 5. Postur
Otot erector spine bekerja aktif untuk menetralisir kecenderungan gravitasi yang menarik trunk kearah depan.
Otot abdominal tetap relaks meskipun serabut bagian bawah dari otot obliqus internal bekerja aktif untuk melindungi canalis inguinal.
Otot upper trapezius, serratus anterior dan deltoideus pars posterior bekerja aktif aktif untuk untuk memper mempertah tahanka ankan n strukt strukturur-str strukt uktur ur yang yang berada berada pada pada should shoulder er girdle dan upper limb, sedangkan otot supraspinatus dan adanya tension dari kapsul sendi bagian superior dapat mencegah dislokasi caput humeri kearah bawah terhadap cavitas glenoidalis.
Posisi Posisi berdir berdirii tegak tegak juga juga dipert dipertaha ahankan nkan oleh oleh pergan pergantia tian n aksi aksi dari dari group group otot otot antagonist antagonist yang mencegah mencegah terjadiny terjadinyaa overbalance. overbalance. Keadaan Keadaan ini menghasilkan menghasilkan suat suatu u ayuna ayunan n yang yang keci kecill dan dan kont kontin inyu yu dari dari tubuh tubuh ters tersebu ebut, t, wala walaup upun un teta tetap p mempertahankan garis gaya gravitasi jatuh di atas area tumpuan diantara kedua kaki. Besarnya ayunan disekitar pusat dasar tumpuan adalah cenderung bertambah besar pada usia yang sangat tua dan usia sangat muda. (gbr. 5.3) Adanya ayunan postur yang terjadi secara konstan konstan selama selama berdiri, berdiri, menyebabkan menyebabkan beber beberapa apa muscle muscle spindl spindlee tertar tertarik ik ke atas atas secara secara beratu beraturan ran sehing sehingga ga terjad terjadii perga perganti ntian an aktivi aktivitas tas dan inakti inaktivit vitas as dari dari berbaga berbagaii motor motor unit. unit. Hal ini dapat dapat membantu mencegah kelelahan serta membantu kembalinya aliran darah vena. b.
Posisi Du Duduk
Duduk merupakan salah satu posisi yang paling sering digunakan dalam aktivitas kegi kegiat atan an sehar seharii-ha hari ri.. Dala Dalam m posi posisi si duduk duduk,, hal hal yang yang esen esensi sial al adal adalah ah posi posisi si alignm alignment ent vertik vertikal al dari dari kepala kepala ke trunk trunk harus harus dipert dipertaha ahankan nkan,, kecual kecualii dalam dalam keadaan istirahat dengan punggung dan kepala tersanggah pada kursi yang enak. Stabi Stabilit litas as duduk duduk bergan bergantun tung g pada posisi posisi yang diambi diambill serta serta bentuk bentuk dan luas luas permukaan sanggahan. Dibandingkan dengan posisi berdiri, posisi duduk lebih stabil dan umumnya memberikan relaksasi pada otot-otot tungkai. Posisi duduk dapat dilakukan di atas lantai, bed atau di atas kursi/stool. Posisi duduk di atas lantai akan menghasilkan postur tubuh yang bervariasi, bergantung pada posisi yang diambil oleh kedua tungkai. Sedangkan posisi duduk di atas 53
Bab 5. Postur
kursi/sto kursi/stool ol cenderung cenderung untuk menghasilkan menghasilkan postur tubuh yang tegak, walaupun walaupun sangat dipengaruhi oleh bentuk kursi/stool dan posisi yang diambil.
54
Bab 5. Postur
c.
Posi Posisi si Tidu Tidurr (Berb Berbar ariing) ng)
Posisi tidur merupakan posisi yang menyenangkan dan enak serta memberikan relaksasi yang sempurna. Posisi ini merupakan postur normal bagi bayi selama bulan-bulan awal setelah post natal. Posisi Posisi tidur tidur merupa merupakan kan posisi posisi yang yang paling paling mudah mudah didala didalam m memper mempertah tahanka ankan n keseimbangan keseimbangan tubuh karena pusat gravitasi tubuh menjadi menjadi rendah terhadap dasar tumpua tumpuan n dan gaya gaya gravit gravitasi asi dapat dapat dinetr dinetrali alisir sir oleh oleh mekani mekanisme sme secara secara pasif, pasif, sehingga sehingga hanya sedikit aktivitas otot yang dibutuhkan untuk mempertahanka mempertahankan n tubuh. tubuh. Dalam Dalam posisi posisi ini, ini, permuk permukaan aan sangga sanggahan han harus harus kuat kuat dan comfor comfortab table le sehingga sehingga pembengkokan pembengkokan tubuh dapat dicegah serta relaksasi relaksasi maksimum maksimum dapat diperoleh.
C. GOO GOOD D POSTUR POSTUR DAN POOR POOR POST POSTUR UR 1.
Good Postur
Good Good Postur Postur adalah adalah suatu suatu keadaa keadaan n seimba seimbang ng antara antara sistem sistem muscul muscular ar dan sistem sistem skeletal yang melindungi struktur penyanggah tubuh melawan injury atau deformitas yang progresif, dimana struktur-struktur tersebut sedang bekerja atau istirahat. Dalam keadaan ini, maka otot-otot akan berfungsi dengan sangat efisien dan bekerja dengan usaha yang minimum serta menghasilkan posisi yang optimum terhadap organ-organ thoracal dan abdomen. Dalam posisi berdiri tegak, dikatakan good postur jika alignment dari segmen-segmen tubuh membentuk bidang vertikal dan menghasilkan keseimbangan yang sempurna dari satu segmen ke segmen lainnya sehingga keadaan tersebut dapat dipertahankan dengan usaha otot yang minimum dan berfungsi secara efisien serta enak dipandang. Dalam postur dinamik, maka alignment tubuh akan terinklinasi ke depan dan tetap lurus sehingga melibatkan penyesuaian yang konstan untuk mempertahankan efisiensi otot selama gerakan. Good Good Post Postur ur dapa dapatt berk berkem emban bang g seca secara ra alam alamia iah h dan dan memb member erik ikan an meka mekani nism smee pemeliharan serta penyesuaian postur yang utuh dan sehat. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kenormalan serta perkembangan refleks postural dan otot yaitu : 54
Bab 5. Postur
Back Backgr grou ound nd psik psikol olog ogis is yang yang stab stabil il ; emos emosii dan dan sika sikap p ment mental al
mempunyai efek yang besar terhadap sistem saraf secara keseluruhan dan hal ini akan akan dire direfl fleks eksik ikan an dalam dalam postu posturr seti setiap ap oran orang. g. Rasa Rasa gemb gembir iraa dan dan bahag bahagia ia merupakan stimulasi dan akan direfleksikan dalam bentuk sinyal postur yang tert terten entu tu..
Seba Sebali likn knya ya,,
pera perasa saan an sedi sedih, h, konf konfli lik k
dan dan
mera merasa sa rend rendah ah akan akan
menghasilkan postur-postur yang berbeda. Dengan demikian, sikap mental dapat mempengaruhi kondisi fisik seseorang baik bersifat sementara (temporer) maupun permanen.
Keadaan Keadaan hygien hygienee yang yang baik baik (kondi (kondisi si sehat) sehat) ; khusus khususnya nya mengen mengenai ai
nutrisi dan tidur yang cukup merupakan hal penting untuk kesehatan sistem saraf dan pertumbuhan serta perkembangan tulang-tulang dan otot.
Kesempatan untuk melakukan gerakan alamiah yang bebas ; hal ini
dapat dapat mendo mendoro rong ng perk perkem emban banga gan n
otot otot skel skelet etal al yang yang harm harmoni onis, s, misa misaln lnya ya
memberikan kesempatan kepada anak normal untuk melakukan aktivitas-aktivitas yang menyenangkan seperti berlari, melompat dan memanjat. 2.
Poor Postur (postur jelek)
Suatu Suatu postur postur dikata dikatakan kan jelek jelek jika jika postur postur terseb tersebut ut tidak tidak efisie efisien n dan gagal gagal untuk untuk melaks melaksana anakan kan fungsi fungsinya nya atau atau sejuml sejumlah ah usaha usaha otot otot yang yang sebenar sebenarnya nya tidak tidak perlu perlu digunakan untuk mempertahankan postur p ostur tersebut. Poor postur selalu melibatkan :
Kecacatan (kelainan bentuk) yang berkaitan dengan segmen-segmen tubuh dan menghasilkan peningkatan strain pada struktur-struktur penyanggah tubuh.
Keseimbangan yang inadequat di atas dasar sanggahan.
Dalam Dalam posisi posisi berdir berdiri, i, terjad terjadii kegagal kegagalan an alignm alignment ent dari dari segmen segmen-se -segme gmen n tubuh tubuh sehingga sehingga memerlukan memerlukan kerja otot tambahan tambahan untuk mempertahan mempertahankan kan keseimbangan. keseimbangan. Adanya Adanya devias deviasii postur postural al akan akan disert disertai ai dengan dengan pening peningkat katan an atau atau penuru penurunan nan kurva kurva spine normal, sehingga terjadi kompensasi tubuh dan gangguan body mekanik yang menyebabkan strain pada ligamen-ligamen dan menghasilkan tekanan yang tidak rata pada permukaan sendi (gbr. 5.4). Hal ini akan menghambat aktivitas kegiatan seharihari hari dan dan mung mungki kin n mengh menghas asil ilka kan n reaks reaksii psik psikol ologi ogiss pada pada diri diriny nyaa yang yang tida tidak k dikehendaki serta tidak enak dipandang. Sebagian besar, pasien-pasien poor postur 55
Bab 5. Postur
mempunyai sedikit perubahan struktural pada tubuhnya yang merupakan kegagalan alignment tubuh. Penyebab “poor postur” seringkali tidak jelas. Faktor-faktor yang sangat mendukung pembentukan pola postur yang jelek (tidak efisien) adalah sikap mental dari pasien dan kondisi kesehatan (hygiene) yang jelek. Kelemahan tubuh secara general setelah sakit berat juga merupakan faktor predisposisi, karena dapat menurunkan efisiensi dari sistem saraf secara keseluruhan. Kurangnya pengetahuan pasien tentang postur dan kebiasaan yang jelek juga mendukung pola postur yang jelek. Fakt Faktor or-f -fak akto torr pred predis ispos posis isii yang yang bersi bersifa fatt lokal lokal adal adalah ah nyer nyerii yang yang terl terlok okal alis isir ir,, kelemahan otot, kontraktur otot, ketegangan otot secara lokal yang menyebabkan disbalance muscle, gangguan neurologis serta gangguan stabilitas dan keseimbangan. Faktor-faktor tersebut dapat menyebabkan perubahan pola postur tetapi tidak sampai menurunkan efisiensi gerakan dan postur. Meskipun demikian, jika perubahan pola postur tersebut berlangsung lama walaupun penyebabnya telah hilang maka dapat menghasilkan suatu kelainan postur.
56
Bab 5. Postur
56
BAB VI SIKAP DAN POSISI
Pada bab sebelumnya telah dijelaskan tentang pengertian postur dan beberapa posisi dasar yang sering dilakukan pada aktivitas kegiatan sehari-hari. Sedangkan pada bab ini, lebih banyak melihat pada keberadaan vertebra khususnya vertebra lumbal dikaitkan dengan sikap dan posisi badan. Secara anatomis dan fisiologis, regio lumbal mempunyai struktur yang sederhana namun regio ini paling sering terlibat dalam aktivitas kegiatan sehari-hari yang berhubungan dengan penggunaan sikap dan posisi tubuh. Kita ketahui bahwa, regio lumbal menerima beban yang paling paling besar dari semua regio pada tubuh manusia, terutama terutama lumbosacral lumbosacral.. Oleh karena itu, berbagai sikap dan posisi tubuh yang dilakukan dilakukan dalam aktivitas aktivitas kegiatan kegiatan sehariseharihari sangat mempengaruhi besarnya beban yang terjadi pada regio lumbal. Posisi dan sikap yang yang kita kita lakukan lakukan sehari sehari-har -harii sepert sepertii duduk, duduk, tidur, tidur, berdir berdiri, i, membun membungkuk gkuk,, mengang mengangkat kat,, gerakan shalat dan lain-lain, semuanya akan melibatkan regio lumbal, baik dalam keadaan statis maupun dinamis dengan menerima beban berupa gaya external dan gaya internal yang bervariasi. Pada Pada tahun tahun 1975, 1975, Tuan Tuan Nachems Nachemson on memapa memaparka rkan n hasil hasil penelit penelitian iannya nya tentan tentang g besarnya beban yang terjadi di L3 pada setiap perubahan sikap dan posisi tubuh. Hasil penelitia penelitian n tersebut tersebut memberikan arti yang sangat luas dan dalam, dalam, karena kenyataannya kenyataannya pada setiap perubahan sikap dan posisi tubuh akan selalu disertai dengan perubahan besarnya beban yang terjadi pada L3.
A. PENGARUH PENGARUH SIKAP SIKAP ATAU POSISI POSISI TERHADAP TERHADAP PEMBEBANAN PEMBEBANAN DI DI LUMBAL LUMBAL
Beban pada vertebra utamanya dihasilkan oleh berat tubuh, aktivitas otot dan gaya external . Beban tersebut terutama bekerja pada diskus intervertebralis. Regio lumbal merupak merupakan an area area penumpu penumpuan an beban beban yang yang utama utama pada pada verteb vertebra ra sehing sehingga ga beban beban yang yang diterima pada regio ini paling besar terjadi. 57
Bab 6. Sikap dan Posisi
Kurvatur Kurvatur vertebra vertebra juga memberikan memberikan kontribusi kontribusi terhadap kapasitas kapasitas spring-lik spring-likee (seperti (seperti pegas) vertebra dan menyebabkan columna vertebralis dapat menahan berbagai beban yang lebih tinggi daripada vertebra berbentuk lurus. Kepentingan otot-otot trunk sebagai support extrinsik untuk menstabilisasi vertebra dalam kehidupan manusia, tidak hanya berperan selama gerakan tetapi juga dalam pemberian posisi. Dalam Dalam keadaa keadaan n statis statis,, beban beban yang yang bekerj bekerjaa pada verteb vertebra ra dianal dianalisi isiss dalam dalam keadaa keadaan n equilibri equilibrium. um. Untuk menghitung tekanan intradiska intradiskal, l, maka Nachemson, Elfstrom dan Morris Morris telah telah melaku melakukan kan percoba percobaan an pada pada diskus diskus in vivo vivo dengan dengan menggun menggunaka akan n Disc Disc Manometry. Dalam percobaan ini, dilakukan tekanan pada diskus intervertebralis L3 dari laki-l laki-laki aki berusi berusiaa 35 tahun. tahun. Dari Dari hasil hasil penguku pengukuran ran menunj menunjukk ukkan an besarn besarnya ya persen persentas tasee beban dari total berat badan (kg) pada kelima posisi tubuh yakni (gbr. 6. 1) :
Berbaring : tidur terlentang dengan relaksasi total = 25 % Setengah tidur (half lying)
= 75 %
Berdiri dengan posisi tegak (benar)
= 100 %
Duduk dengan posisi tegak (benar)
= 140 %
Berdiri dengan posisi badan membungkuk (salah)
= 150 %
Duduk Duduk deng dengan an posi posisi si badan badan membu membungk ngkuk uk (sal (salah) ah)
= 185 185 %
Selama berdiri relaks dengan benar maka otot-otot postural selalu aktif dengan usaha yang minimum jika tubuh dalam kondisi good alignment. Posisi berdiri bukan merupakan posisi statik yang sempurna karena biasa terjadi perpindahan garis gravitasi pada saatsaat tertentu, yang dikenal dengan ayunan postur. Agar tubuh tetap seimbang, maka harus dicounter balance oleh aktivitas otot-otot erector spine dan abdominal sehingga ayunan postur terjadi secara intermitten. Tidak hanya otot-otot tersebut, tetapi otot psoas juga ikut terlibat. terlibat. Selama Selama berdiri, berdiri, otot-otot erector spine selalu selalu bekerja bekerja aktif sedangkan otototot abdominal hanya bekerja aktif secara intermitten. Selama Selama berdir berdiri, i, dasar dasar sacrum sacrum akan akan terink terinkli linas nasii ke depan depan dan ke bawah bawah sekit sekitar ar 30o sudut sacrum sacrum.. Tilti terhad terhadap ap bidang bidang transv transvers ersal al yang yang disebut disebut dengan dengan sudut Tilting ng dari dari pelvis pelvis disekitar axis transversal dapat merubah sudut tersebut. Sudut ini menurun ketika pelvis tilting kearah belakang dan lordosis lumbal menjadi datar. Mendatarnya lordosis lumbal
58
Bab 6. Sikap dan Posisi
mempeng mempengaru aruhi hi thorac thoracal al spine, spine, dimana dimana thorac thoracal al spine spine akan sediki sedikitt memanj memanjang ang untuk untuk menyesuaikan pusat gravitasi. Sebaliknya, ketika pelvis tilting kearah depan maka sudut sacral akan meningkat dan menyebabkan peningkatan lordosis lumbal serta kyphosis thoracal (gbr. 6.2). Perubahan pada inklinasi pelvis (sudut sacrum) dapat mempengaruhi aktivitas dari otot-otot erector spine sehingga mempengaruhi statik dari vertebra. Jika terjadi peningkatan inklinasi pelvis maka aktivitas otot tersebut akan meningkat pula, dan sebaliknya. Fleksi trunk dapat meningkatkan beban pada lumbal karena terjadi peningkatan moment pembe pembengko ngkokan kan.. Dalam Dalam keadaan keadaan fleksi fleksi trunk, trunk, diskus diskus interv intervert ertebr ebrali aliss akan akan menonj menonjol ol kearah dorsal dan tertekan kearah ventral sehingga stress kompresi dan tensile meningkat. Jika fleksi trunk disertai dengan gerakan rotasi maka diskus akan mengalami beban torsio selain selain beban kompresi dan tensile tensile sehingga sehingga dapat meningkatkan meningkatkan stress stress yang lebih besar pada diskus. Selama duduk relaks tanpa sanggahan, beban pada lumbal lebih besar daripada berdiri relaks relaks (Nache (Nachemso mson n & Elfstr Elfstrom, om, 1970). 1970). Dalam Dalam posisi posisi ini, ini, pelvis pelvis akan akan tiltin tilting g kearah kearah belakang belakang dan lordosis lumbal menjadi lurus. Garis gravitasi jatuh di ventral ventral dari lumbal lumbal spine dan akan bergeser lebih jauh kearah ventral jika posisi duduk membungkuk. Hal ini akan menghasilkan lever arm yang lebih panjang sehingga membutuhkan gaya yang lebih besar untuk menahan berat trunk (terjadi peningkatan torque pada lumbal). Sedangkan jika duduk tegak maka terjadi tilting pelvis kearah depan dan meningkatkan lordosis lumbal serta dapat menurunkan beban pada lumbal tetapi beban tersebut masih lebih besar daripada berdiri tegak (gbr. 6.3). Selama duduk dengan sanggahan, beban pada lumbal menjadi lebih kecil daripada duduk tanpa sanggahan karena berat dari upper body disanggah oleh sandaran kursi. Inklinasi dari sandaran kursi sangat mempengaruhi besarnya beban pada lumbal. Jika sandaran kursi dimiringkan kearah belakang dan menggunakan sebuah bantal kecil pada regio lumbal maka dapat menurunkan beban yang lebih besar pada lumbal spine (gbr 6.4). Beban yang minimum pada spine dapat terjadi dalam posisi berbaring, dimana beban yang dihasilkan oleh berat badan dapat dieliminir oleh tempat tidur. Jika dalam posisi tersebut, kedua knee lurus maka akan terjadi tarikan dari otot psoas yang menghasilkan 59
Bab 6. Sikap dan Posisi
peningkatan beban yang kecil pada lumbal. Tetapi jika kedua knee dan hip dibengkokkan serta disanggah dibawah knee maka lordosis lumbal menjadi berkurang karena otot psoas dalam keadaan relaks dan beban menjadi menurun.
60
Bab 6. Sikap dan Posisi
B. PENGARUH PENGARUH POSISI POSISI MENGANGK MENGANGKAT AT TERHADAP TERHADAP BEBAN BEBAN PADA PADA LUMBAL LUMBAL
Beban Beban kompre kompresi si yang yang dapat dapat ditahan ditahan oleh oleh corpus corpus verteb vertebra ra sampai sampai terjad terjadii kerusa kerusakan kan (fraktur kompresi) adalah berkisar dari 5000 – 8000 Newton bahkan sampai 10.000 N. Besarnya beban tersebut dipengaruhi oleh derajat degenerasi diskus dan faktor usia. Corpus vertebra lebih mudah mengalami kerusakan daripada diskus jika terjadi beban kompresi. Hal ini menunjukkan bahwa tulang kurang mampu menahan beban kompresi daripada daripada diskus. diskus. Sebaliknya Sebaliknya,, ruftur ruftur dapat terjadi pada bagian posterior posterior annulus annulus fibrosus fibrosus jika terjadi tension yang berlebihan dan torsional yang tinggi pada diskus akibat beban stress yang dihasilkan oleh moment pembengkokan + rotasi trunk. Pada Pada saat saat menga mengang ngkat kat dan dan memb membaw awaa suat suatu u obyek obyek,, adany adanyaa beban beban exte extern rnal al ikut ikut memp mempeng engar aruhi uhi besa besarn rnya ya beba beban n pada pada vert verteb ebra ra lumb lumbal al.. Ada Ada beber beberapa apa fakt faktor or yang yang mempeng mempengaru aruhi hi besarn besarnya ya beban beban pada verteb vertebra ra (khusu (khususny snyaa lumbal lumbal)) selama selama aktivi aktivitas tas tersebut, yaitu : 1. Posisi Posisi dari dari obyek obyek kaitannya kaitannya dengan dengan pusat pusat gerakan gerakan vertebra vertebra 2. Deraja Derajatt flek fleksi si atau atau rotasi rotasi spine spine 3. Karakteris Karakteristik tik dari obyek obyek tersebut tersebut : ukurannya, ukurannya, bentuknya, bentuknya, beratnya beratnya dan kepadatan kepadatannya. nya. Mempertahankan suatu obyek yang diangkat tetap dekat dengan tubuh dapat menurunkan besar besarnya nya moment moment pemben pembengkok gkokan an pada verteb vertebra ra lumbal lumbal karena karena jarak jarak antara antara pusat pusat gravitasi obyek dengan pusat gerakan vertebra adalah kecil/minimal. Lever arm yang pendek dari gaya berat obyek akan menghasilkan moment pembengkokan yang rendah, sehingga sehingga beban pada vertebra lumbal juga rendah (Anderson, (Anderson, Ortengren Ortengren & Nachemson, Nachemson, 1976). 1976). Ukuran Ukuran,, bentuk bentuk,, berat berat dan kepada kepadatan tan obyek obyek juga juga mempen mempengar garuhi uhi beban beban pada pada vertebra. Jika 2 buah obyek yang mempunyai berat, bentuk dan kepadatan yang sama tetapi ukurannya berbeda, maka lever arm gaya berat obyek akan lebih panjang pada obyek obyek yang yang ukuranny ukurannyaa besar besar daripa daripada da yang yang kecil kecil sehing sehingga ga menghas menghasil ilkan kan moment moment pembengkokan yang lebih besar (gbr. 6.5). Jika sebuah obyek diangkat dan dipertahankan dalam posisi tubuh membungkuk maka gaya yang dihasilkan bukan hanya dari berat obyek tetapi juga dari berat upper body yang dapa dapatt meni menimb mbul ulka kan n mome moment nt pemb pemben engk gkok okan an yang yang besa besarr pada pada disk diskus us sehi sehing ngga ga menghasilkan beban yang tinggi pada vertebra (gbr. 6.6). 60
Bab 6. Sikap dan Posisi
Selama Selama mengan mengangkat gkat,, dianju dianjurka rkan n kedua kedua knee bengkok bengkok untuk untuk mengur mengurang angii beban beban pada pada vertebra tetapi tekniknya harus benar. Mengangkat dengan kedua knee bengkok membuat obyek lebih dekat dengan trunk sehingga lebih dekat dengan pusat gerakan vertebra. Meskipun demikian, beban tidak akan berkurang jika obyek yang akan diangkat berada jauh di depan knee walaupun kedua knee sudah bengkok karena obyek berada jauh dari pusat gerakan sehingga menghasilkan moment pembengkokan yang lebih besar. Bagi atlet angkat besi, mereka dengan mudah dapat mengangkat beban yang berat tanpa terjadi fraktur pada vertebra. Hal ini karena ada faktor lain yang harus terlibat untuk menurunkan beban pada vertebra. Adanya support intra-abdominal dapat menurunkan beban pada vertebra lumbal (lumbosacral), dan telah dibuktikan oleh Bartelink (1957), Morris et.al (1961), Eie dan Wehn (1962) dengan menggunakan pengukuran tekanan intra-abdominal. Dari pengukuran tersebut menunjukkan bahwa tekanan intra-abdominal yang dihasilkan oleh kontraksi otot erector spine dan support tersebut dapat menurunkan beban pada vertebra lumbal sampai 40 %.
C. EFEK LATIHAN LATIHAN TERHADAP TERHADAP BEBAN BEBAN PADA PADA LUMBAL LUMBAL SPINE SPINE
Hampir seluruh gerakan pada tubuh dapat meningkatkan beban pada lumbal spine, dari beban yang sedang selama berjalan dengan lambat atau gerakan twisting yang mudah sampai beban yang tinggi selama latihan/exe latihan/exercise rcise (Nachemson (Nachemson and Elfstrom, Elfstrom, 1970). Beberapa latihan yang sangat mempengaruhi beban pada lumbal spine adalah latihan strengthening untuk otot-otot erector spine dan abdominal. Latihan-latihan tersebut harus dilakukan secara efektif dengan cara menyesuaikan beban yang dihasilkan oleh spine dengan kondisi punggung/back setiap orang. Untuk melatih otot-otot erector spine dalam posisi prone lying, sebaiknya dihindari posisi seperti pada gbr. 6.7a bagi pasien-pasien LBP walaupun dapat menghasilkan kontraksi otot yang lebih besar. Hal ini disebabkan karena posisi tersebut dapat menghasilkan stress yang lebih besar pada struktur struktur spine (terutama (terutama diskus lumbalis). lumbalis). Oleh karena itu, posisi posisi yang lebih baik adalah posisi posisi awal latihan yang mempertahan mempertahankan kan vertebra vertebra lebih paralel. paralel. (gbr. 6.7b)
61
Bab 6. Sikap dan Posisi
Sedangkan latihan untuk otot abdominal, ada beberapa posisi awal latihan yang tidak menghasilkan beban tinggi pada lumbal spine seperti bilateral/unilateral SLR, trunk curl method atau reverse curl dengan modifikasi tahanan isometrik. Bilateral/unilateral SLR lebih banyak mengaktifkan otot psoas daripada otot abdominal sehingga aktivitas otot terseb tersebut ut cenderu cenderung ng untuk untuk menari menarik k lumbal lumbal spine spine kearah kearah lordos lordosis. is. Sedangk Sedangkan an metode metode latihan sit-up dengan posisi hip dan knee bengkok (fleksi) sangat besar mengaktifkan otot abdominal daripada otot psoas, tetapi juga menghasilkan beban yang tinggi pada lumbal spine terutama pada diskus diskus interverteb intervertebralis ralis (Nachemson (Nachemson and Elfstrom, Elfstrom, 1970). Beban tersebut dapat dikurangi dengan cara hanya melakukan trunk curl (gbr 6.8). Metode reverse curl dapat mengaktifkan otot abdominal dan obliqus external et internal, dan jika dimodifikasi dengan memberikan tahanan isometrik pada knee akan menjadi lebih efektif untuk strengthening otot abdominal karena tekanan pada diskus juga rendah (gbr. 6.9).
D. SIKAP ATAU POSISI YANG BENAR DAN SALAH
Penilaian sikap atau posisi yang benar dan salah didasari oleh besarnya beban yang dite diteri rima ma oleh oleh verte vertebr braa lumb lumbal al.. Sikap Sikap atau atau posis posisii yang yang bena benarr adal adalah ah posis posisii yang yang menghasilkan beban yang minimal pada vertebra lumbal, sedangkan sikap atau posisi yang salah adalah posisi yang menghasilkan beban yang tinggi pada vertebra lumbal. Dari penjelasan diatas, maka kita dapat menilai sikap atau posisi yang benar dan salah berda berdasar sarkan kan besarn besarnya ya beban beban pada pada verteb vertebra ra lumbal lumbal.. Sikap Sikap atau atau posisi posisi terseb tersebut ut perlu perlu diperhatika diperhatikan n dalam aktivitas aktivitas kegiatan kegiatan sehari-hari sehari-hari,, karena banyak penyebab penyebab dari LBP (Nyeri Pinggang Bawah) adalah sikap atau posisi yang salah.
62
Bab 6. Sikap dan Posisi
63
BAB VII MEKANIKAL BERJALAN
A. PENG PENGERT ERTIA IAN N BE BERJ RJAL ALAN AN
Berjalan adalah usaha seseorang untuk melangkah ke depan atau perjalanan dari satu tempat ke tempat lain dengan melibatkan komponen-komponen fundamental berjalan yakni arkus gerakan sendi, rangkaian aksi otot, kecepatan tubuh bergerak ke depan, alig alignm nment ent trunk trunk dan dan gaya gaya reak reaksi si lant lantai ai.. Berj Berjal alan an meru merupa paka kan n suat suatu u cara cara didal didalam am memper memperoleh oleh posisi posisi yang yang akan akan digunak digunakan an untuk untuk meliha melihat, t, menden mendengar gar dan melakuk melakukan an tugas-tugas manual. Aktivitas berjalan hanya memerlukan jumlah waktu dan energi yang minimal serta tubuh memerl memerlukan ukan pola pola berjal berjalan an yang yang halus. halus. Dengan Dengan demiki demikian, an, didala didalam m aktivi aktivitas tas berjal berjalan an dibutuhkan suatu pola berjalan yang halus dan penggunaan energi yang ekonomis.
B. TUGAS-T TUGAS-TUGA UGAS S FUNGSIO FUNGSIONAL NAL BERJA BERJALAN LAN
Selama berjalan, ada 3 tugas fungsional berjalan yang harus diselesaikan yaitu : 1. Forw Forwar ard d Prog Progre ress ssio ion n
Agar tubuh dapat bergerak ke depan dengan pola berjalan yang halus dan ekonomis, maka dibutuhkan 3 fungsi yaitu :
Shock absorption : diperlukan adanya transfer atau perpindahan berat tubuh yang cepat ke kaki yang bergerak ke depan
Mome Moment ntum um kontr kontrol ol : dipe diperl rluka ukan n kontr kontrol ol stab stabil ilit itas as pada pada tung tungkai kai sebag sebagai ai penumpuan berat tubuh dari interaksi sistem persarafan dan kerja otot.
Forward propultion : diperlukan gaya yang cukup dari sekelompok otot untuk mendorong tubuh bergerak ke depan.
Dengan Dengan penggun penggunaan aan moment momentum um yang yang cukup cukup untuk untuk membant membantu u terjad terjadiny inyaa shock shock absorption dan menggerakkan tubuh ke depan, maka kebutuhan kerja dari tubuh dapat diminimalkan selama berjalan. 63
Bab 7. Mekanikal Berjalan
2. Sing Single le Limb Limb Bala Balanc ncee
Selama Selama berjal berjalan, an, pada saat saat satu satu tungka tungkaii terayu terayun n ke depan depan untuk untuk berger bergerak ak maka maka tungkai tungkai yang yang lain lain harus harus mampu mampu menyei menyeimba mbangk ngkan an tubuhny tubuhnya. a. Pada Pada saat saat itu tubuh tubuh dalam keadaan off-balance karena hilangnya satu tungkai yang menyanggah (gbr. 7.1a). Dalam keadaan ini, seseorang akan jatuh kecuali :
Ada gaya yang besar dari otot abduktor hip untuk mempertahankan tubuh
Dia memiringkan tubuhnya kearah lateral di atas tungkai yang menumpu.
Kedua aksi tersebut terjadi dalam pola berjalan normal. Jika seseorang mempunyai propr proprioc iocept eptor or dan kontrol kontrol otot otot yang yang normal normal tetapi tetapi ada sediki sedikitt kelema kelemahan han pada abduktor hip, maka keseimbangannya akan dikompensasi oleh lateral shift trunk yang berlebihan (gbr. 7.1b). Sedangkan pasien yang mengalami gangguan proprioceptor dan SSP SSP (seper (seperti ti hemipl hemiplegia egia)) tidak tidak akan akan mampu mampu melaku melakukan kan gerakan gerakan kompens kompensasi asi untuk menghasilkan keseimbangan sehingga pasien akan jatuh kearah sisi tungkai yang terangkat (terayun) (gbr. 7.1c). Dalam keadaan single limb balance dapat terjadi valgus thrust (lateral thrust) pada knee dan ankle (gbr. 7.2). Bagi pasien-pasien RA dan paralysis akibat polio dapat terjadi deformitas valgus pada knee dan ankle karena terjadi strain yang berulang pada ligamen-ligamen. Ada 2 mekani mekanisme sme yang yang melind melindung ungii ligam ligamen-l en-liga igamen men dan mengont mengontrol rol terjad terjadiny inyaa valgus thrust pada knee. Pertama knee. Pertama,, mekanisme untuk menyanggah knee bagian medial mela melawa wan n valg valgus us thru thrust st yang yang terj terjad adii oleh oleh aksi aksi dari dari 3 otot otot sisi sisi medi medial al yakn yaknii m. semitendinosus, m. gracilis dan m. sartorius. Kedua sartorius. Kedua,, mekanisme proteksi dari aksi m. vastus medialis untuk mencegah pergeseran patella kearah lateral dan mengontrol angulas angulasii valgus valgus knee. knee. Sedang Sedangkan kan pada ankle ankle (kaki) (kaki),, adanya adanya stress stress valgus valgus dapat dapat diproteksi oleh aksi m. tibialis posterior. 3. Limb Limb Len Length gth Adju Adjustm stmen entt
Pada saat terjadi terjadi perubahan posisi diperlukan diperlukan perubahan perubahan panjang panjang dari kedua tungkai sehingga kaki dapat mencapai tanah dengan mudah, dimana tungkai bagian depan 64
Bab 7. Mekanikal Berjalan
diarah diarahkan kan untuk untuk lurus lurus sedang sedangkan kan tungka tungkaii bagian bagian belakan belakang g harus harus memben membengkok gkok.. Dengan Dengan demiki demikian an tungkai tungkai (extre (extremit mitas as inferi inferior) or) yang yang berger bergerak ak ke depan depan untuk untuk mengambil suatu langkah harus lebih panjang daripada tungkai yang di belakang (gbr.7.3). Untuk mencapai gerakan extremitas inferior ke depan maka secara relatif terjadi rotasi rotasi pelvis pelvis kearah kearah depan depan dan pelvis pelvis drop drop pada sisi sisi ipsil ipsilate ateral ral.. Pemanj Pemanjang angan an extremitas yang lebih jauh dapat diperoleh dengan cara mempertahankan ankle tetap pada sudut 90o. Pada akhirnya, total pemanjangan extremitas akan berkurang dengan sedikit fleksi knee pada sisi penumpuan.
C. FASE FASE-F -FAS ASE E BERJAL BERJALAN AN
Adanya pergantian berdiri dan melangkah maka secara teknikal fase berjalan terdiri atas stance phase (fase menumpu) dan swing phase (fase mengayun). Stance phase mulai terjad terjadii pada saat saat heel heel strike strike dan berakh berakhir ir pada pada saat saat toe-of toe-off. f. Untuk Untuk mengid mengident entifi ifikas kasii adanya aksi yang berkaitan maka stance phase dibagi kedalam fase heel strike, midstance dan push-off, sedangkan swing phase dibagi kedalam fase awal swing dan fase akhir swing. Setiap interval dari fase-fase tersebut terdiri dari aktivitas yang kompleks, yang berkaitan denga dengan n penye penyele lesa saia ian n
tugas tugas-t -tug ugas as fungs fungsio iona nall berja berjala lan. n. Denga Dengan n
demik demikia ian, n, untu untuk k
mengidentifikasi tugas-tugas fungsional berjalan pada setiap fase berjalan maka deskripsi fungsional yang tepat adalah :
Stance Stance phase phase terdir terdirii atas atas : Weight Weight Accepta Acceptance, nce, Trunk Trunk Glide, Glide, Push Push dan Balance Balance Assistance
Swing phase terdiri atas : Pick-up dan Reach.
Fase Menumpu (Stance phase) : 1. Weight Weight Accep Acceptanc tancee (0 – 15 % dari dari siklu sikluss berjal berjalan) an)
Pada fase ini, terjadi heel strike sampai foot-flat dimana kaki pertama kali kontak deng dengan an tana tanah. h. Pada Pada saat saat heel heel stri strike ke,, tumi tumitt perta pertama ma kali kali meny menyen entu tuh h tana tanah h dan dan extremitas inferior akan terulur ke depan dengan fleksi hip 30o, knee full ekstensi dan
65
Bab 7. Mekanikal Berjalan
ankle membentuk sudut 90o (dorsifle (dorsifleksi ksi ankle). ankle). Kemudian Kemudian memasuki memasuki foot-flat foot-flat knee akan sedikit fleksi dan kaki merapat di tanah. Sementara itu, tungkai bagian belakang dalam posisi toe-off. (gbr. 7.4)
66
Bab 7. Mekanikal Berjalan
Dalam fase ini, terjadi berbagai aktivitas dan tugas fungsional berjalan yakni : a. Pada Pada fas fasee ini, ini, menu menunt ntut ut adan adanya ya :
Shock absorption
Stabilisasi tungkai
Bergerak ke depan
Keseimbangan pada satu tungkai
b. Keadaan Keadaan yang yang terj terjadi adi dala dalam m fase fase ini adalah adalah :
Terjadi momentum ke depan dengan kuat sebelum heel strike
Extremitas inferior mencapai tanah di depan tubuh
Terjadinya heel strike menyebabkan kaki berhenti bergerak ke depan sehingga momentum ke depan terjadi pada tungkai bawah (tibia)
c. Resp Respon on yang yang terj terjadi adi adal adalah ah : RESPONSE TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL 1. Forward Forward Progressi Progression on a. Deng Dengan an cepa cepatt terj terjad adii plan planta tarr flek fleksi si ankle ankle karena karena pada pada saat saat tumit tumit kontak kontak 1.a. Dikontrol oleh dorsifleksor ankle yakni deng dengan an tana tanah h bera beratt tubu tubuh h terj terjad adii disepanjang tibia. m. tibialis anterior dan group extensor b. Dengan cepat terjadi fleksi knee seki jari-jari kaki. tar 15o karena adanya momentum ke depan dari tungkai bawah (tibia) c. Kece Kecend nder erun unga gan n flek fleksi si hip hip kare karena na 1.b. Terjadinya fleksi knee dan momentum adanya berat tubuh di belakang kaki ke depan depan dari dari tungka tungkaii bawah bawah (tibia (tibia)) yang menumpu. dikon dikontro troll oleh oleh m. soleus soleus dan tibial tibialis is posterior, m. quadrieps, serta stabilitas 2. Single Single Limb Limb Balanc Balancee a. Kecen ecend deru erungan ngan untu ntuk jatu jatuh h dari ari tungkai yang menumpu b. Valgus Valgus thrust pada knee akibat akibat lateral shift c. Valgus Valgus thrust thrust pada ankle ankle
tungka tungkaii atas atas (paha) (paha) oleh oleh aktivi aktivitas tas m. semite semitend ndino inosus sus,, biceps biceps femori femoriss dan gluteus maximus. 1.c. Dikontrol oleh group extensors hip dan momentum ke depan
66
Bab 7. Mekanikal Berjalan
2.a. Terjadi lateral shift dari tubuh. Pelvis distabilisasi oleh group otot abduktors : m. gluteu gluteuss medius medius,, glute gluteus us minimu minimuss dan tensor fascia latae. 2.b. Dikontrol oleh otot-otot bagian medial knee : m. vastus medialis, semitendinosus dan gracilis. 2.c. Dikontrol oleh m. tibialis posterior dan insersio soleus bagian medial.
2. Tru Trunk nk Glide Glide (15 – 40 % dari dari siklus siklus berj berjalan alan))
Dalam fase ini, mulai dari foot-flat sampai terjadi maksimum dorsifleksi. Fase ini merupakan fase yang membawa badan bergerak ke depan di atas kaki yang foot-flat, dengan penumpuan pada satu tungkai. Trunk Glide merupakan interval dari midstance. (gbr. 7.5) Dalam fase ini, terjadi berbagai aktivitas dan tugas fungsional berjalan yakni : a. Pada Pada fase ini, ini, menuntut menuntut adanya adanya gerakan gerakan tubuh tubuh ke depan secar secaraa kontinu kontinu di atas kaki yang datar (foot-flat) b. Keadaan Keadaan yang yang terj terjadi adi dala dalam m fase fase ini adalah adalah :
Secara sempurna terjadi penumpuan pada satu tungkai.
Terjadi foot-flat di atas tanah.
Stabilitas extremitas inferior.
Masih aktif terjadi momentum ke depan tetapi agak berkurang.
Kecepatan gerakan ke depan menjadi lambat. 67
Bab 7. Mekanikal Berjalan
c. Resp Respon on yang yang terj terjadi adi adal adalah ah : RESPONSE TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL 1. Forward Forward Progres Progression sion a. Adan Adanya ya mome moment ntum um akan akan memb membaw awaa trunk dan extremitas inferior bergerak 1.a. Kecepatan gerakan ke depan dikontrol ke depan di atas kaki yang menetap. oleh aktivitas aktivitas otot soleus dan tibialis tibialis Knee menjadi extensi ketika paha bergerak ke depan di atas tibia yang posterior. stabil. menjadii extens extensii ketika ketika paha paha Hip menjad Otot quadriceps menjadi rileks bergerak ke depan b. Garis ris berat tubuh bergeser dari Extensor hip menjadi rileks. belakang tumit ke kaki bagian depan. 1.b. Gerakan ke depan menyebabkan posisi ankle ankle 2. Single Single Limb Limb Balance Balance a. Terjad Terjadii penumpu penumpuan an secara secara total total pada salah satu extremitas. b. Terjadi Terjadi lateral lateral shift shift secara secara maksimum maksimum pada 20 % siklus berjalan, kemudian mulai menurun.
beruba berubah h dari dari 5 o plantar plantar fleksi fleksi
menjadi 10o dorsifleksi.
2. Limb Length Length Adjustmen Adjustmentt a. Extr Extrem emit itas as yang yang lain lain meng mengay ayun un ke depan 2.a. Terjadi Terjadi aktivitas aktivitas abduktor abduktor hip secara secara kontinu. 2.b. Stress pada knee mulai berkurang dan otot-otot protector menjadi relaks.
3.a. Menuntut adanya gerakan abduksi, int. rotasi dan extensi hip secara simultan di atas hip joint yang menumpu.
3. Push Push (40 (40 – 50 % dari dari siklu sikluss berja berjalan lan))
68
Bab 7. Mekanikal Berjalan
Pada fase ini, diawali dengan heel-rise sampai terjadi maksimum gaya push. Fase ini merupakan fase dimana tumit terangkat ke atas pada kaki yang menumpu, diikuti dengan dengan gerakan gerakan badan ke depan depan oleh oleh doronga dorongan n kaki yang menump menumpu. u. Fase Fase push push merupakan interval awal dari push-off. (gbr. 7.6) Dalam fase ini, terjadi berbagai aktivitas dan tugas fungsional berjalan yakni : a. Pada Pada fase fase ini, ini, menuntu menuntutt adanya adanya gaya gaya doron dorong g ke depan depan b. Keadaan Keadaan yang yang terj terjadi adi dalam dalam fase fase ini ini adala adalah h:
Tubuh agak ke depan dari kaki yang menumpu..
Secara full knee extensi.
Tumit mulai terangkat
Ankle dalam posisi 10o dorsifleksi.
c. Resp Respon on yan yang g ter terja jadi di : RESPONSE TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL 1. Forward Forward Progres Progression sion a. Berat tubuh cenderung cenderung untuk untuk menarik: menarik: Hip kearah lebih extensi Knee kearah lebih extensi Ankle kearah lebih dorsifleksi b. Tercip Tercipta ta Gaya Gaya Push Push
1.a. Extensi hip dikontrol oleh otot iliacus. iliacus. Exte Extens nsii
knee knee
diko dikont ntro roll
oleh oleh
otot otot
gastrocnemius pada 10 o fleksi. Tujuh otot plantarfleksor ankle bekerja aktif : m. gastrocnemius, peroneus longus ngus dan brevis brevis,, flexor flexor jari-j jari-jari ari kaki kaki yang yang besar, besar, soleu soleus, s, dan tibial tibialis is pospos-
2. Single Single Limb Limb Balance Balance a. Posi Posisi si Tru Trunk nk kemb kembal alii ke mid midli line ne untuk persiapan persiapan transfer transfer berat berat tubuh tubuh ke tungkai yang lain. b. Tercipta Tercipta gerakan gerakan pasif abduksi abduksi hip. hip.
terior. 1.b. Meningkatnya aktivitas dari tujuh otot plantar fleksor.
2.a. Abduktors hip menjadi relaks pada ma-
69
Bab 7. Mekanikal Berjalan sa pertengahan push. 2.b. Pergeseran tersebut dikontrol oleh otot otot adduktor longus dan magnus.
4. Balance Balance Assista Assistance nce (50 (50 – 60 60 % dari dari siklu sikluss berjala berjalan) n)
Fase ini terjadi penumpuan berat badan kembali oleh kedua tungkai akibat adanya transfer berat tubuh dari satu tungkai ke tungkai yang lain, dimana satu tungkai dalam keadaan toe-off sedangkan tungkai lain dalam keadaan heel strike. Pada fase ini
70
Bab 7. Mekanikal Berjalan
diawali dengan maksimum gaya push sampai toe-off, yang merupakan interval akhir dari push-off. Dalam fase ini, terjadi fleksi knee dengan cepat sekitar 65o dan ankle bergerak kearah plantar fleksi sekitar 20o. (gbr. 7.7) Dalam fase ini, terjadi berbagai aktivitas dan tugas fungsional berjalan yakni : a. Pada Pada fase fase ini ini menu menunt ntut ut adan adanya ya bant bantua uan n kesei keseimb mban anga gan n tubuh tubuh dari tungka tungkaii lain lain yang siap untuk menerima berat tubuh. b. Keadaan Keadaan yang yang terj terjadi adi dalam dalam fase fase ini ini adala adalah h:
Masa penumpuan dari kedua tungkai
Dengan cepat berat tubuh ditransfer ke tungkai yang lain
Memp Memper erta tahan hanka kan n tungk tungkai ai yang yang utam utamaa teta tetap p konta kontak k denga dengan n tana tanah h untuk untuk keseimbangan sementara tungkai yang lain siap untuk mengayun.
Garis berat tubuh berada diantara kedua tungkai.
c. Resp Respon on yan yang g ter terja jadi di : RESPONSE TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL 1. Forward Forward Progres Progression sion a. Trans Transfer fer berat berat tubuh tubuh yang yang cepat cepat akan melepa melepaska skan n tahana tahanan n pada pada knee knee dan ankle b. Mempertahan Mempertahankan kan tetap tetap kontak kontak dengan dengan tanah
1.a. Transfer yang cepat ditandai dengan fleksi knee secara pasif (0 – 50 o). Tidak ada ada otot otot flek flekso sorr knee knee yang yang beke bekerj rjaa aktif. 1.b. Terjadi Postural equinus akibat gerakan tibia tibia ke depan depan
dengan dengan adanya adanya fleksi fleksi
knee yang disertai extensi hip. 1.c. Gerakan aktif plantar fleksi : hanya otot gastro gastrocne cnemiu miuss dan tibial tibialis is poster posterior ior yang relaks. 1.d. Extensi hip berkurang (-10 o – 0o). Otot 2. Single Limb Limb Balance (Lateral alignment) alignment) 69
adduktor adduktor longus longus dan magnus bekerja bekerja
Bab 7. Mekanikal Berjalan Masa Masa penump penumpuan uan berat berat tubuh tubuh dengan dengan
aktif .
kedua tungkai. Deng Dengan an
cepa cepatt
bera beratt
tubu tubuh h
berg berges eser er 2.a. Adduktor longus dan magnus mengon-
melewati midline dari kaki yang lain
trol adanya lateral shift, dan menambah stabilitas.
Fase Mengayun (Swing phase) 1. Pick Pick-up -up (60 – 75 % dar darii siklu sikluss berja berjala lan) n)
Fase ini merupakan fase awal dari swing, yang diawali diawali dengan toe-off sampai akhir fleksi knee. Pada fase ini terjadi kombinasi gerakan fleksi hip, knee dan dorsifleksi ankle. (gbr. 7.8) Dalam fase ini, terjadi berbagai aktivitas dan tugas fungsional berjalan yakni : a. Pada fase fase ini menuntu menuntutt terjadinya terjadinya pengangk pengangkatan atan kaki dari tanah tanah sebagai sebagai persiapa persiapan n untuk mencapai reach ke depan. b. Keadaan Keadaan yang yang terj terjadi adi dalam dalam fase fase ini ini adalah adalah :
Seluruh berat tubuh disanggah oleh tungkai yang lain (tungkai yang menumpu)
Tungkai yang terayun berada di belakang axis tubuh
Jari-jari kaki menghadap ke bawah / kearah tanah akibat dari :
Adanya fleksi knee
Posisi ankle dalam equinus maximal.
c. Resp Respon on yan yang g ter terja jadi di : RESPONSE TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL 1. Forward Forward Progres Progression sion a. Satu Satu tung tungka kaii (ext (extre remi mita tass infe inferi rio or) terangkat terangkat untuk membentuk membentuk postural postural equinus yang sebenarnya. b. Pada Pada saat toe-off toe-off,, kaki kaki bagian bagian posteposte-
70
1.a. Terjadi Terjadi gerakan aktif fleksi fleksi hip hip (0 – 5o) oleh kontraksi kontraksi otot iliacus, iliacus, sartorius sartorius,,
Bab 7. Mekanikal Berjalan rior dan lateral menuju ke axis tubuh
dan tensor fascia latae. Juga gerakan aktif fleksi knee (50 o – 70o) oleh kontraksi otot biceps femoris (caput brevis) dan sartorius. 1.b. Tungka Tungkaii yang terayun terayun dibawa dibawa kearah kearah midline midline oleh kontraksi kontraksi otot adduktor
2. Limb Length Length Adjustmen Adjustmentt Tungkai yang terayun menjadi memen-
magnus.
dek untuk mengangkat jari-jari kaki dari tanah.
2.a. Pelvis Pelvis akan berotasi berotasi ke depan dari posisinya pada maximum posterior.
2. Reac Reach h (75 (75 – 100 100 % dari dari siklu sikluss berja berjalan lan))
Fase ini merupakan fase akhir dari swing, swing, yang diawali dengan periode extensi knee selama mengayun. Pada fase ini, tungkai yang terayun bergerak ke depan untuk langkah berikutnya. (gbr. 7.9) Dalam fase ini, terjadi berbagai aktivitas dan tugas fungsional berjalan yakni : a. Pada Pada fase ini menunt menuntut ut adanya adanya gerakan gerakan kaki ke depan depan untuk langkah langkah beriku berikutny tnyaa dalam forward progression, dan siap untuk menerima berat tubuh yang maju ke depan. b. Keadaan Keadaan yang yang terj terjadi adi dalam dalam fase fase ini ini adalah adalah :
71
Bab 7. Mekanikal Berjalan
Gerakan tubuh ke depan terjadi karena adanya gaya push dan aktivitas tungkai lain yang stance.
Tungkai/extremitas yang terayun dalam posisi fleksi pada setiap sendi, dan dengan cepat terjadi extensi knee.
Kaki masih berada di belakang axis tubuh.
Jari-jari kaki tidak kontak dengan tanah.
c. Resp Respon on yan yang g ter terja jadi di : RESPONSE TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL 1. Forward Forward Progres Progression sion a. Tung Tungka kaii berg berger erak ak deng dengan an cepa cepatt ke depan untuk mencapai posisi Weight 1.a. Dengan cepat terjadi extensi knee dari Acceptance sebelum garis berat tubuh sangat jauh dari tungkai yang posisinya pada 70 o fleksi akibat adanya menumpu sebagai stabilitas b. Jari-jari Jari-jari kaki kaki tetap dipert dipertahank ahankan an tidak tidak relaks relaksasi asi dari dari otot otot flekso fleksorr knee knee dan kontak dengan tanah. efek pendulum. Extens Extensors ors knee knee (kelom (kelompok pok Vastus Vastus)) menjad menjadii aktif aktif pada pada akhir akhir masa masa reach reach untuk untuk mempert mempertaha ahanka nkan n full full extens extensii 2. Limb Length Length Adjustmen Adjustmentt Tungkai yang terayun menjadi meman-
knee. Fleksi hip sedikit meningkat (30 o) dan
jang dipertahankan oleh group adduktors. 1.b. Terjadi gerakan aktif dorsifleksi ankle.
2.a. Secara Secara kontinu kontinu pelvis pelvis berotasi berotasi yang diik diikut utii deng dengan an gerak gerakan an tung tungka kaii ke depan epan..
Pelv Pelviis
adduksi tungkai.
72
juga juga
drop dropss
keara earah h
Bab 7. Mekanikal Berjalan
73
Bab 7. Mekanikal Berjalan
D. GAYA GAYA FOOT FOOT-FL -FLOO OOR R
Gaya Foot-Floor adalah gaya yang dihasilkan oleh kaki dan bidang tumpuan selama siklus berjalan.. Gaya ini merupakan gaya normal (F N), yang merupakan respon terhadap besarnya gaya berat dari total tubuh selama siklus berjalan. Gaya ini dinilai dengan persentase dari berat badan selama siklus berjalan. Gaya Foot-Floor hanya terjadi pada stance phase (kaki yang menumpu). 1. Foot-F Foot-Floo loorr Force Force pada pada Weight Weight Accep Acceptan tance ce Dalam fase ini, besarnya gaya normal terhadap permukaan kaki mulai dari 0 % yang akan meningkat meningkat sejalan dengan bertambahnya bertambahnya persentase persentase siklus berjalan. Pada akhir fase ini (15 % dari siklus berjalan), gaya foot-floor mencapai titik maksimal pada + 120 % dari berat badan (gbr.7.10a). 2. Foot-F Foot-Floo loorr Force Force pada pada Trunk Trunk Glid Glidee Memasuki fase ini, gaya foot-floor menurun sampai 60 % dari berat badan pada pertengahan fase ini dan kembali meningkat pada akhir fase ini (40 % dari siklus berjalan) sampai + 100 % dari berat badan (gbr. 7.10b). 3. Foot Foot-F -Flo loor or For Force ce pada pada Pus Push h Memasuki fase ini, gaya foot-floor akan meningkat lagi sampai 120 % dari berat badan pada titik pertengahan fase ini dan kembali menurun sampai + 90 % dari berat badan pada akhir fase push (50 % dari siklus berjalan) (gbr. 7.10c). 4. Foot-F Foot-Floo loorr Force Force pada pada Balance Balance Assis Assistan tance ce Pada fase ini, ternyata gaya foot-floor akan terus menurun sampai + 5 % dari berat badan pada titik akhir fase balance assistance (gbr. 7.10d).
E. LATE LATERA RAL L SH SHIF IFT T
Lateral Shift adalah pergeseran gaya berat tubuh kearah lateral tungkai yakni kearah kaki yang menumpu pada saat stance phase, sehingga terjadi valgus thrust pada knee dan ankle dari kaki yang stance. Lateral shift terjadi secara maksimum pada titik + 15 % - 20 % dari siklus berjalan (fase Trunk Glide) (gbr. 7.11).
72
Bab 7. Mekanikal Berjalan
F. VERT VERTIC ICAL AL DISP DISPLA LACE CEME MENT NT
Vertic Vertical al Displa Displacem cement ent adalah adalah perpin perpindaha dahan n atau atau perubah perubahan an garis garis berat berat tubuh tubuh (garis (garis gravitasi) terhadap bidang tumpuan. Vertical displacement terjadi secara maksimal sejauh 3 cm pada titik + 30 – 35 % dari siklus berjalan dan 75 – 80 % dari siklus berjalan.
73
Bab 7. Mekanikal Berjalan
74
BAB VIII DINAMIKA
Dinamika merupakan salah satu bagian dari kinetika, selain statika. Dinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang gaya yang bekerja pada tubuh dalam keadaan bergerak (Σ F atau Σ M ≠ 0). Dalam analisis kinetika (statika dan dinamika), dapat ditentukan besarnya gaya pada sendi yang dihasilkan oleh otot, berat tubuh, jaringan-jaringan connective (seperti ligamen), dan beban external baik secara statik maupun dinamis, serta dapat mengidentifikasi keadaan tersebut yang menghasilkan gaya yang sangat tinggi. Untuk menganalisis gaya-gaya yang bekerja pada suatu sendi selama gerakan, maka harus menggunakan teknik solving dynamic problem (pemecahan problem dinamik). Gayagaya utama yang dianalisis secara dinamik adalah gaya yang dihasilkan oleh otot, berat badan, jaringan connective dan beban external. Dalam analisis dinamik, ada 2 faktor yang harus dinilai yaitu : 1. Percepatan Percepatan dari dari bagian bagian tubuh yang bergera bergerak k 2. Massa moment moment inersia inersia dari bagian tubuh tersebut tersebut ; massa moment inersia inersia merupakan merupakan unit yang digunakan untuk menyatakan besarnya torque yang dibutuhkan untuk mempercepat gerakan tubuh tersebut dan massa ini bergantung dari bentuk tubuh. Sedangkan langkah-langkah untuk menghitung besarnya gaya minimum yang bekerja pada suatu sendi selama aktivitas dinamis adalah : 1. Mengid Mengident entif ifika ikasi si strukt strukturur-str strukt uktur ur anatom anatomii yang yang terli terlibat bat dalam dalam menghas menghasil ilkan kan gaya gaya ; struktur-struktur yang terlibat adalah bagian tubuh yang bergerak dan otot-otot utama (primemover) yang menghasilkan gerakan. 2. Tent Tentuka ukan n perce percepat patan an angul angular ar dari dari bagi bagian an tubu tubuh h yang yang berg berger erak ak ; untu untuk k mene menent ntuk ukan an percepatan angular dari bagian tubuh maka seluruh gerakan dari bagian tubuh tersebut dicatat dicatat secara secara photographi photographicc yaitu yaitu menggunakan menggunakan sebuah cahaya stroboscopic stroboscopic dan gerakan gerakan kamera, atau sebuah sistem televisi scanning atau metode-metode lain. Dari film-film
74
Bab 8. Dinamika
tersebut maka dapat dihitung percepatan angular maksimal pada gerakan tertentu (Frenkel & Burstein, 1970). 3. Tentuk Tentukan an massa massa moment moment inersi inersiaa dari dari bagian bagian tubuh yang bergerak bergerak ; untuk untuk menent menentukan ukan mass massaa mome moment nt iner inersi siaa pada pada bagi bagian an tubu tubuh h yang yang meng mengge gera rak, k, maka maka digu digunak nakan an data data anthopometric. 4. Hitung Hitung torque yang bekerja disekitar disekitar sendi ; besarnya besarnya torque disekitar disekitar sendi sudah dapat dihitung dihitung dengan menggunakan menggunakan Hukum Newton II tentang tentang gerakan gerakan yaitu yaitu besarnya besarnya torque merupakan hasil perkalian dari massa moment inersia dan percepatan angular dari bagian tubuh tersebut ( T = I x ∝). Tetapi bukan itu saja, torque juga merupakan hasil perkalian dari gaya otot utama dan jarak tegak lurus dari gaya ke pusat sendi (lever arm)
T =
Fxd. 5. Hitung Hitung besarnya besarnya gaya gaya otot otot utama utama yang yang mengha menghasil silkan kan percepata percepatan n pada pada bagian bagian tubuh tersebut ; Besarnya gaya otot utama dapat dihitung dengan rumus T = F x d, dimana T (torque) dan d (lever arm) sudah dapat diketahui. 6. Hitung Hitunglah lah dengan dengan menggu menggunaka nakan n analis analisis is stati statik, k, besarn besarnya ya gaya gaya reaksi reaksi sendi sendi pada pada saat saat tertentu.
A. DINAMI DINAMIKA KA SHO SHOULDE ULDER R
Ada beberapa otot yang bekerja disekitar shoulder, dimana aksi otot tersebut mempunyai 3 aspek yaitu : 1. Karena Karena glenohum glenohumera erall joint joint mempunya mempunyaii stabil stabilita itass yang yang kurang kurang kuat, maka suatu otot yang bekerja menghasilkan efek pada humerus harus bekerja bersama dengan otototot lain untuk menghindari adanya gaya dislokasi pada sendi. (bandingkan dengan elbow joint, dimana dapat stabil secara meluas oleh otot triceps bracii tanpa kontraksi otot lain) 2. Eksist Eksistens ensii dari dari hubungan hubungan yang kompleks kompleks (clavicu (clavicula, la, scapula scapula & humeru humerus), s), sehingga sehingga ada suatu otot yang dapat menjangkau beberapa sendi dan menghasilkan efek pada setiap sendi. Sebagai contoh, otot latissimus dorsi yang dapat menjangkau scapulothoracic artic. & glenohumeral joint.
75
Bab 8. Dinamika
3. Shou Should lder er memp mempun unya yaii ROM ROM yang yang begi begitu tu besa besarr sehi sehingg nggaa beber beberapa apa otot otot mungk mungkin in mempunyai fungsi yang berbeda, bergantung pada posisi awal dari tulang tersebut. Sebagai contoh, caput longum dari biceps akan bekerja sebagai asesori abduktor shoulder jika glenohumeral joint dalam posisi external rotasi, sedangkan fungsi ini tidak mungkin terjadi jika humerus dalam posisi awal internal rotasi. (Basmajian & Latif, 1957). Dari ketiga faktor di atas, membuat kita sulit untuk menentukan fungsi yang simple dari otot-otot disekitar shoulder. Sebagai contoh gerakan abduksi shoulder ; Inman et al. (1944), Deluca & Forrest (1973) telah melihat adanya aktivitas electromyographic yang penting pada otot deltoid, pectoralis mayor pars clavicularis, supraspinatus, infraspinatus, subscapular subscapularis, is, upper & middle middle trapezius, trapezius, serratus anterior, dan rhomboideus rhomboideus.. Ketika Ketika gerakan tersebut dilakukan melawan tahanan maka terlihat pula aktivitas dari otot teres major pada electromyographic. Kerja dari beberapa otot shoulder dapat menghasilkan efek aproksimasi pada origo dan inse insers rsio io otot otot ters terseb ebut ut.. Sebag Sebagai ai cont contoh oh,, kontr kontrak aksi si otot otot delt deltoi oid d pars pars late lateral ralis is dapat dapat mengangkat humerus sepanjang axis humerus, tetapi tidak dapat menghasilkan gerakan elevasi. Secara esensial, elevasi tidak akan terjadi karena garis aksi otot tersebut adalah par paral alel el terh terhada adap p axis axis hume humeru rus. s. Teta Tetapi pi karen karenaa adan adanya ya fung fungsi si kapsu kapsull sendi sendi,, lig. lig. Coracoh Coracohume umeral ral,, dan otot-o otot-otot tot rotato rotatorr cuff, cuff, maka maka terjad terjadii aproks aproksima imasi si pada origo origo dan insersio otot deltoid sehingga menghasilkan gerakan elevasi. Otot-o Otot-otot tot rotato rotatorr cuff cuff adalah adalah unik, unik, karena karena selain selain menghas menghasilk ilkan an geraka gerakan n pada pada sendi sendi glenohumeral juga menghasilkan tekanan pada caput humeri yang berasal dari massa tendon otot tersebut, sehingga dapat menstabilkan glenohumeral joint. Dengan demikian, adanya aksi tekanan dari otot supraspinatus dapat mencegah subluksasi caput humeri kearah atas selama otot deltoid berkontraksi maksimal, dan adanya aksi yang kuat dari otot subscapularis dapat mencegah subluksasi caput humeri kearah anterior. Pada gbr. 8.1 dapa dapatt dili diliha hatt akti aktivi vita tass elec electr trom omyo yogr graph aphy y dari dari otot otot delt deltoi oid, d, pect pector oral alis is majo majorr pars pars clavicularis, supraspinatus, infraspinatus, teres minor, dan subscapularis selama gerakan fleksi + elevasi. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa otot-otot tersebut memberikan kontribusi secara signifikan pada seluruh ROM fleksi shoulder. 76
Bab 8. Dinamika
B. DINA DINAMI MIKA KA EL ELBO BOW W
Gerakan pada elbow joint adalah fleksi, ekstensi, pronasi dan supinasi. Otot-otot yang berperan pada gerakan tersebut adalah :
77
Bab 8. Dinamika
1. Fleksi
Fleksor elbow adalah :
Brachialis
Biceps Brachii, yang mempunyai 2 caput ; caput longum dan caput brevis.
Brachioradialis
Otot-otot Otot-otot tersebut di atas mempunyai aksi yang berbeda-beda berbeda-beda bergantung bergantung dari posisi posisi forearm (lengan bawah). Otot-otot lain yang berorigo dihumerus dan berinsersio di forearm juga berperan sebagai asesori fleksor seperti extensor carpi radialis longus dan pronator teres. Berdasarkan analisis electromyography dan didukung oleh literatur yang ada maka dapat disimpulkan bahwa :
Brachialis merupakan fleksor elbow yang kuat tanpa dipengaruhi oleh besarnya pronasi atau supinasi.
Biceps Brachii merupakan fleksor elbow yang kuat dengan lengan bawah dalam posisi supinasi dan juga mid-posisi ; dalam keadaan mid-posisi aksi supinatornya ditahan oleh pronator teres dan pronator quadratus.
Brachioradialis merupakan fleksor elbow yang kuat, terutama ketika lengan bawah dalam keadaan mid-posisi.
Kekuatan otot-otot di atas, secara relatif diperoleh dari moment lengan panjang. Jika dilakukan fleksi elbow secara isometrik pada 90o maka otot brachioradialis dapat dipalpasi dengan baik pada bagian anterior lengan bawah. Larson (1969) telah mengukur gaya fleksor elbow secara isometrik dengan fleksi elbow 65o, dan ternyata bahwa gaya maksimal terjadi pada saat forearm dalam posisi supinasi atau mid-posisi, sedangkan gaya minimal terjadi pada saat forearm dalam posisi pronasi. Besarnya gaya otot tersebut berkisar 420 + 120 newtons, 430 + 120 newtons, dan 390 + 120 newtons. 2. Extensi
77
Bab 8. Dinamika
Extensor elbow adalah triceps brachii dan anconeus. Triceps brachii mempunyai 3 caput yaitu caput longum, caput lateral dan caput medial. Lever arm gaya triceps secara signifikan dapat meningkatkan efektifitas triceps dalam posisi extensi elbow. Pauly et al. (1967) telah melakukan melakukan study electromy electromyography ography pada otot anconeus anconeus dan meny menyim impu pulk lkan an bahw bahwaa otot otot ters terseb ebut ut beke bekerj rjaa akti aktiff pada pada awal awal exte extens nsii elbo elbow, w, mempertahanka mempertahankan n extensi extensi dan menstabili menstabilisasi sasi elbow selama gerakan-gerak gerakan-gerakan an yang meliba melibatka tkan n extrem extremita itass superi superior. or. Sebagai Sebagai contoh contoh,, kontrak kontraksi si yang yang aktif aktif pada pada otot otot anconeus selama gerakan fleksi – extensi jari-jari tangan yang kuat. Otot-otot lain diseki disekitar tar elbow elbow sepert sepertii biceps biceps brachi brachii, i, brachi brachiora oradial dialis, is, dan tricep tricepss brachi brachii, i, juga juga berpar berparti tisip sipasi asi dalam dalam stabil stabilisa isasi si elbow. elbow. Currie Currierr (1972) (1972) telah telah menggu menggunaka nakan n kabel kabel tensiometer untuk mengukur gaya maksimal extensi secara isometrik pada 41 laki-laki dengan derajat fleksi yang berbeda-beda. Maksimal tension terjadi pada 90o fleksi dengan besar 220 newtons. 3. Pronasi
Otot-otot pronasi adalah pronator teres dan pronator quadratus. Sementara pronator quadrat quadratus us merupa merupakan kan otot otot yang yang efekti efektiff dalam dalam segala segala posisi posisi baik fleksi fleksi maupun maupun extensi, tetapi gaya yang dihasilkan oleh otot pronator teres mempunyai lever arm yang lebih pendek ketika elbow extensi penuh. Steindler (1970) telah menemukan bahwa otot-otot lain seperti fleksor carpi radialis dapat berperan sebagai pronator asesori. 4. Supinasi
Secara primer, ada 2 otot yang terlibat yaitu supinator dan biceps brachii. Aksi dari otot ini tidak dipengaruhi oleh besarnya derajat fleksi dan extensi elbow. Ketika biceps brachii bertindak sebagai supinator, maka aksi dari extensor elbow (triceps dan anconeus) sangat diperlukan untuk menetralisir aksi fleksor dari otot tersebut. ROM elbow yang normal sangat diperlukan untuk berbagai aktivitas yang melibatkan elbow atau extremitas superior. Push-up atau berjalan dengan kruk memerlukan hampir gerakan full extensi. Makan dan make-up wajah memerlukan lebih banyak fleksi elbow. Membuka pintu dan menerima koin memerlukan lebih banyak gerakan supinasi. Menulis dan menyeterika memerlukan pronasi lengan bawah. 78
Bab 8. Dinamika
C. DINA DINAMI MIKA KA HIP HIP
Selama Selama level level berjal berjalan, an, terjad terjadii gerakan gerakan pada hip joint joint dengan dengan ROM yang bervar bervarias iasi. i. Murray Murray (1967) menggunakan menggunakan electrogoni electrogoniometer ometer untuk mengukur mengukur ROM hip pada bidang gerak gerak sagit sagital al selama selama level level berjal berjalan. an. Dari Dari hasil hasil penguku pengukuran ran ditemu ditemukan kan bahwa bahwa fleksi fleksi maksimal (35o – 40o) terjadi pada akhir swing phase saat anggota gerak bawah bergerak ke depan untuk mencapai heel strike, sedangkan extensi maksimum terjadi pada saat heeloff. (gbr. 8.2). Sedangkan pada bidang gerak frontal dan transversal telah diukur secara electrogoniometer oleh Johnson & Smith. Pada bidang gerak frontal, abduksi terjadi selama swing phase dan maksimum abduksi terjadi setelah toe-off ; sebaliknya pada heel strike, hip joint dalam posisi adduksi sampai pada akhir stance phase. Pada bidang gerak transversal, hip joint dalam posisi external rotasi selama swing phase, sedangkan internal rotasi terjadi sebelum heel strike sampai akhir stance phase. Rata-rata ROM yang tercatat pada 33 laki-laki normal adalah 12o pada bidang gerak frontal dan 13o pada bidang gerak transversal. Murray et al. (1969) telah mempelajari pola berjalan pada 67 laki-laki normal dengan ber berat at dan dan ting tinggi gi yang yang sama sama teta tetapi pi usia usia yang yang bera beraga gam m anta antara ra 20 – 87 tahu tahun n dan dan dibandingkan pola berjalannya. Nampak terdapat perbedaan dalam posisi body sagital antara laki-laki usia tua dengan muda pada saat heel strike, seperti pada gambar 8.3. Pada laki-laki tua, nampak pemanjangan tungkai yang lebih pendek, terjadi penurunan ROM hip fleksi-extensi, serta terjadi penurunan plantar fleksi ankle dan elevasi jari-jari kaki pada tungkai bagian depan. Sementara Johnston & Smidt telah mengukur ROM hip joint pada 33 laki-laki normal selama aktivitas kegiatan sehari-hari. Hasil pengukuran ROM hip joint pada 3 bidang gerak selama aktivitas kegiatan sehari-hari dapat dilihat pada tabel. 8.1
79
Bab 8. Dinamika
80
Bab 8. Dinamika
Tabel 8.1 Nilai Pengukuran ROM Maksimum Hip pada 3 b idang gerak selama AKS No .
Aktivitas
Bidang Gerak
Nilai ROM yang tercatat
80
Bab 8. Dinamika
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Sagital
124o
Frontal
19o
Transversal
15o
Mengikat sepatu dengan kaki menyilang di
Sagital
110o
atas paha
Frontal
23o
Transversal
33o
Sagital
104o
Frontal
20o
Transversal
17o
Berhenti Berhenti berjalan berjalan untuk mengambil sesuatu sesuatu
Sagital
117o
dari lantai
Frontal
21o
Transversal
18o
Sagital
122o
Frontal
28o
Transversal
26o
Sagital
67o
Frontal
16o
Transversal
18o
Mengikat sepatu dengan kaki di atas lantai
Duduk di atas kursi kemudian naik dari kursi
Squat / jongkok
Menaiki tangga
81
Bab 8. Dinamika
Nilai ROM yang diperoleh pada beberapa aktivitas menunjukkan bahwa fleksi hip sekitar 120o, abduksi sekitar 20o, dan external rotasi sekitar 20o. Menurut Paul, beban yang terjadi pada hip selama level berjalan menunjukkan bahwa ada 2 gaya gaya maks maksim imal al pada pada laki laki-l -lak akii terj terjad adii sela selama ma stan stance ce phase phase keti ketika ka abduk abdukto tors rs hip hip berkontraksi untuk menstabilisasi pelvis, yakni gaya sekitar 4x BB terjadi setelah heel strike, dan gaya yang lebih besar sekitar 7x BB terjadi sebelum toe-off. Sedangkan pada wanita, besarnya gaya sedikit berbeda dimana gaya maksimum hanya sekitar 4x BB terjadi pada akhir stance phase (gbr. 8.4a & b). Selama foot flat, gaya reaksi sendi pada tungkai yang satu akan menurun sampai kurang dari besarnya BB. Sedangkan selama swing phase, gaya reaksi sendi dihasilkan oleh kontraksi extensors hip dan besarnya gaya tersebut relatif rendah, yakni sama dengan besarnya besarnya BB. Sementara Sementara pada wanita, wanita, rendahnya rendahnya gaya reaksi reaksi sendi mungkin disebabkan disebabkan oleh beberapa faktor yaitu : pelvis wanita yang lebih lebar, perbedaan sudut inklinasi neck-shaft femur, perbedaan alas kaki, dan perbedaan pola berjalan secara umum. Penelitian Rydell (1965) yang menggunakan instrumen prosthese menunjukkan bahwa gaya reaksi sendi akan meningkat pada caput femur selama stance phase, dan semakin cepat berjalan maka gaya reaksi sendi semakin meningkat pula. Bagi pasien post-op fraktur neck femur dengan menggunakan nail plate pada neck femur, menunjukkan bahwa gaya yang bekerja pada hip joint dapat mencapai 4x BB ketika pasien pasien menggunakan kedua elbow dan tumitnya tumitnya untuk mengangkat pantat dan hipnya hipnya di atas atas depan depan (untuk (untuk BAB/BA BAB/BAK). K). Gaya Gaya ini dapat dapat berkur berkurang ang secara secara drasti drastiss jika jika pasien pasien mengg menggun unaka akan n reks reksto tok k gant gantun ung g (sus (suspe pens nsio ion) n) seba sebagai gai bant bantua uan n bagi bagi tanga tangan n untu untuk k mengangkat pantat dan hipnya. Penggunaan gips spica hip (spica cast) dapat mengurangi gaya yang bekerja pada hip sekitar 2/3 BB selama aktivitas di tempat tidur. Menurut Pauwels (1936), Blount (1956) & Denham (1959) bahwa penggunaan external support seperti tongkat / kruk pada sisi kontralateral dari hip yang terganggu atau telah dioper dioperasi asi,, menunj menunjukka ukkan n adanya adanya penuru penurunan nan gaya gaya reaksi reaksi sendi sendi pada pada hip joint joint karena karena penggunaan support tersebut dapat menurunkan besarnya kontraksi abduktors hip.
82
Bab 8. Dinamika
D. DINA DINAMI MIKA KA KNEE KNEE
Selama level berjalan, juga terjadi gerakan pada tibiofemoral joint dengan ROM yang beragam. Murray et al. (1964) telah menggunakan electrogoniometer untuk mengukur besarnya ROM tibiofemoral joint pada bidang gerak sagital selama level berjalan. Selama siklus berjalan, ternyata knee (tibiofemoral joint) tidak pernah terjadi extensi full tetapi hanya mendekatinya sekitar 5o fleksi, yang terjadi pada awal stance phase yaitu heel strike dan pada akhir stance phase sebelum toe-off. Sedangkan maksimum fleksi sekitar 75o terjadi selama middle swing phase.
83
Bab 8. Dinamika
Leven Levenss et al. al. (194 (1948) 8) juga juga meng menguku ukurr ROM ROM tibi tibiof ofem emor oral al join jointt pada pada bida bidang ng gera gerak k trans transver versal sal selama selama siklus siklus berjal berjalan, an, dengan dengan menggun menggunaka akan n teknik teknik photogr photographi aphicc dan memasang sebuah pin skeletal dari femur ke tibia. Dia menemukan pada 12 orang coba bahwa total rotasi tibia terhadap femur berkisar dari 4,1o sampai 13,3o dengan nilai ratarata ata
8,6 8,6o.
Sedan edangk gkan an menur enurut ut Ket Kettel telkamp kamp et al. al.
(197 (1970) 0) yang yang meng menggu guna naka kan n
electrogoniometer pada 22 orang coba, menemukan bahwa besarnya rotasi selama siklus berjalan sedikit lebih besar daripada penemuan Levens et al. Dia juga menemukan bahwa exte extern rnal al rota rotasi si terj terjadi adi sela selama ma exten extensi si knee knee pada pada saat saat stanc stancee phase phase dan dan menc mencap apai ai puncaknya pada akhir swing phase tepat sebelum heel strike, dan internal rotasi terjadi selama fleksi knee pada saat swing phase. pha se. Kettelkamp et al. (1970) juga mengukur ROM tibiofemoral joint pada bidang gerak frontal selama siklus berjalan dengan orang coba sebanyak 22 orang. Dia menemukan bahwa maksimal abduksi terjadi selama extensi knee pada saat heel strike dan awal stance phase, sedangkan maksimal adduksi terjadi selama fleksi knee pada swing phase. Total gerakan tersebut (abduksi & adduksi) sekitar 11o. Selama aktivitas kegiatan sehari-hari, ROM tibiofemoral joint pada bidang gerak sagital juga telah diukur oleh Kettelkamp et al. (1970) & Laubenthal et al. (1972). Besarnya ROM tersebut dapat dilihat pada Tabel 8.2 Tabel 8.2 Besarnya ROM Tibiofemoral Joint pada Bidang Gerak Sagital Selama AKS No.
Nilai ROM dari extensi knee
Jenis Aktivitas
Sampai fleksi knee 0 – 67o
1.
Berjalan
2.
Naik Tangga
0 – 83o
3.
Turun Tangga
0 – 90o
82
Bab 8. Dinamika
4.
Duduk dibawah
0 – 93o
5.
Mengikat sepatu
0 – 106o
6.
Mengangkat suatu obyek
0 – 117o
Gangguan Gangguan internal internal pada tibiofemor tibiofemoral al joint dapat mengganggu mengganggu terjadiny terjadinyaa mekanisme mekanisme screw-home, yaitu mekanisme gerakan kombinasi extensi dengan external rotasi tibia. Mekanisme screw-home selalu terjadi pada knee normal selama gerakan. Mekanisme ini dapat memberikan stabilitas yang lebih kuat pada knee. Untuk melihat mekanisme screwhome dapat digunakan Helfet test . Tes ini dilakukan dalam posisi duduk dengan kaki terjun terjuntai tai (high (high sittin sitting). g). Kemudi Kemudian an tepi tepi medial medial dan lateral lateral patell patellaa diberi diberi tanda, tanda, lalu lalu tubero tuberosit sitas as tibia tibia dan midlin midlinee (garis (garis tengah) tengah) patell patellaa diberi diberi tanda tanda garis, garis, dan diperi diperiksa ksa apak apakah ah seja sejaja jarr atau atau tida tidak k antar antaraa tube tubero rosi sita tass tibi tibiaa denga dengan n pate patell lla. a. Kemu Kemudi dian an knee knee diextensikan secara penuh dan gerakan tuberositas tibia diobservasi. Pada knee yang normal, tuberositas tibia akan bergerak kearah lateral selama extensi dan segaris dengan ½ lateral patella pada saat extensi full. Sedangkan pada knee yang abnormal, tidak terjadi gerakan gerakan extern external al rotasi rotasi tibia tibia selama selama extens extensii karena karena adanya adanya peruba perubahan han gerakan gerakan pada pada permukaan sendi, sehingga secara abnormal tibiofemoral joint akan terkompressi jika knee dipaksa untuk extensi dan menyebabkan permukaan sendi akan rusak. Pada patellofemoral joint, gerakan kearah fleksi penuh akan menyebabkan patella slide kearah caudal sekitar 7 cm di atas condylus femur dan patella masuk ke dalam sulcus intercondylaris. Dari extensi penuh ke 90o fleksi, facet medial dan lateral femur masih berse bersendi ndi dengan dengan patell patella, a, sedangk sedangkan an di atas atas 90o fleksi fleksi,, patell patellaa akan akan berota berotasi si kearah kearah external sehingga hanya facet medial femur yang bersendi dengan patella. Sebaliknya gerakan kearah extensi penuh akan menyebabkan patella slide kearah cranial (kembali ke posisinya semula).
83
Bab 8. Dinamika
Untuk mengetahui besar maksimum dari gaya reaksi sendi, gaya otot dan gaya ligamen pada tibiofemoral joint selama siklus berjalan maka digunakan analisis dinamik. Morrison (1970) telah menghitung besarnya gaya reaksi sendi yang ditransmisikan melalui dataran tibia pada laki-laki dan perempuan selama siklus berjalan. Secara simultan dia mencatat adanya aktivitas otot melalui EMG untuk menentukan besar maksimum dari gaya tersebut pada dataran tibia selama fase berjalan (gbr. 8.5). Gaya reaksi sendi akan mencapai 2 – 3 kali BB pada saat heel strike, yang dihasilkan oleh kontraksi otot hamstring. Selama fleksi knee pada awal stance phase (foot flat – awal trunk glide), gaya reaksi sendi mencapai sekitar 2x BB yang dihasilkan oleh kontraksi otot quadriceps femoris. Gaya reaksi sendi yang maksimal terjadi selama akhir stance phase tepatnya sebelum toe-off (sekitar 2 – 4 kali BB), yang dihasilkan oleh kontraksi otot gastrocnemius gastrocnemius,, dimana bervariasi bervariasi pada setiap individu. individu. Pada akhir swing phase, kontraksi otot hamstring menghasilkan gaya reaksi sendi yang sama dengan BB. Pada laki-laki dan perempuan, tidak ada perbedaan yang signifikan tentang besarnya gaya reaksi sendi. Pada Pada knee normal normal,, gaya gaya reaksi reaksi sendi sendi disang disanggah gah oleh oleh menisk meniskus us dan cartil cartilago ago sendi. sendi. Penelitia Penelitian n Sedhom et al. (1974) yang memeriksa memeriksa distribusi distribusi stress pada knee dengan dan tanpa tanpa menisk meniskus us pada pada in vitro, vitro, menunj menunjukka ukkan n bahwa bahwa dalam dalam kondisi kondisi penumpuan penumpuan BB besarnya stress pada tibiofemoral joint ketika meniskus telah robek akan mencapai 3x lebih besar daripada meniskus masih utuh. Pada knee normal, beban stress akan didistribusikan secara merata di atas area yang lebar pada dataran tibia, tetapi jika meniskus robek maka beban stress tidak didistribusikan secara merata melainkan hanya terbatas pada area kontak didalam pusat dataran tibia. Dengan demikian, kerobekan meniskus tidak hanya meningkatkan besarnya stress pada cartilago sendi di pusat dataran tibia, tetapi juga mengurangi ukuran dan mengubah lokasi dari area kontak. Stress Stress yang tinggi tinggi dalam waktu yang lama pada area kontak yang kecil akan berbahaya bagi cartilago cartilago (terjadi (terjadi kerobekan), kerobekan), dimana dimana akan terbentuk fibril didalam area tersebut. Gaya yang ditopang oleh ligamen-ligamen lebih rendah daripada gaya yang bekerja pada dataran tibia. Morrison (1970) telah menghitung gaya yang bekerja pada ligamen-ligamen 84
Bab 8. Dinamika
knee selama siklus berjalan. Dia menemukan menemukan bahwa lig. Cruciatum Cruciatum posterior posterior menopang gaya yang paling tinggi sekitar ½ BB, dimana terjadi pada saat heel strike dan pada akhir stance phase. Fungsi Patella Patella mempunyai 2 fungsi biomekanik yang utama, yakni : 1. Membantu Membantu gerakan gerakan extensi extensi knee dengan memanj memanjangkan angkan lever lever arm quadrice quadriceps ps femoris femoris pada seluruh ROM-nya. 2. Member Memberika ikan n distr distribu ibusi si yang lebih baik terhadap terhadap beban stress stress kompresi kompresi dari femur (bagian distal) dengan meningkatkan area kontak diantara tendon patella & femur.
85
Bab 8. Dinamika
Kontribusi patella terhadap panjang lever arm gaya quadriceps dapat berubah dari fleksi penuh ke extensi penuh (Smidt, 1973 ; Lindahl & Movin, 1967). Pada saat fleksi penuh, gerakan gerakan patell patellaa member memberika ikan n kontri kontribus busii sekita sekitarr 10 % dari dari total total panjang panjang lever lever arm quadriceps. Sedangkan pada saat gerakan kearah extensi, panjang lever arm quadriceps meningkat secara cepat sampai 45o fleksi. Pada titik tersebut, patella memanjangkan lever arm quadriceps sekitar 30 %. Melewati 45o fleksi sampai mendekati extensi, panjang dari lever arm quadriceps sedikit menurun. Menurut Lieb & Perry (1968) bahwa besarnya gaya otot quadriceps yang diperlukan untuk mengextensikan knee meningkat sekitar 60% pada akhir 15o fleksi, karena terjadi penurunan panjang lever arm quadriceps sehingga dibutuhkan gaya otot yang besar untuk menghasilkan torque disekitar knee. Pada kasus patellectomy (pengangkatan patella), tendon patella lebih dekat dengan pusat axis dari tibiofemoral joint (gbr. 8.6). Pada situasi ini, lever arm quadriceps menjadi lebih pendek, sehingga dibutuhkan gaya otot yang lebih besar daripada kondisi normal. Pada gerakan aktif extensi akan membutuhkan gaya otot sebesar 30% lebih besar daripada gaya otot normal (Kaufer, 1971). Gaya otot yang sangat besar ini menyebabkan otot quadriceps femoris bekerja melampaui kapasitas otot tersebut, sehingga berbahaya bagi orang-orang yang mengalami gangguan intraartikular. Selama aktivitas, kontraksi otot quadriceps dan berat tubuh dapat menghasilkan gaya pada patellofemoral patellofemoral joint. Gaya tersebut tersebut sangat dipengaruhi dipengaruhi oleh besarnya derajat fleksi fleksi knee yang berkaitan dengan kontraksi otot quadriceps. Derajat fleksi knee yang besar dapat menghasilkan gaya otot quadriceps yang tinggi sehingga resultan gaya reaksi sendi lebih tinggi pada patellofemoral joint. Selama level berjalan, nilai maksimum dari gaya tersebut tersebut mencapai ½ BB, yang terjadi terjadi selama middle stance phase karena menghasilkan menghasilkan derajat fleksi knee yang terbesar pada fase tersebut. Selama aktivitas naik-turun tangga yang memerlukan derajat fleksi knee yang lebih besar, akan menghasilkan gaya reaksi sendi pada patellofemoral joint yang lebih tinggi sekitar 3,3x BB. Semakin besar derajat fleks fleksii knee maka maka gaya gaya reaksi reaksi sendi sendi semaki semakin n tinggi tinggi dibandi dibandingka ngkan n dengan dengan gaya gaya otot otot quadriceps (gbr. 8.7). Bagi pasien yang mengalami gangguan pada patellofemoral joint akan merasakan nyeri yang hebat ketika melakukan melakukan aktivitas yang memerlukan memerlukan derajat derajat fleksi fleksi knee yang besar. 85
Bab 8. Dinamika
Mekanisme yang efektif untuk menurunkan gaya reaksi sendi tersebut adalah menjaga atau mempertahankan derajat fleksi knee tetap rendah. Pada 90o fleksi, gaya reaksi sendi tersebut adalah nol (0). Gaya ini akan meningkat dengan cepat pada saat terjadi gerakan kearah extensi dan mencapai nilai maksimum sekitar 1,4x BB pada 36o fleksi knee. Melewati 36o fleksi (kearah extensi), gaya ini mulai menurun dengan cepat mencapai ½ BB pada saat extensi penuh. Gaya otot quadriceps juga bernilai nol (0) pada saat 90o fleksi dan meningkat dengan cepat pada saat terjadi gerakan kearah extensi serta mencapai nilai maksimum pada saat extensi penuh (gbr. 8.8). Jika diberikan manual resisten pada 90o fleksi (tahanan di tibia bagian distal), maka gaya reaksi sendi akan mencapai 1,4x BB dan menurun secara menetap jika digerakkan kearah extensi (gbr. 8.9). Kenyataannya bahwa gaya reaksi sendi adalah rendah pada saat extensi penuh, sehingga bagi pasien yang mengalami gangguan pada patellofemoral joint dapat melakukan latihan melawan tahanan dengan sedikit nyeri pada 20o fleksi knee atau lebih rendah.
E. DINA DINAMI MIKA KA ANKL ANKLE E
ROM normal pada ankle joint selama berjalan telah dipelajari secara meluas oleh Murray et al. (1964), Wright et al., 1964, Lamoreaux (1971), & Stauffer et al. (1977). Sammarco et al. (1973) telah mempelajari ROM total pada bidang gerak sagital secara rontgenography dan mencatat nilai rata-rata ROM selama berjalan pada 24 orang normal dengan usia antara 20 – 60 tahun. Dia menemukan bahwa ROM totalnya bervariasi antara 24 – 75o dengan nilai rata-rata rata-rata 43 + 12.7o, dan kecenderungan menurun pada usia tua. Besarnya ROM dorsifleksi dan plantarfleksi hampir sama yaitu 21o dan 23o. Stauffer et al. juga telah mempelajari ROM normal dengan 2 pola berjalan yang berbeda pada 5 orang laki-laki. Dia menemukan bahwa besarnya ROM plantar fleksi pada saat heel strike akan menur menurun un denga dengan n pola pola berj berjal alan an yang yang cepat cepat (60 (60 langk langkah ah/m /meni enit) t).. Seda Sedangk ngkan an ROM ROM dorsifleksi, secara esensial tidak berubah. Bagi pasien-pasien yang mengalami gangguan pada ankle joint, menurut Sammarco et al. (1973) (1973) menunj menunjukk ukkan an penuru penurunan nan ROM pada bidang bidang gerak gerak sagita sagitall selama selama berjal berjalan. an. Penurunan ROM yang paling besar pada pasien-pasien tersebut adalah dorsifleksi. 86
Bab 8. Dinamika
Stauffer et al. (1977) juga telah mempelajari beban pada ankle joint selama berjalan dengan menggunakan sebuah plate gaya, photography kecepatan tinggi, rontgenogram, & kalkulasi free body. Mereka telah menentukan bahwa gaya kompressi dan shear yang bekerja pada ankle joint selama stance phase, dan dihitung besarnya gaya tersebut pada orang normal, serta pasien-pasien kondisi ankle sebelum dan setelah operasi pemasangan prosthese ankle. Pada Pada orang orang normal normal,, gaya gaya kompre kompressi ssi pada pada ankle ankle joint joint dihasi dihasilka lkan n oleh oleh kontrak kontraksi si otot otot gastrocnemius dan soleus yang ditransmisikan melalui tendon achilles. Gaya tersebut hanya hanya bekerj bekerjaa selama selama stance stance phase, phase, dimana dimana pada awal stance stance phase phase mencap mencapai ai gaya gaya sebesa sebesarr 20% BB. Sedang Sedangkan kan pada pada akhir akhir stance stance phase, phase, ketika ketika gaya gaya tendon tendon achill achilles es mencapai level tertinggi, gaya kompressi sendi mencapai nilai tertinggi sekitar 5x BB (gbr. 8.10a). Gaya shear juga mencapai nilai maksimum sekitar 0,8x BB tepatnya setelah mid-stance phase selama heel off (gbr. 8.10b) Bebera Beberapa pa pasien pasien kondisi kondisi ankle ankle menunj menunjukka ukkan n bahwa bahwa gaya gaya kompre kompressi ssi sendi sendi menuru menurun n sekitar 3x BB, begitu pula gaya shear. Menurut Greenwal (1971), bahwa ankle joint mempunyai permukaan tumpuan beban sekitar 11 – 13 cm2. Dengan permukaan tumpuan yang luas maka dapat menghasilkan gaya stress yang lebih rendah daripada knee atau hip. Jika terjadi minor deviasi pada konfigurasi anatomis sendi ankle, maka dapat menghasilkan perubahan yang besar dalam pola pola penumpu penumpuan an berat berat badan badan dan besarn besarnya ya beban beban maksim maksimum. um. Ramsey Ramsey & Hamilt Hamilton on memperhatikan adanya perubahan area kontak pada tibiotalar akibat bergesernya talus sisi lateral (gbr. 8.11). Hal ini sering terjadi pada sprain yang berat dan fraktur ankle joint. Jika Jika kondi kondisi si ini ini tidak tidak diko dikore reks ksii (dit (diter erap api) i) maka maka dapat dapat meny menyeba ebabk bkan an peru peruba baha han n biomekanik yang besar pada ankle joint. Pada kasus ini, talus sisi lateral hanya bergeser sekitar 1 – 2 mm, tetapi telah terjadi penurunan total area kontak pada talus dan area kontak utama telah bergeser ke sisi medial talus, sehingga dapat menghasilkan perubahan degeneratif awal pada ankle joint.
87
88
BIOMEKANIK TULANG
Tula Tulang ng berta bertangg nggun ung g jawa jawab b terh terhad adap ap 2 fung fungsi si meka mekani nika kall pent pentin ing g bagi bagi manu manusi sia. a. Pert Pertam ama, a, tula tulang ng memb member erik ikan an kera kerangk ngkaa skel skelet etal al yang yang kaku kaku untuk untuk meny menyang angga gah h dan dan melindungi jaringan-jaringan tubuh lainnya. Kedua, tulang membentuk suatu sistem lever yang kaku dan dapat digerakkan dengan gaya yang berasal dari otot yang melekat pada tulang tersebut. Pada bab ini akan dibahas tentang aspek biomekanik dari komposisi dan struktur tulang, pertumbuhan dan perkembangan tulang, dan respon tulang terhadap beban stress. A. Komposi Komposisi si dan Struktu Strukturr Jaringan Jaringan Tulang Tulang
Kandungan unsur/bahan dan organisasi struktural dari tulang dapat mempengaruhi cara cara tula tulang ng mere meresp spon on adan adanya ya beban beban mekan mekanik ikal al.. Komp Kompos osis isii dan dan stru strukt ktur ur tula tulang ng menghasilkan suatu bahan/unsur yang kuat untuk beban yang relatif ringan. Kandungan Bahan/Unsur Tulang
Bangunan utama dari tulang adalah kalsium karbonate, kalsium fosfat, collagen dan air. Persentase relatif dari unsur tulang ini bervariasi pada kelompok usia dan kesehatan tulang. Secara umum, kalsium karbonate dan kalsium fosfat membentuk sekitar 60% 70% dari berat kering kering tulang. tulang. Mineral-mi Mineral-mineral neral tersebut memberikan memberikan kekakuan kekakuan pada tulang tulang dan secara secara utama utama menent menentukan ukan kekuata kekuatan n kompre kompressi ssi tulang tulang.. Minera Mineral-m l-mine ineral ral lainnya meliputi magnesium, sodium, dan fluoride, juga memiliki peran struktural vital dan dan pera peran n meta metabol bolik ik terh terhad adap ap pert pertum umbuh buhan an dan dan perke perkemb mban angan gan tula tulang ng.. Coll Collag agen en merupakan protein yang dapat memberikan fleksibilitas pada tulang dan memberikan kontribusi terhadap kekuatan regangan (tensile) tulang. Kandungan air pada tulang membentuk sekitar 25% - 30% dari berat total tulang. Air yang terdapat pada jaringan tulang merupakan kontributor penting terhadap kekuatan tulang. Aliran air melalui tulang juga membawa nutrisi ke sel-sel tulang dan membawa sisa-sisa/sampah metabolik dari sel-sel tulang kedalam matriks mineral. Disamping itu, air mengangku mengangkutt ion-io ion-ion n minera minerall ke tulang tulang dan dari dari tulang tulang untuk untuk penyim penyimpana panan n dan penggunaan berikutnya oleh jaringan tubuh ketika dibutuhkan.
88
89
Organisasi Struktural
Persentase relatif dari mineral tulang tidak hanya bervariasi pada setiap usia tetapi juga juga pada pada tulang tulang spesif spesifik ik dari dari tubuh. tubuh. Beberap Beberapaa tulang tulang lebih lebih berpor berpori-p i-pori ori (mudah (mudah menyerap) menyerap) daripada tulang lainnya. lainnya. Tulang Tulang yang lebih berpori-pori berpori-pori lebih kecil proporsi proporsi kalsium karbonate dan kalsium fosfat, dan lebih besar proporsi dari jaringan nonmineral. Jaringan tulang telah dikelompokkan kedalam 2 kategori berdasarkan porositasnya (pori pori) (lihat gambar 1). Jika porositasnya rendah, maka 5% - 30% volume tulang diisi oleh jaringan nonmineral nonmineral,, sehingga sehingga jaringan jaringan tersebut tersebut disebut disebut dengan tulang kortikal. kortikal. Jaringan tulang yang memiliki porositas yang relatif tinggi maka 30% sampai lebih besar dari 90% volume tulang diisi oleh jaringan nonmineral, yang dikenal dengan tulang spongy, cancellous, atau tulang trabecular. Tulang trabecular memiliki struktur sarang laba-l laba-laba aba dengan dengan susuna susunan n verti vertikal kal dan horizo horizonta ntall minera mineral, l, dinama dinamakan kan trabec trabecula ulae, e, membent membentuk uk sel-se sel-sell yang yang terisi terisi dengan dengan sumsum sumsum tulang tulang dan lemak. lemak. Tulang Tulang korti kortikal kal mengandung jaringan konektif mineral yang padat dengan porositas yang rendah dan ditemukan pada batang tulang panjang. Tulang trabecular mengandung jaringan konektif mineral yang kurang padat dengan porositas yang tinggi, ditemukan pada ujung-ujung tulang panjang dan vertebra.
Gambar 1. Struktur tulang kortikal dan trabecular
89
90
Porosi Porositas tas tulang tulang merupa merupakan kan hal yang yang menari menarik k karena karena porosi porositas tas tulang tulang secara secara langsu langsung ng mempeng mempengaru aruhi hi karakt karakteri eristi stik k mekani mekanikal kal dari dari jaring jaringan. an. Dengan Dengan kandung kandungan an mineral yang lebih tinggi maka tulang kortikal akan lebih kaku, sehingga tulang tersebut dapat menahan stress yang lebih besar tetapi kurang kuat menahan strain atau deformasi relatif daripada tulang trabecular. Karena tulang trabecular lebih bersifat spons daripada tulang kortikal, maka dapat lebih banyak mengalami strain sebelum fraktur. Strain adalah besarnya deformasi yang dibagi oleh panjang awal struktur atau oleh orientasi angular awal struktur. Batang tulang panjang tersusun oleh tulang kortikal yang kuat (lihat gambar 2). Tulang trabecular yang relatif tinggi terdapat pada vertebra, yang memberikan kontribusi terhadap kemampuan shock absorber. Tulang trabecular dapat berkembang menjadi 4 tipe struktur, bergantung pada apakah tulang tersebut harus menahan gaya yang relatif tinggi atau relatif rendah dan apakah beban utamanya adalah beban axial (tension atau kompre kompressi ssi)) atau atau asimet asimetris ris (bendi (bending/ ng/pem pemben bengkok gkokan) an).. Maka Maka dari dari itu, itu, kekuat kekuatan an dan elastisitas tulang trabecular sangat bervariasi sesuai dengan lokasinya pada tubuh serta sesuai dengan usia dan kesehatan seseorang.
Gambar 2. Contoh tulang kortikal dan tulang trabecular Baik tulang kortikal dan tulang trabecular adalah anisotropic; anisotropic adalah tulang tulang yang yang memper memperli lihat hatkan kan kekuata kekuatan n dan kekakua kekakuan n yang yang berbeda berbeda sebagai sebagai respon respon
90
91
terhad terhadap ap gaya gaya yang yang diapli diaplikas kasika ikan n dari dari arah arah yang yang berbeda berbeda-be -beda. da. Tulang Tulang paling paling kuat menahan stress kompressi dan paling lemah menahan stress shear. Tipe Tulang
Struktur dan bentuk dari 206 tulang pada tubuh manusia dapat memungkinkan manusia melakukan fungsi spesifik secara penuh. Secara nominal, sistem skeletal terbagi kedalam sentral atau axial skeleton dan perifer atau appendicular skeleton (lihat gambar 3). Axial skeleton meliputi tulang-tulang yang membentuk axis tubuh yaitu tengkorak, vertebra, vertebra, sternum sternum dan costa. costa. Tulang-tula Tulang-tulang ng lainnya lainnya membentuk membentuk tambahan/pel tambahan/pelengkap engkap tubuh tubuh atau atau appendi appendicul cular ar skelet skeleton. on. Tulang Tulang-tu -tulan lang g juga juga dikate dikategor gorika ikan n secara secara umum umum menurut bentuk dan fungsinya.
Gambar 3. Pembagian sistem skeletal
91
92
Tulang pendek seperti kubus meliputi tulang-tulang carpal dan tarsal (lihat gambar 4). Tulang-tulang ini memberikan keterbatasan gerak slide dan berperan sebagai shock absorber. Tulang datar juga digambarkan dari namanya (lihat gambar 4). Tulang-tulang ini melindungi organ-organ dan jaringan lunak yang terletak didalamnya serta memberikan area area yang yang luas luas untuk untuk perlek perlekata atan n otot otot dan ligame ligamen. n. Tulang Tulang datar datar melipu meliputi ti scapul scapula, a, ster sternu num, m,
cost costa, a,
pate patell lla, a,
dan dan
beberapa tulang tengkorak. Tula Tulang ng ber berat atur uran an)) ben benttuk
irre irregu gula larr
(tid (tidak ak
memi memili liki ki
bentu bentukk-
yang ang
berb berbed edaa
untu untuk k
memenuh memenuhii fungsi fungsi khusus khusus pada pada tubuh manusia (lihat gambar 4). Sebagai memiliki terow erowon onga gan n
contoh, sebuah prot protek eksi si
vertebra tulang, unt untuk
spinal spinal cord, memiliki memiliki beberapa beberapa processus untuk perlekatan otot dan dan tula tulang ng,, dan meny menyan angga ggah h ber berat at dari dari bagi bagian an atas atas tubu tubuh h sementa ntara
memungkinkan
gera geraka kan n trun trunk k pada pada selu seluru ruh h 3 bidang
utama.
Sacrum,
coccyg coccygeus eus,, dan maxill maxillaa adalah adalah contoh lain dari tulang irregular.
Gambar 4. Contoh tulang pendek, tulang datar, tulang tidak beraturan, & tulang panjang
92
93
Tulang panjang membentuk kerangka dari appendicular skeleton (lihat gambar 4). Appendicula Appendicularr skeleton skeleton terdiri terdiri dari tulang panjang, batang silindris silindris yang kasar (juga dinamakan dinamakan dengan tubuh atau diaphysis) diaphysis) dari tulang tulang cortical, cortical, dengan ujungnya seperti seperti bola dikenal sebagai condylus, tuberculum, atau tuberositas. Suatu cartilago sendi yang self-lubrikasi dapat melindungi ujung tulang panjang dari pengausan pada titik kontak dengan tulang lainnya. Tulang panjang juga memiliki area rongga sentral yang dikenal sebagai cavitas atau canal medullaris. Tulang panjang disesuaikan dengan ukuran dan beratnya untuk fungsi biomekanis khusus. Tibia dan femur adalah tulang yang besar dan berat/padat untuk menyanggah berat tubuh. Tulang panjang pada extremitas superior meliputi humerus, radius, dan ulna adalah tulang yang lebih kecil dan lebih ringan untuk memperlancar pergerakan yang mudah. Tulang panjang lainnya meliputi clavicula, fibula, metatarsal, metacarpal, dan phalang. B. Pertum Pertumbuha buhan n dan Perkem Perkembang bangan an Tulang Tulang
Tulang mulai tumbuh pada awal perkembangan perkembangan janin, janin, dan secara kontinyu kontinyu terjadi perubahan komposisi dan struktur selama masa kehidupan. Beberapa perubahan tersebut adalah pertumbuhan normal dan kematangan tulang. Pertumbuhan Longitudinal
Pert Pertum umbu buhan han long longit itud udin inal al dari dari tula tulang ng terj terjad adii pada pada epip epiphy hysi siss atau atau data datara ran n epiphyseal (lihat gambar 5). Epiphysis adalah diskus cartilaginous yang ditemukan dekat ujung tulang panjang. Secara kontinyu sisi diaphysis (sentral) pada setiap epiphysis akan menghasilkan sel-sel tulang baru. Selama atau segera memasuki usia remaja dataran epiphyseal menghilang dan terjadi penyatuan tulang, merupakan akhir dari pertumbuhan longitudinal. Sebagian besar epiphysis merapat pada usia sekitar 18 tahun, meskipun beberapa epiphysis mungkin masih ada sampai pada usia sekitar 25 tahun. Penyatuan dataran epiphyseal berdasarkan pada regio tulang dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
93
94
Tabel 2. Perkiraan usia terjadinya penutupan/penyatuan epiphyseal
1. 2.
3.
4.
Regio (tulang) Colum Columna na Verte Vertebr bral alis is Thora oraks : a. Sternum b. Costa Extrem Extremita itass Superi Superior or a. Clav Clavic icul ulaa b. b. Scap Scapul ulaa c. Hume Humerrus : Caput menyatu dengan shaft Epicondylus lateral Epicondylus medial d. Ulna Olecranon Ujung bawah e. Radius Caput dan shaft Ujung bawah ke shaft Extrem Extremita itass Inferi Inferior or a. Tula Tulang ng pelv pelvic ic Rami inferior pubis dan ischium Acetabulum b. b. Femur emur Trochanter major dan minor Caput femur Ujung bawah femur c. Tibia Ujung atas tibia Ujung bawah tibia d. Fibul ibulaa Ujung atas Ujung bawah
Usia (tahun) 25 25 25 25 15 – 17 20 16 – 17 18 16 20 18 – 19 20
7–8 20 – 25 18 18 20 20 18 25 20
Pertumbuhan Circumferential
Tulang panjang akan tumbuh diameternya sepanjang masa kehidupan, meskipun sebagian besar terjadi pertumbuhan tulang yang cepat sebelum usia dewasa. Lapisan bagian bagian dalam dari periosteum periosteum membentuk lapisan jaringan tulang baru yang konsentrik konsentrik
94
95
(kea (keara rah h pusa pusat) t) pada pada punc puncak ak sala salah h satu satu tula tulang ng.. Pada Pada saat saat yang yang sama sama,, tula tulang ng akan akan diabsorbsi kembali atau dihilangkan sekitar circumferensia cavitas medullaris, sehingga secara kontinyu diameter cavitas membesar. Hal ini dapat terjadi dengan berbagai cara antara lain dengan stress bending (pembengkokan) dan stress torsional pada tulang yang relatif masih konstan.
Gambar 5. Dataran Dataran epiphyseal epiphyseal adalah lokasi pertumbuhan pertumbuhan longitudinal longitudinal pada tulang tulang yang belum matang Perubahan pada ukuran dan bentuk tulang tersebut adalah kerja dari sel-sel khusus yang disebut dengan osteoblast osteoblast dan osteoclast osteoclast,, dimana dimana masing-mas masing-masing ing membentuk membentuk dan mengabsorbsi jaringan tulang. Pada tulang dewasa yang sehat aktivitas osteoblast dan osteoclast sangat seimbang. Perkembangan tulang dewasa
Disana, terjadi hilangnya collagen secara progresif dan meningkatnya kerapuhan tulang sejalan dengan usia. Maka dari itu, tulang anak-anak lebih lunak/lembut daripada tulang orang dewasa. Secara normal, mineral tulang terakumulasi (tertimbun) pada masa kanak-kanak dan masa remaja, mencapai puncaknya pada usia sekitar 25 – 28 tahun wanita dan usia sekitar 30 – 35 tahun laki-laki. Mengenai masa puncak ini, beberapa peneliti tidak sependapat tentang lamanya waktu kepadatan tulang masih konstan. Bagaimanapun juga, kaitannya kaitannya dengan usia, usia, kemunduran kemunduran yang progresif progresif dari kepadatan tulang dan kekuatan
95
96
tulang pada laki-laki dan wanita akan mulai secepatnya pada awal usia 20-an. Hal ini melibatkan suatu penurunan yang progresif pada sifat mekanikal dan kekuatan general tulang, dengan meningkatnya penurunan substansi tulang dan meningkatnya porositas. Tulang Tulang trabec trabecula ularr khusus khususnya nya sering sering terkena terkena,, dengan dengan terjad terjadiny inyaa penangg penanggala alan n dan disint disintegr egrasi asi pada pada tulang tulang trabec trabecula ulaee akan mengan menganggu ggu integr integrita itass strukt struktur ur tulang tulang dan penurunan kekuatan tulang yang serius.
Gambar 6. Struktur tulang panjang Perubahan-perubahan ini jauh lebih menonjol pada wanita daripada laki-laki. Pada wani wanita ta terj terjad adii penu penuru runa nan n utam utamaa pada pada volu volume me dan dan kepa kepada data tan n tula tulang ng korti kortika kall dan penurunan penurunan kepadatan tulang trabecular trabecular sejalan sejalan dengan usia. Sekitar 0,5% - 1,0% massa tulang hilang setiap tahun, pada wanita sampai mencapai usia sekitar 50 tahun atau menopause. Pada saat menopause, terjadi peningkatan derajat/tingkat kehilangan tulang dengan nilai setinggi 6,5% per tahun yang dilaporkan selama awal 5 – 8 tahun. Meskipun per perub ubah ahan an yang yang sama sama terj terjad adii pada pada laki laki-l -lak aki, i, teta tetapi pi laki laki-l -lak akii tida tidak k
96
sign signif ifik ikan an
97
perubahannya sebelum usianya lebih tua. Wanita pada semua usia cenderung memiliki tulang yang lebih kecil dan area a rea tulang kortikal yang lebih kecil daripada laki-laki. C. Sifat Tulang Tulang terhadap terhadap Bentuk Bentuk Pembeban Pembebanan an Yang Beragam. Beragam.
Stress adalah adalah beban beban peruni perunitt area area yang yang berkem berkemban bang g pada permuk permukaan aan tulang tulang sebagai respon terhadap beban ekternal yang terjadi, yang dinyatakan dalam gaya per unit area yaitu N/cm2 atau N/m2 dan lainnya. Strain adalah deformasi yang terjadi pada suatu titik dalam struktur tersebut akibat pengaruh pembebanan. Ada 2 jenis dasar dari strain yakni : 3) Norm Normal al stra strain in adala adalah h besa besarn rnya ya defor deforma masi si yang yang dapa dapatt meru meruba bah h panj panjang ang stru strukt ktur ur tersebut (memanjang). 4) Shear Shear strain strain adalah adalah besarn besarnya ya deformasi deformasi angular angular yang yang terjad terjadii pada pada struk struktur tur tersebu tersebutt sehingga terjadi perubahan sudut pada struktur tersebut. Gaya dan momen dapat diaplikasikan pada sebuah struktur tulang dalam berbagai arah, sehingga menghasilkan beban tention, kompresi, bending (pembengkokan), shear, torsion dan kombinasi beban (lihat gambar 7)
Gambar 7. Variasi bentuk pembebanan pada tulang
97
98
7. Tension
Pada beban tensile, beban yang sama besar dan berlawanan arah diaplikasikan ke arah luar (menjauh) dari permukaan struktur tulang, dan menghasilkan stress tensile dan strain dibagian dalam struktur tersebut. Stress tensile dapat didefinisikan sebagai sebagai beberapa beberapa gaya kecil yang arahnya arahnya menjauh menjauh dari permukaan struktur struktur tulang. tulang. Maksimal stress tensile terjadi pada bidang tegak lurus terhadap beban tension (lihat gambar 8). Dibawah pengaruh beban tensile maka struktur tulang akan memanjang dan menipis. Mekanisme kerusakan dari jaringan tulang akibat beban tension adalah terutama terpecahnya garis-garis semen didalam tulang dan tertarik keluar dari sel – sel tulang.
Gambar 8. Beban Tension/Tensile Secara klinis, fraktur yang dihasilkan oleh beban tensile biasanya nampak pada tulang tulang cancellous. cancellous. Sebagai contoh, fraktur fraktur pada basis metatarsal metatarsal V yang berdekatan deng dengan an perl perlek ekat atan an tend tendon on perone peroneus us brev brevis is dan dan frak fraktu turr pada pada calca calcane neus us yang yang berdekatan dengan perlekatan tendon Achilles. Suatu fraktur pada calcaneus akibat
98
99
kontraksi yang kuat dari otot trisep surae dapat menghasilkan beban tensile yang tinggi pada tulang tersebut.
8. Kompresi
Pada Pada beban beban komp kompre resi si,, beba beban n yang yang sama sama besar besarny nyaa dan berl berlaw awan anan an arah arah teraplikasi kearah permukaan struktur tulang dan stress kompresi serta strain terjadi didalam struktur tulang. Stress kompresi dapat dianggap sebagai beberapa gaya yang kecil, yang diarahkan kedalam permukaan struktur tulang. Maksimal stress kompresi terjadi pada bidang tegak lurus dengan beban yang teraplikasi (lihat gambar 9). Dibawah Dibawah beban beban kompre kompresi si maka maka strukt struktur ur tulang tulang akan memende memendek k dan meleba melebar. r. Mekanisme kerusakan yang terjadi pada jaringan tulang utamanya adalah keretakan sel – sel tulang secara oblique.
Gambar 9. Beban kompresi Fraktur yang dihasilkan oleh beban kompresi biasanya dijumpai pada vertebra, dimana menunjukkan suatu pemendekan dan pelebaran yang terjadi pada vertebra manusia akibat beban compresi yang tinggi (lihat gambar 10). Beban compresi yang dapat merusak suatu sendi dihasilkan oleh kontraksi kuat yang yang abnorm abnormal al dari dari otot otot – otot otot diseki disekitar tarnya nya.. Sebaga Sebagaii contoh, contoh, fraktu frakturr bilate bilateral ral subcap subcapita itall pada neck neck femur femur yang yang terjad terjadii selama selama electr electrical ical shock shock terapi terapi,, dimana dimana
99
100
kontraksi otot-otot disekitar hip joint menghasilkan beban compresi pada caput femur melawan acetabulum.
G
Gambar 10. Fraktur kompresi pada vertebra
9. Shear
Pada beban shear, beban teraplikasi secara paralel terhadap permukaan struktur tulang, dan stress shear serta strain terjadi didalam struktur tersebut. Stress shear dapat dianggap sebagai beberapa gaya kecil yang bekerja pada permukaan struktur tulang tulang dalam dalam bidang bidang parale paralell terhad terhadap ap beban beban yang yang terapl teraplika ikasi si (liha (lihatt gambar gambar 11). 11). Ketika terjadi shear, akan menyebabkan deformasi structural secara internal dalam pola angular, sudut siku-siku (900) menjadi tumpul atau akut.
100
101
Gambar 11. Beban Shear Fraktur Fraktur shear biasanya terlihat didalam tulang cancellous. cancellous. Contohnya pada fraktur condylus femur dan dataran tibia. Stress yang terjadi pada tulang kortikal orang dewasa berbeda pada setiap pembe pembebana banan n (beban (beban compre compresi, si, tensil tensilee dan shear) shear).. Tulang Tulang kortik kortikal al dewasa dewasa dapat dapat menahan stress yang lebih besar pada beban compresi dari pada beban tension, dan dapat menahan stress yang lebih besar pada beban tension dari pada shear (Reilly and Burstein, 1975). Sedangkan pada tulang muda, pertama kali terjadi kerusakan akibat beban compressi dan fraktur yang melengkung (buckle fraktur) mungkin terjadi pada sisi compressi. 10. Bending (Pembengkokan) (Pembengkokan)
Bending Bending terjadi terjadi ketika suatu beban diaplikasi diaplikasikan kan pada suatu struktur struktur dalam pola yang menyebabkan struktur tersebut membengkok disekitar axis. Struktur yang mengalami pembengkokan disebabkan oleh kombinasi beban tension dan compressi. Ketika tulang mengalami beban bending, stress tensile dan strain bekerja pada satu sisi dari axis netral, serta stress compressi dan strain bekerja pada sisi lain, tetapi disana tidak terjadi stress dan strain pada axis netral. Karena tulang tidak simetris maka stress tensile dan compressi tidak mungkin sama. Ada dua type bending yaitu bending yang dihasilkan oleh tiga gaya (three – point bending) dan bending yang dihasilkan oleh empat gaya (four – point bending). Fraktur – fraktur yang dihasilkan oleh kedua type bending tersebut umumnya dapat diobservasi. Three point bending terjadi ketika 3 gaya yang bekerja pada struktur terseb tersebut ut menghas menghasil ilkan kan 2 momen momen gaya gaya yang yang sama sama (liha (lihatt gambar gambar 12a). 12a). Struk Struktur tur tersebut akan retak pada titik aplikasi gaya bagian middle. Jenis fraktur three – point bending terjadi pada “boot top” fraktur selama bermain ski. Pada “boot-top” fraktur, salah satu momen bending teraplikasi pada bagian atas tibia pada saat pemain ski jatuh ke depan di atas ujung sepatu ski. Suatu momen yang sama dihasilkan oleh kaki dan ski yang terfiksir. Pada saat bagian atas tibia b engkok ke depan, stress tensile dan
101
102
strain bekerja pada sisi posterior tulang, sedangkan stress compressi serta strain bekerja pada sisi anterior.
Gambar 12. Dua tipe beban bending : A. Three-point bending, B. Four-point bending Four point bending terjadi ketika 2 gaya kopel bekerja pada suatu struktur yang menghasilkan 2 momen gaya yang sama. Sebuah gaya kopel terbentuk ketika 2 gaya paral paralel el yang yang terjad terjadii sama sama besarn besarnya ya tetapi tetapi dalam dalam arah arah yang yang berlaw berlawanan anan terhada terhadap p struktur tersebut (lihat gambar 12b). Karena besarnya momen bending sama pada seluruh area diantara 2 gaya kopel tersebut maka struktur akan retak pada titik yang paling lemah. Stiff Stiff pada pada knee joint joint yang dimanip dimanipula ulasi si dengan dengan cara cara yang yang salah
selama selama
program rehabilitasi dapat menyebabkan fraktur femur yang dihasilkan oleh four point point bending bending.. Pada Pada saat saat knee knee dimani dimanipul pulasi asi,, kapsul kapsul bagian bagian paster pasterior ior dan tibia tibia membentuk satu gaya kopel, dan gaya caput femur serta capsule hip joint membentuk kopel gaya lain. Pada saat momen bending teraplikasi pada femur, maka femur mengalami mengalami kerusakan pada titik titik yang paling lemah – awalnya letak fraktur. fraktur. Fraktur yang dihasilkan dihasilkan oleh four point bending umumnya umumnya disebabkan disebabkan oleh kecelakaan kecelakaan lalu lintas (lihat gambar 13).
102
103
Gambar 13. Fraktur Fraktur yang yang dihasi dihasilkan lkan oleh Beban fout point bending
11. 11. Torsi Torsion on
Torsion terjadi ketika beban teraplikasi pada suatu struktur dalam pola yang menyeb menyebabka abkan n strukt struktur ur terseb tersebut ut terput terputar ar diseki disekitar tar axis. axis. Ketika Ketika strukt struktur ur terseb tersebut ut mengalami beban torsion, maka stress shear didistribusi keseluruh struktur tersebut (lihat gambar 13).
103
104
Gambar 13. Beban Torsion Dibawah pengaruh beban torsion, maka stress shear yang maksimal bekerja pada bidang paralel dan tegak lurus dengan axis netral struktur tersebut. Selain itu, stress tensile dan compressi yang maksimal bekerja pada bidang diagonal terhadap axis netral struktur tersebut. Pola fraktur pada tulang yang mengalami beban torsion adalah tulang pertama kali rusak pada beban shear, dengan formasi keretakan paralel terhadap axis netral tulang (lihat gambar 14). Biasanya keretakan tulang terbentuk disepanjang bidang stress tensile yang maksimal.
Gamb Gambar ar 14. 14. Frak Fraktu turr Tors Torsio ion n Pada Pada Vert Verteb ebra ra yang disertai dengan beban kompresi
12. Kombina Kombinasi si Beban
Meskipun setiap bentuk beban telah dijelaskan secara terpisah, tetapi dalam kehi kehidu dupa pan n seha sehari ri – hari hari tula tulang ng jara jarang ng terb terbeb eban anii hany hanyaa dala dalam m satu satu bent bentuk uk.. Pembeb Pembebanan anan tulang tulang pada manusi manusiaa adalah adalah komple kompleks ks karena karena dua alasan alasan utama utama : stru strukt ktur ur geom geomet etri rik k tula tulang ng yang yang tida tidak k berat beratur uran an,, dan seca secara ra konst konstan antt tula tulang ng meng mengal alam amii bera beraga gam m beba beban n yang yang tida tidak k mene menent ntu. u. Baru Baru – baru baru ini ini dila dilaku kuka kan n pengukuran strain pada permukaan antero-medial tibia orang dewasa selama aktifitas berjalan dan jogging (Lanyor el all, 1975). Carter (1978) telah menghitung nilai stress stress dari dari penguku pengukuran ran strain strain terseb tersebut. ut. Selama Selama aktifi aktifitas tas berjal berjalan an normal normal,, stress stress
104
105
compressi terjadi selama heel strike, stress tensile terjadi selama stance phase, dan stress compressi juga terjadi selama push off. Secara Secara relati relatif, f, stress stress shear shear yang yang tinggi tinggi terjad terjadii pada bagian bagian terakh terakhir ir siklus siklus berjalan, merupakan beban torsion yang signifikan. Beban torsion ini ditunjukkan dengan terjadinya external rotasi tibia selama stance phase dan push off. Selama jogging pola stressnya berbeda. Stress compressi terutama terjadi pada toe strike. Hal ini akan diikuti dengan stress tensile yang tinggi selama push off. Stres Stresss shear shear yang yang terjad terjadii adalah adalah kecil kecil pada seluru seluruh h langkah langkah joggin jogging, g, merupa merupakan kan beban beban torsio torsion n yang yang minima minimal. l. Beban Beban torsio torsion n ini ditunj ditunjukka ukkan n dengan dengan terjad terjadiny inyaa exte extern rnal al dan dan inte intern rnal al rota rotasi si tibi tibiaa dala dalam m perg pergan anti tian an pola pola lang langka kah h jogg joggin ing. g. Pemeri Pemerikas kasaan aan klinis klinis terhada terhadap p bebera beberapa pa pola pola frakt fraktur ur menunj menunjukka ukkan n bahwa bahwa hanya hanya sediki sedikitt fraktu frakturr yang yang dihasi dihasilka lkan n oleh oleh satu satu bentuk bentuk pembeb pembebanan anan atau atau dua bentuk bentuk pembe pembeban banan an yang yang sama; sama; dan paling paling banyak banyak fraktu frakturr dihasi dihasilka lkan n oleh oleh kombin kombinasi asi beberapa bentuk pembebanan. D. Pengaruh Pengaruh Aktivitas Aktivitas Otot Terhadap Terhadap Distribusi Distribusi Stress Stress Dalam Dalam Tulang
Ketika tulang terbebani, kontraksi otot yang melekat pada tulang tersebut akan mengub mengubah ah distr distribu ibusi si stress stress dalam dalam tulang tulang.. Kontra Kontraksi ksi otot otot ini dapat dapat menuru menurunkan nkan atau atau mengelimini mengeliminirr stress stress tensile tensile pada tulang tulang dengan menghasilka menghasilkan n stress stress compressi compressi baik secara sebagian (parsial) maupun secara total menetralisir stress tersebut. Efek kontraksi otot tersebut dapat dijelaskan pada tibia yang mengalami three – point bending. Gbr 4.8a menunjukkan tungkai pemain ski yang jatuh ke depan, terutama tibianya terjadi moment pembengkokkan. Stress tensile yang tinggi terjadi pada aspek posterior tibia, dan stress compressi yang tinggi bekerja pada aspek anterior. Kontraksi otot triceps surae menghasilkan stress compressi yang tinggi pada aspek posterior tibia (gbr 4.8b), sehingga menetralisir stress tensile tensile yang tinggi tinggi dan dapat melindungi melindungi tibia dari kerusakan kerusakan akibat tension. tension. Kontraksi Kontraksi otot otot ini mungki mungkin n menghas menghasilk ilkan an stress stress compre compressi ssi yang yang lebih lebih tinggi tinggi pada permuk permukaan aan anterior tibia.
105
106
Kontraksi otot menghasilkan efek yang sama pada hip joint. Selama gerakan, moment bending teraplikasi pada neck femur, dan stress tensile terjadi pada cortex superior. Kontraksi otot gluteus medius menghasilkan stress compressi sehingga dapat menetralisir stress tensile tersebut, dan akhirnya baik stress compressi maupun stress tensil tensilee tidak tidak bekerj bekerjaa pada cortex cortex superi superior. or. Dengan Dengan demiki demikian, an, kontra kontraksi ksi otot otot dapat dapat menyebabkan neck femur mampu menahan/menopang beban yang lebih tinggi. Kelelahan Tulang Dibawah Pembebanan Berulang
Fraktu Frakturr dapat dapat dihasi dihasilka lkan n oleh oleh beban beban tunggal tunggal atau atau aplika aplikasi si suatu suatu beban beban yang yang terjadi secara berulang kali. Suatu fraktur akan terjadi pada aplikasi beban tunggal jika beban tersebut melebihi kekuatan maksimal tulang. Aplikasi beban yang rendah dan terjad terjadii secara secara berula berulang ng kali kali mungki mungkin n menghas menghasilk ilkan an suatu suatu fraktu fraktur; r; fraktu frakturr terseb tersebut ut dinamakan dengan fatique fraktur. Fatique fraktur khususnya dihasilkan oleh beban yang tinggi tinggi dengan repetisi repetisi yang rendah atau beban yang relatif relatif normal dengan repetisi repetisi yang tinggi. Tes yang dilakukan pada tulang organ mati menunjukkan bahwa mikrofraktur fatique mungkin terjadi pada tulang yang mengalami beban dengan repetisi yang rendah (Car (Carte terr and Haye Hayes, s, 1977) 1977).. Pada Pada test test ters terseb ebut ut juga juga meng mengung ungka kapka pkan n bahw bahwaa tula tulang ng mengalami kelelahan dengan cepat ketika beban atau deformasi mendekati batas strength tulang (Carter and Hayes, 1977); yaitu diperlukan sejumlah repetisi untuk menghasilkan suatu fraktur. Beban repetisi repetisi pada tulang organ hidup, tidak hanya besarnya beban dan jumlah jumlah repe repeti tisi si yang yang memp mempen engar garuhi uhi pros proses es fati fatiqu que, e, teta tetapi pi juga juga frek frekwe wens nsii pembeb pembeban anan an.. Semenjak tulang organ hidup dapat memperbaiki strukturnya sendiri, maka suatu fatique fraktur hanya terjadi ketika proses remodeling didahului oleh proses fatique, yaitu ketika frekwensi pembebanan menghambat kebutuhan remodeling untuk mencegah kerusakan. Fatique fraktur biasanya terjadi secara terus menerus selama aktifitas fisik yang berat. Ketika otot mengalami kelelahan, kemampuannya untuk berkontraksi akan berkurang; akibat akibatnya nya otot-o otot-otot tot kurang kurang mampu mampu untuk untuk menyi menyimpa mpan n energi energi dan untuk untuk menetr menetrali alisir sir beberapa stress yang terjadi pada tulang. Hal ini menghasilkan perubahan distribusi stress dalam tulang yang secara abnormal menyebabkan beban tinggi pada tulang, dan
106
107
suatu fatique fraktur fraktur mungkin mungkin terjadi. terjadi. Kerusakan mungkin terjadi pada sisi tulang yang mengalami beban tensile atau sisi tulang yang mengalami beban compressi dan atau pada kedua sisi tulang tersebut. tersebut. Kerusakan pada sisi tensile tensile akan menghasilkan menghasilkan keretakan keretakan tulang tulang secara secara tranve tranversa rsal, l, dan tulang tulang terseb tersebut ut dengan dengan cepat cepat bertam bertambah bah retak retak menjad menjadii fraktur fraktur yang sempurna. Fatique fraktur pada sisi compressi compressi terjadi terjadi lebih lambat; proses remodeling lebih cepat dari proses fatique sehingga tulang tidak mungkin mengalami frakt fraktur ur yang yang sempur sempurna. na. Teori Teori kelela kelelahan han otot otot terseb tersebut ut sebaga sebagaii penyeba penyebab b dari dari fatiqu fatiquee fraktur pada extremitas bawah dapat diuraikan pada skema berikut ini :
Exc yang berat
Kelelahan otot
Hilangnya kapasitas penyimpanan energi
Perubahan pola berjalan
Pembebanan yang abnormal
Perubahan distribusi stress
Compressi yang tinggi
Kombinasi
Keretakan sel oblique
Tension yang tinggi
Pemisahan sel – sel tulang. Terjadi keretakan sel transversal
Fraktur oblique
Fraktur transversal
REFERENSI :
Susan J. Hall, 2003, Basic Biomechanics , Fourth Edition, McGraw-Hill Company, New York.
107
108
Frankel Victor H., Margertha Nordin, Basic Biomechanics of The Skeletal System , Lea and Febiger, Philadelphia: 1982
BIOMEKANIK SENDI
SendiSendi-sen sendi di pada tubuh tubuh manusi manusiaa sangat sangat menunt menuntun un kemamp kemampuan uan arah arah gerakan gerakan dari dari segmen tubuh. Struktur anatomi dari sendi seperti knee joint sedikit bervariasi pada setiap orang, sebagaimana dengan arah gerakan dari segmen tubuh yang membentuk sendi seperti paha paha dan dan tungk tungkai ai bawah bawah yang yang memb membol oleh ehkan kan untuk untuk berg berger erak ak pada pada send sendii ters terseb ebut ut.. Bagaimanapun juga, perbedaan ketegangan atau kelemahan dari jaringan lunak disekitarnya menghasilkan perbedaan ROM sendi. Pada bab ini akan dibahas tentang aspek biomekanik dari fungsi sendi, meliputi konsep stabilitas sendi dan fleksibilitas sendi, serta kaitannya dengan implikasi adanya potensial injury. A.
Arsitektur Sendi
Pada Pada ahli ahli anat anatom omii tela telah h menge mengelo lomp mpok okkan kan send sendii dala dalam m beber beberap apaa hal hal yait yaitu u berdasarkan berdasarkan pada kompleksit kompleksitas as sendi, sendi, sejumlah sejumlah axis yang terjadi, terjadi, geometris geometris sendi, atau kapabil kapabiltas tas// kemamp kemampuan uan geraka gerakan. n. Dalam Dalam bab ini kami kami memfok memfokusk uskan an pada pada gerakan gerakan manusia manusia sehingga sehingga sistem sistem klasifikas klasifikasii sendi berdasarkan berdasarkan pada kapabilita kapabilitas/kema s/kemampuan mpuan gerakan yang terjadi. Sendi-sendi Tak Bergerak (Immovable Joints)
1. Synarthros Synarthroses es (tak bergera bergerak) k) : sendi-sendi sendi-sendi fibrous fibrous ini ini dapat meminim meminimalkan alkan gaya gaya yang terjadi (shock absorber) tetapi memberikan sedikit atau tidak ada gerakan pada tulang yang membentuk sendi. a. Sutu Sutura ra : pada pada sendi sendi ini, ini, alur alur-a -alu lurr yang yang tida tidak k berat beratur uran an dari dari lapi lapisa san n tula tulang ng saling merapat membentuk sendi dan dihubungkan dengan kuat oleh serabutserabut yang bersambung dengan periosteum (lihat gambar 1). Serabut-serabut tersebut mulai mengeras pada awal usia remaja dan pada akhirnya diganti dengan semp sempur urna na oleh oleh tula tulang. ng. Seba Sebaga gaii conto contoh h pada pada tubuh tubuh manus manusia ia adal adalah ah sutu sutura ra tengkorak.
108
109
b. Syndes Syndesmos moses es : pada pada sendi sendi ini, jaring jaringan an fibrous fibrous yang padat mengik mengikat at tulang tulang secara bersamaan, memberikan gerakan yang sangat terbatas. Sebagai contoh adalah coracoacromial, mid-radioulnar, mid-tibiofibular dan inferior tibiofibular joints.
Gambar 1. Struktur sutura kepala Sendi-sendi yang Sedikit Bergerak
2. Amphiarthr Amphiarthroses oses : sendi-sendi sendi-sendi karti kartilagino laginous us ini dapat meminim meminimalkan alkan gaya yang yang terjadi terjadi dan memberikan lebih banyak gerakan daripada synarthrodial joint. a. Synchondros Synchondroses es : pada pada sendi sendi ini, ini, tulang tulang yang membentuk membentuk sendi sendi dipertaha dipertahankan nkan secara bersamaan oleh lapisan cartilago hyalin yang tipis. Sebagai contoh adalah sternocostal joint dan epiphyseal plates (sebelum ossification/mengeras) b. Symphy Symphyses ses : pada sendi ini, datara dataran n cartil cartilago ago hyalin hyalin yang tipis tipis dipisa dipisahkan hkan oleh sebuah diskus fibrocartilago dari tulang. Sebagai contoh adalah sendi-sendi vertebra dan symphisis pubis (lihat gambar 2).
109
110
Gambar 2. Contoh intervertebral joint dan symphisis pubis Sendi-sendi yang Bebas Bergerak 3. Diarthroses Diarthroses atau atau synovial synovial : pada pada sendi ini, ini, permukaan permukaan tulang yang yang membentuk membentuk sendi tertutup dengan cartilago sendi, kapsul sendi yang membungkus sendi, dan membran sinovial yang membatasi kapsul sendi bagian dalam dimana terdapat cairan yang mengeluarkan suatu pelumas/lubrikasi dikenal sebagai cairan sinovial (lihat gambar 3).
Gambar 3. Struktur Sendi Sinovial Ada beberapa tipe sendi-sendi sinovial : a. Glid Glidiing (plan plane; e; art arthrod hrodia iall) : pada pada send sendii ini, ni, perm permuk ukaa aan n tulan ulang g yang yang membentuk sendi hampir datar, dan gerakan yang terjadi hanya gerakan nonaxial gliding. Sebagai contoh adalah intermetatarsal, intercarpal dan intertarsal joint, serta facet joint vertebra (lihat gambar 4). b. Hinge Hinge (gin (gingl glym ymus us)) : sala salah h satu satu permu permuka kaan an tula tulang ng yang yang memb membent entuk uk send sendii adalah konveks dan permukaan tulang tulang lainnya adalah konkaf. Ligamen collateral
110
111
yang kuat membatasi gerakan pada suatu bidang, seperti gerakan engsel. Sebagai contoh adalah humeroulnar dan interphalangeal joints (lihat gambar 4). c. Pivot Pivot (sekrup (sekrup;; trochoid trochoid)) : pada pada sendi sendi ini, rotasi rotasi terjadi terjadi disekit disekitar ar salah salah satu satu axis. Sebagai contoh adalah atlantoaxial joint, proksimal dan distal radioulnar joint (lihat gambar 4). d. Condyl Condyloid oid (ovoid/s (ovoid/sepe eperti rti telur; telur; ellips ellipsoid oidal) al) : salah salah satu satu permuk permukaan aan tulang tulang yang membentuk sendi adalah berbentuk konveks ovular, dan permukaan tulang lainnya lainnya adalah berbentuk konkaf dimana saling saling sebangun/ber sebangun/bertauta tautan. n. Gerakan Gerakan fleksi, ekstensi, abduksi, adduksi dan sirkumduksi dapat terjadi pada sendi ini. Sebagai contoh adalah metacarpophalangeal joint II – V dan radiocarpal joint (lihat gambar 4).
111
112
Gambar 4. Contoh-contoh Sendi Sinovial pada Tubuh Manusia
e. Saddl Saddlee (sel (sella lar) r) : kedua kedua permuka permukaan an tula tulang ng yang yang memb membent entuk uk sendi sendi adalah adalah berbentuk seperti tempat duduk pada pelana kuda. Kemampuan gerakan adalah sama sama dengan dengan condylo condyloid id joint, joint, tetapi tetapi ROM gerakan gerakannya nya lebih lebih besar. besar. Sebagai Sebagai contoh adalah carpometacarpal joint pada ibu jari (lihat gambar 4). f. Ball Ball and and sock socket et (sph (spher eroi oida dal) l) : pada pada send sendii ini, ini, perm permuk ukaa aan n tula tulang ng yang yang membentuk sendi adalah saling sebangun antara konveks dan konkaf. Rotasi pada seluru seluruh h bidang bidang gerak gerak (3 bidang bidang gerak) gerak) dapat terjad terjadii pada sendi ini. ini. Sebagai Sebagai contoh adalah hip dan shoulder joint (lihat gambar 4). Sendi sinovial sangat beragam strukturnya dan kemampuan gerakannya. Sendisendi sendi sinovi sinovial al umumny umumnyaa dikelo dikelompo mpokka kkan n sesuai sesuai dengan dengan jumlah jumlah axis axis rotasi rotasi yang yang terjadi. terjadi. Sendi-sendi Sendi-sendi yang memberikan memberikan gerakan sekitar satu, dua, dan tiga axis rotasi rotasi masing-masing dikenal sebagai uniaxial, biaxial dan triaxial joint. Beberapa sendi yang hanya terbatas memberikan gerakan pada satu arah dikenal sebagai nonaxial joint. Kemampuan gerakan sendi juga kadang-kadang menggambarkan istilah derajat kebebasan (df = degree freedom), atau sejumlah bidang gerak pada sendi tersebut. Pada uniaxial joint memiliki satu df, biaxial joint memiliki dua df, dan triaxial joint memiliki tiga df. Dua struktur sinovial seringkali berkaitan dengan diarthrodial joint yaitu bursa dan dan pembun pembungk gkus us tend tendon. on. Burs Bursaa adal adalah ah kaps kapsul ul yang yang keci kecil, l, berb berbat atas asan an denga dengan n membran sinovial dan terisi dengan cairan sinovial, dan merupakan struktur bantalan yang yang terpis terpisah ah dengan dengan sendi. sendi. Sebagi Sebagian an besar besar bursa bursa memisa memisahka hkan n (membe (memberi ri jarak) jarak) tendon tendon dari dari tulang, tulang, mengur mengurang angii gaya gaya friksi friksi pada tendon tendon selama selama geraka gerakan n sendi. sendi. Beberapa bursa seperti bursa olecranon elbow yang memisahkan tulang dari kulit. Pemb Pembun ungku gkuss tendo tendon n meru merupa paka kan n stru strukt ktur ur sino sinovi vial al yang yang berl berlap apis is ganda ganda,, yang yang mengelilingi tendon yang terletak sangat dekat dengan tulang. Beberapa tendon otot
112
113
yang yang panjan panjang g yang yang melewa melewati ti wrist wrist dan sendi sendi jari-j jari-jari ari tangan tangan terlin terlindun dungi gi oleh oleh pembungkus tendon. Cartilago Sendi
Sendi-sendi dari alat mekanikal harus selalu diminyaki pelumas jika bagian bagian mesin tersebut dapat bergerak bebas dan tidak aus satu sama lainnya. Pada tubuh tubuh manusi manusia, a, tipe tipe khusus khusus yang yang padat padat dengan dengan jaring jaringan an konekt konektif if putih putih dikenal dikenal sebagai cartilago sendi yang memberikan proteksi lubrikasi (perlindungan pelumas). Lapisan proteksi dari bahan/unsur ini yang tebalnya 1 – 5 mm melapisi ujung tulang yang membentuk sendi pada diarthrodial joint. Cartilago sendi memiliki 2 tujuan penting. Pertama, cartilago sendi berperan menyebarkan beban diatas area yang luas pada sendi sehingga besarnya stress pada suatu titik kontak antara kedua tulang dapat diminimalkan. Kedua, cartilago sendi berperan memberikan gerakan pada tulangtulang pembentuk sendi dengan meminimalkan gaya friksi dan keausan. Cartilago sendi adalah jaringan lunak, berpori-pori (porous), dan permeabel yang yang dapat dapat mengel mengeluar uarkan kan cairan cairan.. Cartil Cartilago ago sendi sendi dapat dapat mengal mengalami ami deform deformasi asi (kelai (kelainan nan bentuk bentuk)) dibawah dibawah pembeb pembebanan anan,, dan menete meneteska skan/m n/mema emancar ncarkan kan cairan cairan sinovi sinovial. al. Pada Pada sendi sendi sinovi sinovial al yang yang sehat, sehat, ujung ujung tulang tulang yang yang memben membentuk tuk sendi sendi ditutup/di ditutup/dilapisi lapisi dengan cartilago cartilago sendi sehingga gerakan salah satu ujung tulang terhad terhadap ap tulang tulang lainny lainnyaa secara secara khas disert disertai ai dengan dengan aliran aliran cairan cairan sinovi sinovial al yang yang tertekan keluar didepan area kontak yang bergerak dan juga terhisap dibelakang area kontak yang bergerak. Pada saat yang sama, permeabilitas cartilago menurun pada area kontak langsung sehingga memberikan suatu permukaan dengan cairan pelumas film (film (film lubrikasi) yang dapat terbentuk dibawah pembebanan. Cartilago Cartilago dapat mengurangi mengurangi stress kontak maksimum maksimum yang bekerja bekerja pada sendi sekitar 50% atau lebih. Lubrikasi (pelumasan) yang disuplai atau disediakan oleh cartilago sendi begitu efektif sehingga gaya friksi yang terjadi hanya sekitar 17% 33% dari gaya friksi yang dihasilkan dihasilkan oleh skateboard skateboard diatas es/salju dibawah beban yang sama, dan hanya ½ dari penumpuan yang dilumasi/diminyaki. c. Komp Kompos osis isii cart cartil ilag ago o send sendii
113
114
Solid matriks dari cartilago bertanggung jawab terhadap 20 – 40 % berat air jaringan tersebut, yang tersusun dari serabut collagen (60%) dan interfibrillar proteoglycan gel (40%) yang mempunyai daya tarik-menarik tinggi terhadap air, serta sel-sel sel-sel chondrosit chondrosit (+ 2%). 60 – 80 % dari jaringan tersebut tersebut mengandung mengandung banyak air, yang dapat ditekan keluar dibawah pengaruh beban (lihat gambar 5).
Gambar 5. Komposisi Cartilago Sendi d. Sifat Sifat biom biomeka ekanik nik cart cartil ilago ago send sendii Sifat biomekanis dari cartilago sendi hanya dapat dipahami berdasarkan sifa sifatt-si sifa fatt mate materi rial al jari jaring ngan an ters terseb ebut ut dan dan inte intera raks ksii yang yang terj terjad adii sela selama ma pembeba pembebanan nan.. Yang menent menentukan ukan sifat sifat materi material al jaring jaringan an terseb tersebut ut adalah adalah solid solid matriks (collagen dan proteoglycan) dan interstitial water (kandungan air dalam
114
115
jaringan interstitial) yang dapat bergerak bebas. Dengan demikian, cartilago sendi dapat dilihat sebagai suatu porous medium yang berisi cairan (analog dengan spon yang berisi penuh air). Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat cartilago dibawah pengaruh beban adalah karakteristik material dari solid matriks dan permeabilitasnya.
Permeabilitas Permeabilitas merupakan suatu parameter material di dalam jaringan
cartilago cartilago yang menggambarkan menggambarkan tahanan tahanan friksional friksional dari solid solid matriks matriks yang memili memiliki ki porous porous materi material al sehing sehingga ga cairan cairan bisa bisa mengal mengalir ir melewat melewatiny inya. a. Permeabilitas jaringan yang rendah akan menghasilkan lebih besar tahanan terhadap gerakan cairan dibawah pengaruh beban, begitu pula sebaliknya. Dibandingkan dengan spon biasa, maka cartilago sendi yang normal memiliki permeabilitas yang sangat rendah. Ada Ada 2 cara cara meka mekani nika kall untu untuk k meng mengal alir irka kan n cair cairan an mela melalu luii medi mediaa yang yang berporous seperti cartilago sendi (Mow and Torzilli, 1975) yakni : 1) Cairan Cairan dapat dipaksa dipaksa mengali mengalirr melalu melaluii solid solid matriks matriks yang berpor berporous ous dengan cara mengaplikasikan tekanan gradient yang tinggi yakni tekanan pada pada sisi sisi atas atas cartil cartilago ago lebih lebih besar besar daripa daripada da tekana tekanan n pada sisi bawah bawah cartilago (lihat gambar 6).
115
116
Gambar 6. Hukum Darcy tentang mekanisme aliran cairan melalui cartilago 2) Jika Jika cart cartil ilag ago o send sendii berad beradaa dibaw dibawah ah balo balok k kaku kaku yang yang berp berpor orou ous, s, kemudian dilakukan kompresi maka cairan akan mengalir juga. Dalam kead keadaa aan n
ini, ni,
ger gerakan akan
cair cairan an
dis disebab ebabka kan n
oleh oleh
comp compre resssi
yang ang
menghasilkan peningkatan tekanan secara lokal, dan menghasilkan gaya yang menyebabkan eksudasi cairan dari jaringan tersebut (lihat gambar 6). Kedua Kedua mekani mekanisme sme ini bekerj bekerjaa secara secara simult simultan an pada cartil cartilago ago sendi sendi selama gerakan sendi. Hal ini telah ditunjukkan secara experimental oleh Mansour and Mow (1976), bahwa permeabilitas dari cartilago normal akan menu menuru run n secar secaraa dram dramat atis is pada pada saat saat terj terjadi adi penin peningk gkat atan an teka tekana nan n dan dan deformasi. Denga Dengan n demik demikia ian, n, cart cartil ilago ago sendi sendi memp mempuny unyai ai suat suatu u meka mekani nism smee regulator feedback mekanikal yang bertujuan untuk mencegah pelepasan total dari cairan interstitial. Sistem regulator biomekanis ini mempunyai implikasi yang dalam terhadap jaringan normal yang membutuhkan nutrisi, lubrikasi (peminyakan) sendi, kapasitas menahan beban dan kelelahan jaringan. Pada umumnya, selama terjadi terjadi kondisi kondisi patologis patologis maka continuitas continuitas dari solid solid matriks matriks (collagen (collagen dan proteoglyc proteoglycan) an) menjadi menjadi terganggu terganggu oleh adanya stress mekanikal atau efek biochemis dari aksi enzim yang abnormal. Dengan demikian, permeabilitas jaringan akan menjadi lebih besar pada jaringan yang osteoarthritis daripada jaringan yang normal (karena terjadi kerusakan pada jaringan serabut collagen dan hilangnya makromolekul proteoglycan). Selama aktivitas fungsional seperti melompat maka cairan interstitial tidak sempat tertekan keluar sehingga jaringan cartilago akan bersifat lebih elastis atau kurang elastis. Dengan demikian, akan terjadi perubahan bentuk
116
117
pada saat pembebanan dan dengan segera akan kembali ke bentuk semula pada saat tanpa beban. Jika beban terjadi dengan perlahan dan tetap konstan terhadap jaringan cartilago (seperti selama berdiri dalam waktu yang lama), maka maka deform deformasi asi jaring jaringan an akan akan terus terus mening meningkat kat pada saat saat cairan cairan tertek tertekan an keluar.
Lubrication (Peminyakan) Ada 2 jenis fundamental dari lubrication yakni : Boundary lubrication
dan Fluid Film lubrication. Boundary lubrication bergantung pada absorbsi kimiawi dari molekul-molekul lubricant yang monolayer terhadap permukaan kontak kontak padat padat (Bowde (Bowden n and Tabor, Tabor, 1967). 1967). Secara Secara relati relatif, f, selama selama geraka gerakan n terjadi terjadi maka permukaan permukaan komponen-komp komponen-komponen onen yang menumpu menumpu dilindungi dilindungi oleh molekul-molekul molekul-molekul lubricant lubricant yang slide slide satu sama lain di atas permukaan lawanannya, mencegah terjadinya adhesif dan abrasi (luka lecet) yang secara alamiah terjadi pada permukaan kontak. Ada bukti eksperimen yang kuat bahwa cairan sinovial di dalam sendi sinovial dapat bekerja dibawah kondisi pembebanan, seperti halnya dengan boundary lubrication pada cartilago sendi dima dimana na kema kemamp mpuan uan pemi peminy nyak akan anny nyaa tidak tidak berg bergan antu tung ng pada pada visc viscos osit itas as (keken (kekental talan) an) cairan cairan sinovi sinovial. al. Hal ini memungk memungkink inkan an terjad terjadiny inyaa absorb absorbsi si kimiawi dari cairan sendi ke permukaan sendi pada saat kondisi pembebanan yang berat. Jika dalam kondisi pembebanan yang rendah dan atau terjadi gerakan oscilasi serta kecepatan yang relatif tinggi pada permukaan kontak, maka kemung kemungkin kinan an fluid fluid film film lubric lubricati ation on sangat sangat diperl diperluka ukan n oleh oleh sendi sendi dalam dalam kondisi tersebut. Dalam fluid film lubrication, lapisan peminyakannya jauh lebih lebih tebal tebal daripa daripada da ukuran ukuran molekul molekul peminy peminyakan akan boundar boundary y lubric lubricati ation on sehingga menyebabkan pemisahan yang relatif besar dari kedua permukaan tumpuan. Kapasitas penumpuan beban dari cairan tersebut dapat melalui 3 mekanisme, yaitu : 1) Mekani Mekanisme sme hydrosta hydrostati tik k lubric lubricati ation on : Mekani Mekanisme sme ini terjad terjadii ketika ketika tidak tidak ada ada gera geraka kan n slid slidee dari dari permu permuka kaan an tump tumpua uan n (car (carti tila lago go send sendi) i)
117
118
sehing sehingga ga tekana tekanan n didala didalam m fluid fluid film film dapat dapat dibangk dibangkit itkan kan oleh oleh tekanan tekanan external melalui mekanisme hydrostatik lubrication (lihat gambar 7). 2) Mekani Mekanisme sme hydrodin hydrodinami amik k lubri lubricat cation ion : Mekani Mekanisme sme ini terjad terjadii ketika ketika permu permukaa kaan n tumpua tumpuan n berger bergerak ak secara secara tangen tangensia siall terhad terhadap ap permuk permukaan aan tumpua tumpuan n lawana lawananny nnyaa dan memben membentuk tuk converg convergens ensii pada pada tepi tepi cairan cairan sehingga tekanan tersebut dapat dibangkitkan oleh viskositas cairan yang menyebabkan cairan terserap ke dalam celah diantara kedua permukaan tersebut (lihat gambar 7). 3) Mekani Mekanisme sme squeeze squeeze film lubrica lubricatio tion n : Mekani Mekanisme sme ini terjadi terjadi ketika ketika permukaan tumpuan bergerak secara perpendicular terhadap permukaan lawanannya, dan cairan harus ditekan keluar dari celah tersebut sehingga tekanan tersebut dapat dibangkitkan didalam fluid film lubrication untuk mema memaks ksaa kelua keluarr pemi peminy nyaka akan. n. Denga Dengan n demi demiki kian an,, beban beban tida tidak k dapa dapatt disanggah dalam jangka waktu yang tidak menentu oleh proses squeeze film film lubric lubricati ation. on. Pada Pada akhirny akhirnya, a, fluid fluid film film akan akan menjad menjadii tipis tipis ketika ketika terjad terjadii kontak kontak yang yang tajam tajam antara antara kedua kedua permuk permukaan aan sendi. sendi. Meskip Meskipun un demikian, mekanisme ini cukup untuk menumpu beban yang tinggi dalam durasi yang pendek (lihat gambar 7).
Gamb Gambar ar 7.
Kapas Kapasit itas as suat suatu u cair cairan an atau atau lubr lubrik ikas asii dala dalam m pemb pembeb ebaba aban. n. A. Mekanisme hidrostatik lubrikasi, B. Mekanisme hidrodinamik lubrikasi, dan C. Mekanisme tekanan film lubrikasi.
118
119
Kerusakan / kelelahan (Wear)
Kerusakan adalah terjadinya pelepasan material dari permukaan solid oleh karena adanya aksi mekanikal. Kerusakan tersebut dapat dibagi kedalam 2 komponen, yakni : 1)
Kerusakan kan in interfacia cial ya yang terjadi aki akib bat ada adan nya int inteeraksi da dari
permukaan tumpuan. 2)
Kerusakan fa fatigue ya yang te terjadi ak akibat ad adanya def deformasi da dari
body kontak (permukaan sendi). Jika Jika kedua kedua perm permuka ukaan an tump tumpua uan n terj terjadi adi konta kontak k maka maka keru kerusa saka kan n inte interf rfac acia iall dapat dapat terj terjadi adi,, oleh oleh adan adanya ya adhes adhesif if atau atau abras abrasii (luk (lukaa lece lecet) t).. Kerusa Kerusakan kan adhesi adhesiff dapat dapat terjad terjadii jika jika kedua kedua permuk permukaan aan solid solid mengal mengalami ami kont kontak ak yang yang lebi lebih h kuat kuat darip daripad adaa mate materi rial al yang yang terl terlet etak ak di bawah bawahny nya. a. Kemudi Kemudian an akan muncul muncul fragm fragmenen-fra fragme gmen, n, sebagai sebagai akibat akibat dari dari kerobe kerobekan kan pada salah satu permukaan dan terjadi perlengketan satu sama lain. Abrasi terjadi ketika suatu material yang lunak tergores oleh salah satu permukaan yang jauh lebih keras, dimana dapat disebabkan oleh permukaan lawanannya atau adanya partikel-partikel yang hilang. Kerusakan permukaan cartilago dapat diobservasi pada in vitro. Jika terjadi kerusakan ultrastruktural dan atau hilangnya massa permukaan, maka lapisan permukaan cartilago menjadi lebih lunak dan lebih permeabel. Dalam kead keadaa aan n ini, ini, taha tahana nan n terh terhad adap ap gera geraka kan n cair cairan an akan akan berk berkur uran ang, g, yang yang memu memungk ngkin inka kan n cair cairan an bocor bocor kelu keluar ar dari dari flui fluid d film film mela melalu luii permu permuka kaan an carti cartilag lago o sehing sehingga ga terpeca terpecah h di atas atas permuk permukaan aan.. Hilangn Hilangnya ya cairan cairan akan akan meni meningk ngkat atka kan n kemung kemungki kina nan n konta kontak k yang yang taja tajam m pada pada perm permuk ukaan aan soli solid d cartilago dan akhirnya dapat lebih memperberat terjadinya proses abrasi. Kerusakan fatigue dapat terjadi pada permukaan tumpuan yang baik lubrication-nya. Kerusakan ini terjadi akibat adanya deformasi yang berulang secara secara period periodik. ik. Kerusa Kerusakan kan fatigu fatiguee terjad terjadii karena karena adanya adanya akumula akumulasi si dari dari kerusakan material secara mikroskopik ketika terjadi stress secara berulang-
119
120
kali. Meskipun besarnya stress yang terjadi jauh labih kecil daripada kekuatan materi material, al, tetapi tetapi pada akhirn akhirnya ya kerusa kerusakan kan akan akan terjad terjadii jika jika cukup cukup sering sering mengalami stress. Pada sendi sinovial, adanya gerakan rotasi dan slide dapat menyebabkan area permukaan sendi bergerak kedalam dan keluar dari area kontak. kontak. Proses Proses ini menyeb menyebabka abkan n stress stress yang yang berula berulang ng pada pada carti cartilag lago o dan dapat terjadi selama aktivitas fisiologis manusia. Ketika cartilago terbebani, beban akan disanggah oleh matriks collagen/proteoglycan dan disanggah pula oleh adanya tahanan (resisten) dari gerakan cairan yang melewati cartilago. Deng Dengan an dem demiki ikian, an,
beba beban n
yang ang
ber berulan ulang g
dan dan
ger gerakan akan sendi endi dapa dapatt
menyebabkan stress yang berulang pada solid matriks serta terjadi exudasi dan inhibisi yang berulang dari cairan interstitial jaringan. Stress yang berulang pada matriks collagen/proteoglycan akan menyebabkan kerusakan pada : 1) Serabu Serabutt collagen collagen 2) Jaringan Jaringan makromolekul makromolekul proteogly proteoglycan, can, atau 3) Interface (ruang) antara serabut-serabut serabut-serabut dan matriks matriks interfibrillar. interfibrillar. Dari Dari sebagi sebagian an besar besar hipote hipotesis sis yang yang populer populer,, salah salah satu satu hipoth hipothesi esiss menyat menyatakan akan bahwa bahwa kelela kelelahan han cartil cartilago ago diseba disebabkan bkan oleh oleh kerusa kerusakan kan akibat akibat beb beban an tens tensio ion n pada pada keran kerangka gka sera serabu butt coll collag agen en.. Begi Begitu tu pula pula,, sema semaki kin n ber berta tamb mbah ah usia usia dan dan adany adanyaa peny penyaki akitt sebe sebelu lumn mnya ya dapa dapatt meny menyeb ebab abkan kan perubahan yang berat di dalam populasi molekul proteoglycan. Perubahan ini merupakan bagian dari akumulasi kerusakan pada jaringan tersebut. Exudasi dan inhibisi cairan interstitial yang terjadi secara berulang-kali dapat menyebabkan pengeluaran molekul proteoglycan dari matriks cartilago mendekati permukaan sendi. Dengan kata lain, gerakan cairan akan jauh dari area stress yang terkonsentrasi (area kontak). Menurut Radin and Paul (1977) bahwa fenomena ini dapat menjelaskan mengapa beban yang tinggi sangat berbahaya bagi cartilago ; beban yang terjadi dengan cepat dan tiba-tiba akan menyebabkan cairan tidak sempat untuk bergerak jauh dari area kontak stress
120
121
yang tinggi, sehingga dengan demikian akan menghasilkan stress yang tinggi pada matriks collagen/proteoglycan. Kerusakan struktural pada cartilago dapat diobservasi melalui X-foto. Bagian vertikal dari cartilago yang memperlihatkan keretakan disebut dengan fibrillasi, yang akhirnya dapat meluas melewati lapisan cartilago yang sangat dalam. dalam. Kadang-k Kadang-kada adang, ng, lapisa lapisan n cartil cartilago ago mengal mengalami ami lebih lebih banyak banyak erosi erosi daripada retak. Sekali terjadi kerusakan mikrostruktur pada cartilago, maka mekanisme kerusakan yang bersifat mekanikal akan terjadi secara progresif ; terjadi pengeluaran molekul proteoglycan oleh gerakan cairan yang keras dan kemampuan kemampuan self lubrikasi lubrikasi dari cartilago cartilago mengalami mengalami kerusakan. kerusakan. Proses Proses ini mempercepat kerusakan interfasial dan terjadi kelelahan cartilago yang telah merusak matriks collagen/proteoglycan. e. Biomek Biomekani anik k Degener Degenerasi asi Carti Cartilag lago o Cartilago Cartilago sendi mempunyai mempunyai kapasitas yang terbatas untuk perbaikan perbaikan dan regenerasi. Jika stress yang besar terjadi pada cartilago maka kerusakan total dapa dapatt terj terjad adii deng dengan an sang sangat at cepa cepat. t. Suat Suatu u hipo hipote tesi siss meny menyat atak akan an bahw bahwaa peningkatan kerusakan secara progresif berkaitan dengan : 1)
Besarnya stress yang dialami.
2)
Jumlah stress tinggi yang dialami
3)
Molekul-molekul intrinsik dan struktur mikroskopik dari
matriks collagen/ proteoglycan. Besarnya stress yang dialami oleh cartilago ditentukan oleh beban total yang terjad terjadii pada sendi sendi dan bagaim bagaimana ana beban beban terseb tersebut ut didist didistri ribusi busikan kan di atas atas area area kontak kontak (besar (besarnya nya konsen konsentr trasi asi stress stress terjad terjadii pada pada area area kontak) kontak).. Ada sejuml sejumlah ah kond kondis isii
yang yang
bany banyak ak
meny menyeb ebab abka kan n
kons konsen entr tras asii
stre stress ss
berl berleb ebih ihan an
dan dan
menyebabkan menyebabkan kerusakan kerusakan cartilago. cartilago. Sebagian besar disebabkan oleh beberapa beberapa jenis sendi yang tidak kongruen sehingga menghasilkan secara abnormal area konta kontak k yang yang keci kecil. l. Sebag Sebagai ai cont contoh oh,, oste osteoa oart rthr hros osis is yang yang dise diseba babka bkan n oleh oleh congenital acetabular displasia, capital femur epifisis yang tergelincir keluar, atau fraktur intraartikular (Murray, 1965).
121
122
Meniscectomy pada knee dapat mengeliminir fungsi penyebaran beban dari meniscus (Lutfi, 1975 ; Shrive et al., 1978), sementara ruftur ligamen dapat menghasilkan gerakan relatif yang berlebihan pada kedua ujung tulang (Jacobsen, 1977) 1977) sehi sehing ngga ga meng mengha hasi silk lkan an peni pening ngka kata tan n beba beban n tota totall dan dan penin peningka gkata tan n konsentrasi stress akibat articulatio sendi yang abnormal. Secara makroskopik, konsentrasi stress mempunyai efek yang lebih besar. Tekanan Tekanan kontak kontak yang yang tinggi tinggi dianta diantara ra kedua kedua permuk permukaan aan dapat dapat menuru menurunkan nkan meka mekani nism smee flui fluid d film film lubr lubric icat atio ion. n. Sela Selanj njut utny nya, a, kont kontak ak yang yang terj terjad adii pada pada permukaan solid yang tajam dapat menyebabkan konsentrasi stress yang secara mikroskopik menghasilkan abrasi material dari kedua permukaan cartilago. Beberapa orang dengan pekerjaan atau hobby tertentu mempunyai insiden degener degenerasi asi yang yang tinggi tinggi,, karena karena pekerj pekerjaan aan atau atau hobby-n hobby-nya ya berkai berkaitan tan dengan dengan frekuensi pembebanan yang tinggi pada sendi dan besarnya beban total yang terjadi pada sendi. Sebagai contoh, sendi knee pada pemain sepakbola, sendi ankle pada pemain dancing ballet, dan lain-lain. Osteoarthrosis juga dapat terjadi seca secara ra sekun sekunde derr akib akibat at kelai kelaina nan n mole moleku kull-mo mole leku kull intr intrin insi sik k dan dan stru strukt ktur ur mikroskopik dari matriks collagen/proteoglycan. Berbagai contoh dari fenomena ini adalah degenerasi sekunder pada RA, hemorrhages didalam ruang sendi pada kondi kondisi si hemoph hemophil ilia ia (Lee (Lee et al., al., 1974) 1974),, gangg gangguan uan meta metabo boli lik k coll collag agen en yang yang beragam, beragam, dan kemungkinan kemungkinan juga degradasi cartilago cartilago (penurunan (penurunan fungsi) fungsi) oleh enzym proteolytic (Ali and Evans, 1973). Adanya kelemahan struktural pada cartilago akan mudah mengalami kerusakan oleh beban stress yang normal dan frekuensi beban yang rendah. Fibrocartilago Sendi
Pada Pada bebe bebera rapa pa send sendi, i, fibr fibroc ocar arti tila lago go send sendii bisa bisa dala dalam m bent bentuk uk disk diskus us fibrocart fibrocartilagi ilaginous nous atau parsial diskus yang dikenal sebagai meniskus, meniskus, yang juga terdapat diantara tulang pembentuk sendi. Diskus intervertebralis dan meniskus knee joint joint adalah contoh fibrocarti fibrocartilago lago sendi. sendi. Diskus Diskus interverteb intervertebralis ralis berperan sebagai sebagai bantalan bantalan diantara diantara vertebra, vertebra, mengurangi mengurangi level/ting level/tingkat kat stress stress dengan menyebarkan menyebarkan
122
123
beb beban an yang yang terj terjadi adi.. Mesk Meskip ipun un fung fungsi si disk diskus us dan dan meni menisk skus us tidak tidak jela jelas, s, teta tetapi pi memungkinkan memiliki peran sebagai berikut : 1. Mendistrib Mendistribusika usikan n berbagai berbagai beban diatas diatas permukaan permukaan sendi 2. Memperbaiki Memperbaikin n kesesuai kesesuaian/kec an/kecocokan ocokan dari permukaan permukaan sendi. 3. Membatasi Membatasi transla translasi si atau slip slip salah salah satu satu tulang tulang dengan tulang tulang lainny lainnya. a. 4. Melind Melindungi ungi perife periferr (tepi (tepi)) sendi sendi.. 5. Lubr Lubrik ikas asii (pe (pelu luma masa san) n) 6. Shoc Shock k abs absorps orpsii Jaringan Penyambung (konnektif) Sendi
Tendo ndon
yang
menghubu ubungkan kan
otot
ke
tula ulang,
dan
ligamen
yang ang
menghubungkan tulang ke tulang lainnya, adalah jaringan pasif yang secara utama terdiri dari serabut collagen dan serabut elastik. Tendon dan ligamen tidak memiliki kemampuan untuk berkontraksi seperti jaringan otot, tetapi dapat memanjang. Kedua jaringan ini bersifat elastik dan akan kembali ke posisi panjang awalnya setelah distre distretch tching ing (direg (diregang angkan) kan),, kecuali kecuali jaring jaringan an terseb tersebut ut direga diregang ng melamp melampaui aui batas batas elas elasti tikny knya. a. Suat Suatu u tend tendon on atau atau ligam ligamen en yang yang meng mengal alam amii pere peregan ganga gan n (str (stret etch ch)) melampaui batas elastiknya selama injury akan tetap dalam posisi teregang dan dapat dikembalikan ke posisi panjang awalnya hanya melalui pembedahan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa secara rutinitas tendon akan mengalami penyembuhan untuk memperbaiki kerusakan kecil yang bersifat internal sepanjang daur kehidupan agar jaringan tetap utuh. Tendon dan ligamen seperti tulang, dapat merespon terhadap perubahan stress mekanikal yang habitual dengan menghasilkan hipertropi atau atropi. Penelitian telah menunj menunjukka ukkan n bahwa bahwa latiha latihan n yang yang teratu teraturr dalam dalam jangka jangka waktu waktu yang yang lama lama dapat dapat menghas menghasil ilkan kan peningka peningkatan tan ukuran ukuran dan kekuata kekuatan n pada tendon tendon dan ligame ligamen, n, serta serta peningkatan kekuatan hubungan antara tendon dan tulang atau antara ligamen dan tulang. Fakta (Evidence) juga menunjukkan bahwa ukuran ligamen seperti ligamen cruciatum cruciatum anterior adalah proporsi proporsi dengan kekuatan antagonisnya antagonisnya (dalam (dalam hal ini adal adalah ah otot otot quad quadri rice ceps ps). ). Tend Tendon on dan dan liga ligame men n tida tidak k dapat dapat hanya hanya meng mengal alam amii
123
124
penyembuhan setelah ruptur, tetapi pada beberapa kasus/kondisi akan mengalami regener regenerasi asi secara secara keselu keseluruh ruhan, an, sepert sepertii dalam dalam fakta fakta (evide (evidence) nce) terjad terjadii regener regenerasi asi sempurna pada tendon semitendinosus setelah tindakan pelepasan secara bedah untuk memperbaiki ruptur ligamen cruciatum anterior.
B. Stab Stabil ilit itas as Send Sendii
Stab Stabil ilit itas as suat suatu u sendi sendi adal adalah ah kema kemamp mpua uan n send sendii untu untuk k mena menahan han terj terjadi adiny nyaa dislok dislokasi asi.. Secara Secara spesif spesifik, ik, stabil stabilita itass sendi sendi adalah adalah kemamp kemampuan uan sendi sendi untuk untuk menaha menahan n perge pergeser seran an salah salah satu satu tulang tulang terhad terhadap ap tulang tulang lainny lainnya, a, sambil sambil menceg mencegah ah injury injury pada ligamen, ligamen, otot, tendon otot disekitar disekitar sendi. sendi. Ada beberapa faktor faktor yang mempengaruhi mempengaruhi stabilitas sendi : 1.
Bentuk pe permuka ukaan tul tulaang pem pemb bentu ntuk se sendi Pada beberapa sendi mekanikal, bagian-bagian yang membentuk sendi selalu
dalam bentuk yang berlawanan sehingga saling cocok satu sama lain dengan kuat (liha (lihatt gambar gambar 8). Pada Pada tubuh tubuh manusi manusia, a, ujung ujung tulang tulang pembent pembentuk uk sendi sendi biasan biasanya ya perpaduan antara permukaan konveks dan konkaf.
Gambar 8. Beberapa bentuk permukaan sendi Meskip Meskipun un sebagi sebagian an besar besar sendi sendi memili memiliki ki bentuk bentuk permuk permukaan aan sendi sendi secara secara reciprokal, kedua permukaan tersebut tidak simetris, dan secara khas terjadi satu posisi yang paling rapat dimana terjadi area kontak yang maksimum. Hal ini dikenal close-packed position, dan dalam posisi ini stabilitas sendi biasanya sangat sebagai close-packed
124
125
besar. Suatu gerakan tulang pada sendi yang menjauhi dari close-packed position menghas menghasil ilkan kan suatu suatu posisi posisi yang yang dikenal dikenal sebagai sebagai loose-packed dimana loose-packed position, dimana terjadi penurunan area kontak. Sedangkan suatu posisi sendi yang menghasilkan kelonggaran maksimal didalam sendi atau tidak ada kontak dalam sendi dikenal sebagai maximally loose-packed position. Bebera Beberapa pa permuk permukaan aan sendi sendi memili memiliki ki bentuk bentuk yang yang berbed berbeda-be a-beda da sehing sehingga ga dalam close-packed position dan loose pack position menghasilkan area kontak yang bervariasi (area kontak besar atau kecil) dan stabilitas yang berbeda-beda (bisa lebih stabil stabil atau atau kurang kurang stabil stabil). ). Sebagai Sebagai contoh, contoh, acetabu acetabulum lum member memberika ikan n socket socket yang yang relatif dalam untuk caput femur, dan selalu terjadi area kontak yang relatif besar antara kedua tulang, hal ini yang menjadi salah satu alasan bahwa hip adalah sendi yang stabil. Namun demikian pada shoulder, fossa glenoidalis yang kecil memiliki diamet diameter er verti vertikal kal sekita sekitarr 75% dari dari diamet diameter er vertik vertikal al caput caput humeri humeri dan diamet diameter er horizontal yang 60% dari ukuran caput humeri. Olah karena itu, area kontak antara kedu keduaa tula tulang ng ters terseb ebut ut rela relati tiff keci kecill sehi sehing ngga ga memb member erik ikan an kontr kontrib ibus usii terh terhad adap ap instabilitas relatif pada shoulder kompleks. Ditemukan adanya variasi anatomikal dalam dalam bentuk bentuk dan ukuran ukuran permuk permukaan aan tulang tulang pemben pembentuk tuk sendi sendi dianta diantara ra beberap beberapaa individu ; oleh karena itu, beberapa orang memiliki sendi-sendi yang lebih atau kurang stabil daripada rata-rata. 2.
Susunan ligamen dan otot Ligamen, otot, dan tendon otot relatif mempengaruhi stabilitas sendi. Pada
beberapa sendi seperti knee dan shoulder, dimana konfigurasi tulang pembentuk send sendin inya ya teru teruta tama ma tida tidak k stab stabil il,, namu namun n kete ketega gang ngan an liga ligame men n dan dan otot otot dapa dapatt memberikan kontribusi secara signifikan terhadap stabilitas sendi dengan membantu mempertahankan ujung tulang pembentuk sendi secara bersama-sama. Jika jaringan otot otot lema lemah h akib akibat at disu disuse se (ina (inakt ktiv ivit itas as)) atau atau ligam ligamen en laxi laxity ty akib akibat at overs overstr tret etch ch (peregangan berlebihan), maka stabilitas sendi akan menurun. Ligamen dan otot yang kuat kuat seri sering ngkal kalii dapat dapat meni meningk ngkat atkan kan stab stabil ilit itas as sendi sendi.. Seba Sebaga gaii cont contoh oh,, lati latiha han n pen pengua guata tan n (str (stren engt gthe heni ning ng)) pada pada grou group p otot otot quadr quadric icep epss dan dan hams hamstr trin ing g dapa dapatt
125
126
meningkatkan stabilitas knee joint. Susunan yang kompleks dari ligamen dan tendon yang membungkus knee dapat dilihat pada gambar 9. Sudut perlekatan perlekatan sebagian sebagian besar tendon pada tulang tersusun tersusun sedemikian rupa sehingga sehingga ketika ketika otot menghasilkan menghasilkan ketegangan ketegangan maka ujung tulang pembentuk sendi akan tertarik saling merapat satu sama lain, hal ini akan meningkatkan stabilitas sendi. sendi. Keadaa Keadaan n ini biasan biasanya ya ditemu ditemukan kan ketika ketika otot otot sisi sisi lawanan lawanannya nya (antag (antagoni onis) s) menghasilkan ketegangan secara simultan (bersamaan). Namun demikian, ketika otot mengalami kelelahan, maka otot kurang mampu memberikan kontribusi terhadap stabilitas sendi, dan injury mungkin lebih sering terjadi. Ruptur ligamen cruciatum paling sering terjadi ketika ketegangan pada otot yang lelah disekitar knee tidak cuku cukup p untuk untuk meli melind ndung ungii ligam ligamen en cruci cruciat atum um dari dari pere perega ganga ngan n (str (stret etch ch)) yang yang melampaui batas elastiknya.
Gambar 9. Susunan ligamen dan tendon yang membungkus knee joint 3.
Jari Jaring ngan an peny penyam ambu bung ng lain lainny nyaa (con (conne nect ctiv ivee tiss tissue ue). ).
126
127
Jaring Jaringan an penyam penyambung bung fibro fibrous us yang yang berwar berwarna na putih putih dikena dikenall sebaga sebagaii fascia fascia.. Fascia mengelilingi atau membungkus otot dan bundel serabut otot didalam otot, memberikan memberikan proteksi dan support. support. Suatu fascia fascia yang sangat kuat atau traktus traktus fascia fascia yang menonjol dikenal sebagai traktus iliotibial band yang melintas pada sisi lateral knee (lihat gambar 10), dapat memberikan kontribusi terhadap stabilitas knee. Fascia dan kulit pada lapisan luar tubuh merupakan jaringan lainnya yang memberikan kontribusi terhadap integritas sendi.
Gambar 10. Traktus Iliotibial band pada sisil lateral knee
C. Flek Fleksib sibil ilita itass Sendi Sendi
127
128
Fleksibilitas sendi merupakan istilah yang digunakan untuk menggambarkan range of motion motion (ROM) (ROM) yang yang terjad terjadii pada pada setiap setiap bidang bidang gerak gerak pada sebuah sendi. sendi. Statik Statik fleksi fleksibil bilita itass menunj menunjukka ukkan n suatu suatu ROM yang yang ada ketika ketika segmen segmen tubuh tubuh secara secara pasif pasif digerakkan (oleh fisioterapis atau dokter), sedangkan dinamik fleksibilitas menunjukkan pada ROM yang dapat dicapai oleh gerakan segmen tubuh secara aktif yang dihasilkan oleh kontraksi otot. Statik Statik fleksibil fleksibilitas itas merupakan indikator yang baik untuk relatif tightness tightness atau laxitas laxitas sendi, dimana implikasi implikasi untuk potensial potensial injury. Namun demikian, demikian, dinamik fleksibilitas harus cukup atau tidak membatasi ROM yang dibutuhkan untuk aktivitas kegiatan sehari (ADL), kerja, atau aktivitas olahraga. Penelitian menunjukkan bahwa kedua komponen fleksibilitas ini adalah independen satu sama lain. Meskip Meskipun un fleksi fleksibil bilita itass secara secara umum umum sering seringkal kalii diband dibanding ingkan, kan, secara secara aktual aktual fleksibilitas merupakan spesifik sendi. Hal ini menunjukkan bahwa jumlah atau besarnya fleksibil fleksibilitas itas yang luas pada salah satu sendi tidak menjamin menjamin terjadi terjadi derajat derajat fleksibil fleksibilitas itas yang sama pada seluruh sendi. Pengukuran ROM Sendi
ROM ROM send sendii dapat dapat diuk diukur ur seca secara ra lang langsu sung ng dalam dalam unit unit dera deraja jat. t. Pada Pada posis posisii anatomikal, seluruh sendi dianggap berada pada derajat 0 (zero degree). Oleh karena itu, ROM fleksi hip merupakan ukuran derajat yang dicapai oleh tungkai yang bergerak dari 0o ke titik maksimum fleksi (lihat gambar 11). Sedangkan ROM extensi (kembali ke posisi anatomikal) adalah gerakan dari fleksi maksimum ke posisi 0o, kemudian gerakan dari posisi anatomikal ke arah lain (ke posterior) p osterior) diukur sebagai ROM hiperekstensi. Alat yang digunakan untuk mengukur ROM sendi dapat dilihat pada gambar 12.
128
129
Gambar 11. Gerakan fleksi hip dengan ROM yang dicapai Faktor-faktor yang Mempengaruhi Fleksibilitas Sendi Faktor Faktor-fa -fakto ktorr yang yang berbed berbedaa dapat dapat mempen mempengar garuhi uhi fleks fleksibi ibilit litas as sendi. sendi. Bentuk Bentuk permu permukaa kaan n tulang tulang pembent pembentuk uk sendi sendi dan keterl keterlibat ibatan an otot otot atau atau jaring jaringan an lemak lemak dapat dapat mempengaruhi atau mengakhiri gerakan pada ROM yang luas. Sebagai contoh, ketika elbow mengalami hiperextensi yang luas maka kontak olecranon ulna dengan fossa olecranon humerus dapat membatasi gerakan yang lebih jauh. Otot dan/atau lemak pada bagia bagian n anteri anterior or lengan lengan dapat dapat membat membatasi asi geraka gerakan n fleksi fleksi elbow. elbow. Bebera Beberapa pa atlit atlit pada pada olahraga asimetris secara bilateral seperti tennis mungkin memiliki ROM yang kurang pada lengan yang dominan daripada lengan yang nondominan di glenohumeral joint shoulder.
129
130
Gamb Gambar ar 12. 12.
Alat Alat ukur ukur goni goniom omet eter er,, elek elektr trog ogon onio iome mete ter, r, dan dan Leig Leight hton on flex flexom omet eter er digunakan untuk mengukur ROM
Fleksibilitas sendi utamanya merupakan fungsi relatif laxitas dan/atau extensibilitas jar jarin ingan gan kolag kolagen en dan dan otot otot yang yang mele melewa wati ti sendi sendi untu untuk k sebag sebagia ian n besa besarr popul populas asi. i. Ketegangan ligamen dan otot yang membatasi extensibilitas merupakan inhibitor yang paling besar untuk ROM sendi. Ketika jaringan tersebut tidak terulur (stretch) maka extensibilitasnya akan menurun. Kandungan air dari diskus cartilaginous yang ada pada beberapa sendi juga mempengaruhi mobilitas sendi-sendi tersebut. Penelitian laboratorium menunjukkan bahwa extensibilitas jaringan kolagen sedikit mening meningkat kat pada kenaika kenaikan n temper temperatu atur. r. Meskip Meskipun un penemu penemuan an ini menjel menjelask askan an bahwa bahwa latihan “warm-up” dapat meningkatkan ROM sendi, hal ini belum didokumentasikan dengan baik pada manusia. Durasi 15 menit pada statik bicycle telah menunjukkan adanya penurunan resting resting tension tension (ketegangan (ketegangan saat istirahat istirahat)) pada otot hamstring, hamstring, yang disertai dengan peningkatan ROM hip. Namun demikian, dalam suatu penelitian yang membandingkan efek-efek statik stretching pada ROM ankle dengan statik stretching yang yang didahu didahului lui oleh oleh latiha latihan n warm-u warm-up, p, aplika aplikasi si panas panas superf superfisi isial, al, atau atau ultras ultrasound ound,, menunjukkan bahwa semua protokol menghasilkan efek-efek yang sama. Oleh karena itu, penelitian yang lebih lanjut dibutuhkan untuk mengidentifikasi mekanisme spesifik yang berperan dalam efek-efek warm-up pada ROM sendi. D. Asas
130
131
BIOMEKANIK OTOT SKELETAL
Otot Otot hany hanyaa meru merupa pakan kan jari jaring ngan an yang yang mamp mampu u seca secara ra akti aktiff menge mengemb mban angk gkan an ketegangan (tension). Karakteristik ini memungkinkan otot skeletal atau otot lurik dapat melakuk melakukan an fungsi fungsi pentin penting g dalam dalam memper mempertaha tahanka nkan n postur postur tubuh tubuh tegak, tegak, mengger menggerakka akkan n anggota gerak tubuh, dan mengabsorbsi (meredam) terjadinya shock. Karena otot hanya dapat melakukan fungsi tersebut pada saat dirangsang dengan baik, maka sistem saraf dan sistem otot secara kolektif seringkali dikenal sebagai neuromuskular system. Pada bab ini akan dibahas tentang sifat-sifat jaringan otot, organisasi fungsional dari jaringan otot, dan aspek biomekanik dari fungsi otot. A. Sifat-si Sifat-sifat fat Jaringan Jaringan Otot Otot
Ada Ada 4 sifa sifatt jari jaringa ngan n otot otot yait yaitu u ekst ekstens ensib ibil ilit itas as,, elas elasti tisi sita tas, s, irri irrita tabi bili lita tas, s, dan dan kemamp kemampuan uan mengem mengembang bangkan kan ketega keteganga ngan n (tensi (tension) on).. Sifat Sifat-si -sifat fat terseb tersebut ut umumny umumnyaa terdapat pada seluruh otot yaitu otot jantung, otot halus, dan otot skeletal pada manusia, juga dimiliki oleh otot-otot mamalia, reptil, amphibi, burung, dan serangga. Ekstensibilitas dan Elastisitas
Sifat Sifat eksten ekstensib sibili ilitas tas dan elasti elastisit sitas as umumny umumnyaa terdapa terdapatt pada pada beberap beberapaa jaring jaringan an biolo biologis gis.. Sepert Sepertii yang yang ditunj ditunjukk ukkan an pada pada gambar gambar dibawa dibawah h ini, ini, eksten ekstensi sibil bilita itass adalah adalah kema kemamp mpua uan n teru terulu lurr atau atau meni mening ngka katn tnya ya pemanj pemanjan angan gan otot otot,, dan elas elasti tisi sita tass adala adalah h kemampuan otot untuk kembali ke panjang normal setelah diulur (distretch). Elastisitas otot akan mengembalika mengembalikan n otot ke posisi posisi pemanjangan pemanjangan istirahat istirahat normal (normal resting) resting)
131
132
setelah mengalami penguluran dan memberikan transmisi ketegangan yang halus dari otot ke tulang. Sifat elastis otot digambarkan sebagai 2 komponen u tama. Komponen elastis paralel (PEC) ditunjukkan oleh membran otot, yang memberikan tahanan pada saat otot secara pasif pasif terulu terulurr (stret (stretch) ch).. Kompone Komponen n elasti elastiss seri seri (SEC) (SEC) terdapa terdapatt pada pada tendon, tendon, bekerj bekerjaa sebagai pegas yang lentur untuk menyimpan energi elastis ketika otot yang tegang diulur (distr (distretc etch). h). Kompone Komponen-ko n-kompo mponen nen elasti elastisit sitas as otot otot ini dinama dinamakan kan demiki demikian an karena karena membra membran n otot otot dan tendon tendon masing masing-ma -masin sing g parale paralell dengan dengan serabut serabut otot dan seri seri atau atau segaris dengan serabut otot, dimana memberikan komponen kontraktil. Elastisitas otot skeletal manusia secara utama terdapat pada SEC (tendon). Baik SEC dan PEC memiliki sifat merekat yang memungkinkan otot terulur dan kembal kembalii ke dalam dalam bentuk bentuk semula semula.. Ketika Ketika pengulu penguluran ran statik statik pada group group otot otot sepert sepertii hamstring dipertahankan selama jangka waktu tertentu, maka secara progresif otot akan memanjang, memanjang, dan meningkatkan meningkatkan ROM sendi. sendi. Demikian Demikian pula, setelah group otot tertentu diulur diulur (distr (distretc etch), h), maka maka tidak tidak akan akan kembal kembalii dengan dengan segera segera ke posisi posisi pemanj pemanjang angan an istirahat (resting length), tetapi secara bertahap akan memendek selama jangka waktu tert terten entu tu.. Resp Respon on visk viskoel oelas asti tik k ini ini pada pada otot otot tida tidak k berg bergan antu tung ng pada pada jeni jeniss kela kelami min n (independent). Irritabilitas dan Kemampuan Mengembangkan Ketegangan
Sifat karakteristik otot lainnya adalah irritabilitas. Irritabilitas adalah kemampuan untuk untuk meresp merespon on suatu suatu stimul stimulus. us. Stimu Stimulus lus yang yang mempen mempengar garuhi uhi otot otot dapat dapat berupa berupa elektrokim elektrokimiawi iawi seperti seperti aksi potensial potensial dari saraf yang mempersara mempersarafinya finya,, atau mekanikal mekanikal seperti pukulan/benturan dari luar pada bagian otot. Ketika diaktivasi oleh stimulus maka otot akan merespon dengan berkembangnya ketegangan (tension). Kemampuan untuk mengembangkan ketegangan (tension) merupakan salah satu sifa sifatt kara karakt kter eris isti tik k yang yang khas khas pada pada jari jaring ngan an otot otot.. Seca Secara ra hist histor oris is,, perke perkemb mban angan gan ketegangan (tension) dari otot telah dikenal sebagai kontraksi, atau komponen kontraktil dari fungsi otot. Kontraktilitas adalah kemampuan otot untuk memendek dari panjang otot. otot. Namun Namun demiki demikian, an, ketega ketegangan ngan pada suatu suatu otot otot tidak tidak mungki mungkin n mengha menghasil silkan kan pemendekan otot (akan dibahas pada subbab berikutnya).
132
133
B. Organis Organisasi asi Strukt Struktura urall Otot Skele Skeletal tal
Ada sekitar 434 otot pada tubuh manusia, yang membentuk 40% - 45% dari berat tubuh sebagian besar orang dewasa. Otot-otot didistribusikan secara berpasangan pada sisi kanan dan kiri dari tubuh. Sekitar 75% pasangan otot bertanggung jawab terhadap gerakan tubuh dan postur tubuh, dengan masih melibatkan seperti kontrol mata dan mene menela lan n dalam dalam akti aktivi vita tas. s. Ketik Ketikaa keteg ketegang angan an berk berkem emba bang ng pada pada suat suatu u otot otot,, maka maka pertimban pertimbangan gan biomekanik biomekanik seperti seperti besarnya besarnya gaya yang dibangkitka dibangkitkan, n, kecepatan kecepatan gaya yang berkembang, dan lamanya waktu gaya tersebut dipertahankan dapat dipengaruhi oleh karakteristik anatomis dan fisiologis tertentu dari otot tersebut. Serabut Otot
Sebuah sel otot tunggal dinamakan dengan serabut otot karena berbentuk seperti benang/ serabut. Membran yang membungkus serabut otot kadang-kadang dinamakan dengan sarkolemma dan secara khusus sitoplasma ini dinamakan dengan sarkoplasma. Sarkoplasma pada setiap serabut otot mengandung sejumlah nukleus dan mitokondria, serta sejumlah benang/serabut myofibril yang berjalan paralel sejajar satu sama lain. Myof Myofib ibri rill meng mengan andun dung g 2 tipe tipe fila filame men n prot protei ein n yang yang susu susuna nanny nnyaa mengh menghas asil ilkan kan karakteristik pola striated sehingga dinamakan otot striated atau otot skeletal. Observasi melalui mikroskop terlihat adanya perubahan struktur bands (A bands, I bands) dan garis didalam otot skeletal selama kontraksi otot. Sarkomer terbagi-bagi antara 2 Z lines, yang merupakan unit struktural dasar dari serabut otot. Setiap sarkomer dibagi dua oleh suatu M line. A band berisi filamen myosin yang kasar dan tebal, serta dikelilingi oleh 6 filamen aktin yang tipis dan halus. I band berisi hanya filamen aktin yang tipis. Pada kedua kedua band terseb tersebut, ut, filame filamen-f n-fila ilamen men protei protein n dipert dipertaha ahanka nkan n dalam dalam posisi posisinya nya oleh oleh perlekatan pada Z line, yang melekat ke sarkolemma. Pada pusat A band terdapat H zone, yang berisi hanya filamen myosin yang tebal.
133
134
134
135
Gambar 13. Struktur otot dan sel otot Selama kontraksi otot, filamen aktin yang tipis dari salah satu ujung sarkomer akan slide satu sama lain. Sebagaimana terlihat melalui mikroskop, Z line bergerak kearah A bands untuk mempertahankan ukuran awalnya, sementara I bands menjadi sempit dan H zone menjadi hilang. Proyeksi dari filamen myosin dinamakan dengan cross-bridge yang membentuk hubungan fisik dengan filamen aktin selama kontraksi otot, dengan sejumlah hubungan yang proporsional dengan produksi gaya dan pengeluaran energi. Suatu Suatu salura saluran n jaring jaringan an membra membran n yang yang dikenal dikenal sebagai sebagai retiku retikulum lum sarkop sarkoplas lasmik mik adalah adalah berhub berhubunga ungan n dengan dengan setiap setiap serabu serabutt secara secara extern external. al. Secara Secara intern internal, al, serabut serabut terbelah oleh terowongan kecil yang dinamakan dengan transverse tubule. Transverse tubule berjalan secara sempurna melalui serabut dan hanya terbuka kearah external. Retiku Retikulum lum sarkop sarkoplas lasmik mik dan transv transvers ersee tubule tubule merupa merupakan kan salura saluran-s n-salu aluran ran untuk untuk tranpor tranportas tasii mediat mediator or elektr elektroki okimia miawi wi dari dari aktiva aktivasi si otot. otot. Bebera Beberapa pa lapisa lapisan n jaring jaringan an konektif/ konektif/ penyambung penyambung memberikan memberikan superstrukt superstruktur ur untuk struktur struktur serabut serabut otot. Setiap membran serabut atau sarkolemma dikelilingi atau dibungkus oleh jaringan konektif tipis yang dinamakan dengan endomysium. endomysium. Serabut-se Serabut-serabut rabut otot yang tergabung kedalam kedalam fascicle dibungkus oleh jaringan konektif yang dikenal sebagai perimysium. Kelompokkelomp kelompok ok fascic fascicle le memben membentuk tuk otot otot secara secara keselu keseluruh ruhan an yang yang kemudi kemudian an dibung dibungkus kus// dikelilingi oleh epimysium, yang berlanjut sampai dengan tendon otot. Pada Pada usia usia dewasa dewasa,, terlih terlihat at sangat sangat bervar bervarias iasii panjang panjang dan diamet diameter er serabu serabutt otot otot didalam otot. Beberapa serabut dapat berjalan pada seluruh panjang otot, sedangkan otot lainnya jauh lebih pendek. Serabut dengan panjang diatas 30 cm telah diidentifikasi terdapat pada otot sartorius. Serabut otot skeletal akan tumbuh panjang dan diameternya
135
136
dari lahir sampai dewasa, dengan 5 kali lipat peningkatan diameter serabut selama masa ini. Diameter serabut juga dapat meningkat oleh program resistance training dengan beberapa repetisi pada beban yang besar dalam seluruh kelompok usia dewasa. Secara genetik, sejumlah serabut otot yang ada ditentukan dan bervariasi dari orang ke orang orang.. Juml Jumlah ah sera serabu butt yang yang sama sama yang yang nampak nampak saat saat lahi lahirr akan akan dipe dipert rtah ahank ankan an sepanj sepanjang ang kehidupa kehidupanny nnya, a, kecuali kecuali kadangkadang-kada kadang ng hilang hilang/me /menur nurun un setela setelah h injury injury.. Pening Peningkat katan an ukuran ukuran otot otot setela setelah h resist resistanc ancee train training ing secara secara umum umum diyaki diyakini ni terjad terjadii peningkatan diameter serabut otot yang lebih besar daripada jumlah serabut otot. Namun demikian, kemungkinan terjadi hiperplasia atau peningkatan jumlah serabut otot dapat terjadi diantara beberapa individu sebagai respon terhadap program training. Motor Unit
Serabut Serabut otot diorganisasi/d diorganisasi/diatur iatur kedalam group fungsional dengan ukuran yang berbe berbeda-b da-beda eda.. Sejuml Sejumlah ah serabut serabut otot otot yang yang diinne diinnerva rvasi si oleh oleh susunan susunan motor motor neuron neuron tunggal, kelompok ini dikenal sebagai motor unit. Axon pada setiap motor neuron akan membagi beberapa cabang sehingga setiap serabut otot disuplai oleh satu motor end plate. Secara khas, hanya satu motor end plate per serabut otot. Serabut dari sebuah motor unit dapat menyebar diatas area beberapa sentimeter dan diselang-seling oleh serabut motor unit lainnya. Suatu pengecualian yang jarang terjadi adalah motor unit dibatasi pada suatu otot tunggal dan terlokalisir didalam otot tersebut. Sebuah motor unit tunggal pada mammalia dapat berisi dari kurang lebih 100 sampai mendekati 2000 serabut serabut,, bergan bergantun tung g pada pada tipe tipe geraka gerakan n yang yang dihasi dihasilka lkan n oleh oleh otot otot terseb tersebut. ut. Geraka Gerakanngerakan yang dikontrol dengan tepat, seperti gerakan mata atau jari-jari dihasilkan oleh motor unit-motor unit dengan jumlah serabut yang kecil. Gerakan yang kasar, sangat kuat, seperti gerakan yang dihasilkan oleh gastrocnemius yang merupakan hasil dari aktivitas motor unit yang besar.
136
137
Gambar 14. Motor Unit
Sebagian besar motor unit skeletal pada mamalia tersusun oleh sel-sel twitch-tipe yang merespon terhadap stimulus tunggal, dengan berkembangnya tension (ketegangan) dalam bentuk seperti twitch (kejutan). Ketegangan pada serabut twitch setelah adanya stimulus dari impuls saraf tunggal dapat meningkatkan nilai puncak kurang lebih 100 msec kemudian segera menurun. Namun demikian, pada tubuh manusia, motor unit secara umum diaktivasi oleh sejuml sejumlah ah impul impulss saraf. saraf. Ketika Ketika impuls impuls yang yang cukup cukup dan cepat, cepat, mengak mengaktiv tivasi asi sebuah sebuah serabut yang siap dalam keadaan tension (ketegangan), maka sumasi akan terjadi dan tension secara progresif akan meningkat sampai tercapai nilai maksimum bagi serabut ters terseb ebut ut.. Sebu Sebuah ah sera serabu butt yang yang seca secara ra beru berula lang ng diak diakti tiva vasi si agar agar supa supaya ya dapa dapatt dipert dipertaha ahankan nkan pada level level tensio tension n maksim maksimum um selama selama waktu waktu terten tertentu, tu, hal ini dalam dalam keadaan keadaan tetanus tetanus.. Ketega Ketegangan ngan (tensi (tension) on) yang yang terjad terjadii selama selama tetanus tetanus dapat dapat mencap mencapai ai sebanyak 4 kali puncak ketegangan selama twitch tunggal. Pada saat tetanus berlangsung lama, maka kelelahan dapat menyebabkan penurunan level tension secara bertahap. Tidak semua motor unit skeletal manusia adalah dari tipe twitch. Motor unit dari tipe tonik ditemukan pada organ occulomotor. Motor unit ini memerlukan lebih banyak stimulus daripada stimulus tunggal sebelum terjadi perkembangan awal dari tension. Tipe Serabut
Serabut otot skeletal memperlihatkan beberapa struktural, histokimiawi, dan sifat karakterist karakteristik ik yang berbeda-beda. berbeda-beda. Karena perbedaan ini memiliki memiliki implikasi langsung terhadap fungsi otot, maka serabut otot merupakan hal yang menarik bagi para ilmuwan. Serabu Serabutt dari dari bebera beberapa pa motor motor unit unit akan berkont berkontrak raksi si sampai sampai mencapa mencapaii ketega ketegangan ngan
137
138
(tensi (tension) on) maksim maksimum um yang yang lebih lebih cepat cepat daripa daripada da serabu serabutt lainny lainnyaa setela setelah h disti distimul mulasi asi.. Berdasarkan pada perbedaan karakteristik ini, serabut otot dibagi kedalam 2 kategori utama yaitu serabut fast twitch (FT) dan slow twitch (ST). Untuk mencapai puncak ketegangan, serabut FT hanya mengambil waktu sekitar 1/7 dibandingkan dengan waktu yang diperlukan oleh serabut ST. Namun demikian, kisaran waktu twitch yang besar untuk mencapai ketegangan maksimum nampak terlihat pada kedua kategori tersebut. Perbed Perbedaan aan waktu waktu puncak puncak ketegan ketegangan gan terseb tersebut ut disebab disebabkan kan oleh oleh adanya adanya konsen konsentr trasi asi myosin ATPase yang tinggi pada serabut FT. Serabut FT juga lebih besar diameternya daripada serabut ST. Karena karakteristiknya, maka serabut FT biasanya lebih cepat lelah daripada serabut ST. Meskipun keutuhan serabut FT dan ST dalam otot dapat membang membangkit kitkan kan jumlah jumlah gaya gaya puncak puncak isomet isometrik rik yang yang sama sama per area area cross cross-se -secti ctional onal (diameter) otot, beberapa orang yang memiliki persentase serabut FT yang tinggi mampu membangkitkan jumlah torque dan power yang tinggi selama gerakan daripada memiliki lebih banyak serabut ST. Serabut FT terbagi kedalam 2 kategori berdasarkan pada unsur histokimiawi. Tipe pertama dari serabut FT tahan terhadap kelelahan seperti karakteristik serabut ST. Tipe kedua dari serabut FT memiliki diameter yang besar, mengandung mitokondria dalam jumlah yang sedikit, dan lebih cepat lelah daripada tipe pertama. Para peneliti telah menjelaska menjelaskan n beberapa beberapa skema skema kategorisas kategorisasii berdasarkan berdasarkan pada unsur metabolik dan kontraktil dari ketiga tipe serabut yang berbeda (tabel 1). Pada salah satu skeme, serabut ST dikenal sebagai tipe I, dan serabut FT disebut dengan tipe IIa dan tipe IIb. Istilah sistem lainnya adalah serabut ST dikenal sebagai slow-twitch oxidative (SO), serabut FT terbagi kedalam serabut fast-twitch oxidative glycolytic (FOG) dan fast-t fast-twit witch ch glycol glycolyti yticc (FG). (FG). Katego Kategoris risasi asi tambah tambahan an lainny lainnyaa adalah adalah serabut serabut ST, dan serabut fast-twicth fatigue resistant (FFR) serta serabut fast-twitch fast fatigue (FF). Beberapa sistem klasifikasi ini didasarkan pada perbedaan unsur serabut, dan tidak dapat dipertukarkan. Meskipun seluruh serabut pada sebuah motor unit adalah tipe yang sama, sebagian besar otot skeletal mengandung serabut FT dan ST, dengan jumlah yang relatif bervariasi dari otot ke otot dan individu ke individu. Sebagai contoh, otot soleus secara umum
138
139
hanya digunakan untuk penyesuaian postural sehingga mengandung terutama serabut ST. Sebaliknya, otot gastrocnemius dapat mengandung lebih banyak serabut FT daripada serabut ST.
Tabel 3. Karakteristik Serabut Otot Skeletal Tipe I Slow-Twitch Oxidative (SO) Serabut Slow-Twitch (ST)
Kecepatan kontraksi
Rendah
Tipe IIa Fast-Twitch Oxidative Glycolytic (FOG) Serabut Fast-Twitch Fatigue Resistant (FFR) Cepat
Kelelahan
Rendah
Sedang
Cepat
Diameter
Kecil
Sedang
Besar
Konsentrasi ATPase
Rendah
Tinggi
Tinggi
Konsentrasi Mitokondria
Tinggi
Tinggi
Rendah
Konsentrasi Enzym Glycolytic
Rendah
Sedang
Tinggi
Karakteristik
Tipe Iib Fast-Twitch Glycolytic (FG) Serabut Fast-Twitch Fast Fatigue (FF) Cepat
Serabut FT merupakan kontributor yang penting untuk kesuksesan performa atlit dalam suatu event/pertandingan yang memerlukan kecepatan, kontraksi otot yang sangat kuat
dan
cepa epat
(pow power),
seperti
lari
cepat
(spri print) nt)
dan dan
melompat.
Suat uatu
event/pertandingan yang membutuhkan endurance (daya tahan) seperti lari jarak jauh, bersepeda, berenang memerlukan fungsi serabut ST yang lebih tahan lelah secara efektif. Pengg Pengguna unaan an biops biopsii otot otot yang yang dila dilakuk kukan an oleh oleh para para penel penelit itii menun menunju jukka kkan n sang sangat at mendukung kesuksesan atlit pada event-event yang memerlukan strength (kekuatan) dan
139
140
power yang cenderung memiliki proporsi serabut FT yang tinggi, dan atlit-atlit yang endurance tinggi biasanya secara abnormal memiliki proporsi serabut ST yang tinggi. Mesk Meskip ipun un penem penemua uan n ini ini menj menjel elas aska kan n bahwa bahwa prog progra ram m atle atleti tik k trai traini ning ng dapat dapat menyebabkan konversi serabut dari ST ke FT atau sebaliknya, hal ini belum ditemukan pada kasus nyata. Endurance exercise training (latihan daya tahan) telah menunjukkan dapat meningkatkan meningkatkan kecepatan kecepatan kontraksi kontraksi dari serabut serabut ST soleus yang dominan dominan menjadi menjadi 20%. 20%. Namun Namun demiki demikian, an, peningka peningkatan tan ini berkai berkaitan tan dengan dengan peningka peningkatan tan konsent konsentras rasii serabut ATPase yang lebih besar daripada peningkatan persentase serabut fast-twitch yang ada dalam otot. Meskipun demikian, didalam serabut FT telah ditemukan dapat terjadi konversi dari tipe IIb ke tipe IIa dengan program resistance (strength) training yang berat (latihan penguatan), endurance training (latihan daya tahan), serta konsentrik dan eksentrik isokinetik training. Beberapa orang yang secara genetik diberikan persentase serabut FT yang tinggi cenderung berolahraga yang memerlukan strength (kekuatan), dan beberapa orang yang secara secara genetik genetik diberi diberikan kan persen persentas tasee serabu serabutt ST yang yang tinggi tinggi akan memil memilih ih olahra olahraga ga endurance (daya tahan). Namun demikian, distribusi tipe serabut otot pada atlit strengthtraine trained d dan atlit atlit endura endurance nce-tr -train ained ed tergol tergolong ong dalam dalam kisara kisaran n (range (range)) kompos komposisi isi tipe tipe serabut serabut yang ditemukan pada beberapa beberapa orang tidak terlatih terlatih (untrained). (untrained). Dalam populasi populasi umum distribusi komposisi FT versus ST nampak terlihat, dan sebagian besar orang memiliki keseimbangan serabut FT dan ST, serta relatif persentase yang kecil orangorang yang memiliki jumlah serabut FT yang sangat besar atau serabut ST yang sangat besar. Diketahui ada 2 faktor yang mempengaruhi komposisi tipe serabut otot yaitu usia dan obesitas. Terjadi secara progresif, dimana usia berkaitan dengan penurunan jumlah motor unit dan serabut otot serta ukuran serabut tipe II tidak berkaitan dengan jenis kelami kelamin n atau atau traini training. ng. Suatu Suatu penelit penelitian ian longit longitudi udinal nal terhada terhadap p 28 pelari pelari jarak jarak jauh jauh menunjukkan bahwa terdapat peningkatan proporsi yang signifikan pada serabut tipe I selama jangka waktu 20 tahun, diperkirakan akibat hilangnya serabut tipe II secara selektif. Sebaliknya, bayi dan anak-anak juga memiliki proporsi yang lebih kecil secara signifikan pada serabut tipe IIb daripada orang dewasa, dan secara signifikan ditemukan
140
141
proporsi yang rendah pada serabut tipe IIb orang dewasa yang obesitas dibandingkan dengan orang dewasa yang non-obesitas. Bukti/fakta yang baru, menekankan pada peran genetik terhadap tipe serabut dan menj menjel elas askan kan bahwa bahwa otot otot skel skelet etal al dapat dapat bera beradap dapta tasi si terh terhada adap p tunt tuntut utan an perub perubaha ahan n fungsi fungsional onal dengan dengan mengha menghasil silkan kan peruba perubahan han pada pada phenoty phenotype pe genetik genetik dari dari serabu serabutt seseorang. Sel-sel batang myogenik yang dinamakan dengan sel-sel satelit secara normal menjadi inaktif, tetapi dapat dirangsang melalui perubahan pada aktivitas otot secara habitual (kebiasaan) untuk proliferasi dan membentuk serabut otot yang baru. Hal ini dapat menjadi hipotesis bahwa regenerasi otot setelah latihan dapat memberikan suatu stimulus stimulus terhadap keterlibat keterlibatan an sel satelit satelit dalam remodeling remodeling (perbaikan) (perbaikan) otot melalui melalui perubahan genetik yang nampak pada serabut otot dan fungsinya didalam otot. Arsitektur Serabut
Variabel lainnya yang mempengaruhi fungsi otot adalah susunan serabut didalam otot. otot. Orient Orientasi asi serabut serabut didala didalam m otot otot dan susuna susunannny nnnyaa dimana dimana serabu serabutt meleka melekatt pada tendon sangat bervariasi bervariasi diantara otot-otot pada tubuh manusia. Orientasi struktural struktural ini dapat dapat mempeng mempengaru aruhi hi streng strength th (kekuat (kekuatan) an) kontrak kontraksi si otot otot dan ROM yang yang dilalu dilaluii oleh oleh group otot yang menggerakkan segmen tubuh. Ada 2 katego kategori ri utama utama susunan susunan serabut serabut otot yaitu yaitu susuna susunan n serabu serabutt parale paralell dan susunan susunan serabut serabut pennate. pennate. Meskipun Meskipun terdapat terdapat sejumlah sejumlah subkategori subkategori dari susunan susunan serabut serabut par paral alel el dan penna pennate te,, perb perbed edaa aan n antar antaraa 2 kateg kategor orii utam utamaa ters terseb ebut ut cukup cukup untuk untuk menjelaskan gambaran biomekanikalnya. Pada Pada susu susuna nan n sera serabu butt para parale lel, l, orie orient ntas asii sera serabu butt sang sangat at para parale lell deng dengan an axis axis longitudinal otot. Otot sartorius, rectus abdominis, dan biceps brachii memiliki orientasi serabut paralel. Pada sebagian besar serabut otot yang paralel, terdapat serabut yang tidak memanjang pada seluruh panjang otot, tetapi berakhir pada suatu lokasi didalam musc muscle le bell belly. y. Begi Begitu tu sera serabu butt memi memili liki ki spes spesia iali lisa sasi si stru strukt ktur ural al yang yang memb member erik ikan an interkoneksi dengan serabut didekatnya pada beberapa titik/lokasi sepanjang permukaan sera serabut but,, hal hal ini ini memu memung ngki kink nkan an peng pengir irim iman an keteg ketegang angan an (tens (tensio ion) n) keti ketika ka sera serabu butt dirangsang.
141
142
Susunan serabut pennate adalah susunan serabut yang membentuk sudut terhadap axis longitudinal otot. Setiap serabut dalam otot pennate melekat pada salah satu atau lebih tendon, beberapa serabut memanjang pada seluruh panjang otot. Serabut dari suatu otot otot dapat dapat memper memperlih lihatk atkan an lebih lebih dari dari satu satu sudut sudut pennati pennation on (sudut (sudut perlek perlekata atan) n) pada sebuah tendon. Otot tibialis posterior, rectus femoris, dan otot deltoid memiliki susunan serabut pennate. Ketika Ketika ketegan ketegangan gan (tensi (tension) on) berkem berkemban bang g dalam dalam otot otot yang yang berser berserabu abutt parale paralel, l, adanya adanya pemende pemendekan kan otot otot teruta terutama ma dihasi dihasilka lkan n dari dari pemend pemendekan ekan serabut serabutnya nya.. Ketika Ketika serabut dari otot pennate memendek, maka serabut-serabutnya akan berotasi disekitar perlekatan perlekatan tendonnya atau perlekatann perlekatannya, ya, yang secara progresif progresif meningkatkan meningkatkan sudut pennation. Sebagaimana telah dijelaskan bahwa lebih besar sudut pennation, maka lebih keci kecill juml jumlah ah gaya gaya efek efekti tiff yang yang ditr ditran ansm smis isik ikan an seca secara ra aktu aktual al ke tend tendon on untu untuk k menggerakkan perlekatannya dengan tulang. Jika sudut pennation melebihi 60o, maka jumlah gaya efektif yang ditransfer ke tendon kurang dari ½ gaya yang dihasilkan oleh serabut serabut otot. otot. Pelari Pelari cepat cepat (spri (sprinte nter) r) ditemu ditemukan kan memili memiliki ki otot otot tungka tungkaii dengan dengan sudut sudut pennation lebih kecil dari sudut pennation pelari jarak jauh, dengan demikian sudut pennat pennation ion yang yang lebih lebih kecil kecil akan member memberikan ikan keuntun keuntungan gan yaitu yaitu kecepat kecepatan an kontra kontraksi ksi memendek yang lebih besar untuk menghasilkan kecepatan lari yang lebih tinggi. Meskip Meskipun un pennati pennation on menuru menurunka nkan n gaya gaya efekti efektiff yang yang dibang dibangkit kitkan kan pada pada level level ketegangan serabut, susunan ini memberikan kemasan lebih banyak serabut daripada yang yang dibent dibentuk uk kedalam kedalam otot otot longit longitudi udinal nal yang yang menemp menempati ati space/ space/rua ruang ng yang yang sama. sama. Karena otot pennate berisi lebih banyak serabut per unit volume otot, maka otot tersebut dapat dapat membang membangkit kitkan kan lebih lebih besar besar gaya gaya daripa daripada da otot otot dengan dengan serabut serabut parale paralell dalam dalam ukuran yang sama. Hal yang menarik adalah ketika otot mengalami hipertropi maka secara secara bersamaan bersamaan terjadi peningkatan peningkatan angulasi angulasi (sudut) (sudut) pada bagian serabut, serabut, dan bahkan tidak adanya hipertropi, otot yang lebih tebal memiliki sudut pennation yang lebih besar. Sebaliknya Sebaliknya,, susunan susunan serabut serabut paralel paralel dapat memungkinkan memungkinkan pemendekan pemendekan yang lebih besar pada seluruh bundel otot daripada susunan serabut pennate. Otot-otot berserabut paral paralel el dapat dapat mengger menggerakka akkan n segmen segmen-se -segme gmen n tubuh tubuh melalu melaluii ROM yang yang lebih lebih luas luas dibandingkan dibandingkan dengan otot-otot berserabut pennate. Suatu Suatu penelitian penelitian lanjut menjelaskan menjelaskan
142
143
bahwa bahwa terdapa terdapatt perbeda perbedaan an organi organisas sasii strukt struktura urall region regional al dan perbed perbedaan aan fungsi fungsional onal regional didalam otot. C. Fung Fungsi si Otot Otot Skele Skeleta tall
Ketika otot secara aktif mengembangkan ketegangan, besarnya ketegangan yang ada adalah konstan pada seluruh panjang otot, baik pada tendon dan lokasi perlekatan muskulotendinogen pada tulang. Gaya ketegangan berkembang oleh adanya tarikan otot pada perlekatannya di tulang dan menciptakan torque pada sendi-sendi yang dilewati oleh oleh otot. otot. Sebaga Sebagaima imana na telah telah dijela dijelaska skan n bahwa bahwa besarn besarnya ya torque torque yang yang dibang dibangkit kitkan kan adalah hasil dari gaya otot dan lengan momen gaya. Beratnya segmen tubuh tempat perlekatan otot, gaya eksternal yang bekerja pada tubuh, dan ketegangan suatu otot yang melewati sendi seluruhnya dapat membangkitkan torque pada sendi tersebut. 1. Recrui Recruitme tment nt (Pere (Perekru krutan tan)) Motor Motor Unit Unit Sistem saraf pusat menggunakan sistem kontrol elaborasi yang memungkinkan perpaduan kecepatan dan besarnya kontraksi otot untuk keperluan gerakan sehingga gerak gerakan an yang yang dila dilaku kukan kan menj menjadi adi halu halus, s, enak, enak, dan dan tepat tepat.. Neur Neuron on-n -neu euro ron n yang yang menginnervasi motor unit ST secara umum memiliki nilai ambang rangsang yang rendah dan relatif mudah diaktivasi, sedangkan motor unit FT disuplai oleh sarafsaraf yang lebih sulit diaktivasi. Maka dari itu, serabut ST diaktivasi terlebih dahulu, bahkan ketika terjadi gerakan ekstremitas yang cepat. Pada Pada saat saat diper diperlu luka kan n gaya gaya,, kecep kecepat atan, an, dan/a dan/ata tau u duras durasii akti aktivi vita tass yang yang meningkat, maka motor unit dengan ambang rangsang yang tinggi akan teraktivasi secara progresif, yaitu dengan serabut tambahan tipe IIa (FOG) sebelum serabut tipe IIb IIb (FG) (FG).. Dida Didala lam m seti setiap ap tipe tipe sera serabu but, t, muda mudah h meng mengal alam amii akti aktiva vasi si seca secara ra berkelanjutan, dan sistem saraf pusat akan mengaktivasi secara selektif lebih banyak motor unit atau sedikit motor unit. Selama Selama latiha latihan n intens intensita itass rendah rendah,, sistem sistem saraf saraf pusat pusat akan akan merekr merekrut ut hampir hampir secara eksklusif serabut ST. Pada saat akivitas berlanjut dan terjadi kelelahan, maka motor unit tipe IIa dan kemudian tipe IIb akan teraktivasi sampai seluruh motor unit terlibat.
143
144
2. Perubahan Perubahan panjang panjang otot otot yang yang berkaita berkaitan n dengan Perkembangan Perkembangan Tension Tension Ketika ketegangan otot menghasilkan torque yang lebih besar daripada torque resistive pada sendi, maka otot akan berkontraksi memendek sehingga menyebabkan suatu suatu perubah perubahan an pada pada deraja derajatt sendi. sendi. Ketika Ketika otot otot berkon berkontra traksi ksi memende memendek k maka maka kontraksinya adalah konsentrik dan menghasilkan gerakan sendi dalam arah yang sama sebagaimana rangkaian torque dibangkitkan oleh otot. Serabut otot tunggal mampu memendek sampai sekitar ½ dari normal resting length. Otot-otot juga dapat berkembang ketegangannya tanpa memendek. Jika torque yang berlawanan pada sendi yang dilewati oleh otot adalah sama dengan torque yang dihasi dihasilka lkan n oleh oleh otot otot (denga (dengan n zero zero pada torque torque), ), maka maka panjan panjang g otot otot masih masih tidak tidak menga mengala lami mi peru peruba baha han n dan dan tida tidak k ada ada gerak gerakan an yang yang terj terjad adii pada pada send sendi. i. Keti Ketika ka ketegangan otot berkembang tetapi tidak mengalami perubahan panjang otot maka kontraksinya adalah isometrik. Karena perkembangan tension dapat meningkatkan diameter otot, maka body builder dapat mengembangkan ketegangan isometrik untuk memperlihatkan ototnya ketika berkompetisi. Pengembangan ketegangan isometrik secara simultan pada beberapa otot dalam arah yang berlawanan, seperti otot triceps brachii dan biceps brachii, dapat memperbesar area cross-sectional pada otot yang tegang tersebut, meskipun tidak ada gerakan yang terjadi pada shoulder atau elbow joint. Ketika torque sendi yang berlawanan melebihi ketegangan otot yang dihasilkan maka otot akan berkontraksi memanjang. Ketika otot berkontraksi memanjang untuk mengembangkan mengembangkan ketegangan, ketegangan, maka kontraksinya kontraksinya adalah eksentrik eksentrik dan arah gerakan sendi berlawanan dengan torque otot. Ketegangan/kontraksi eksentrik terjadi pada fleksor elbow selama ekstensi elbow atau fase menurunkan beban pada curl exercise. Ketegangan/k Ketegangan/kontra ontraksi ksi eksentrik eksentrik bekerja bekerja sebagai braking braking mechanism mechanism (mekanisme (mekanisme pengereman) untuk mengontrol kecepatan gerak. Tanpa adanya ketegangan eksentrik pada otot-otot, maka lengan bawah, tangan, dan beban akan diturunkan dalam pola yang tidak terkontrol karena adanya gaya gravitasi. Penelitian menunjukkan bahwa meningkatny meningkatnyaa kemampuan kemampuan untuk mengembangkan mengembangkan ketegangan ketegangan dibawah dibawah kontraksi kontraksi
144
145
konsen konsentr trik, ik, isomet isometri rik, k, dan eksent eksentrik rik dapat dapat tercap tercapai ai dengan dengan sangat sangat baik baik melalu melaluii training dengan masing-masing bentuk latihan yang sama. 3. Peran Ot Otot Suatu otot yang aktif hanya dapat melakukan satu fungsi yaitu menghasilkan atau mengembangkan tension (ketegangan). Karena satu otot jarang bekerja secara terisolir, maka fungsi atau peran suatu otot selalu bekerja dengan otot-otot lainnya yang melintasi sendi yang sama. Ketika suatu otot berkontraksi dan menyebabkan gerakan pada segmen tubuh dari suatu sendi, maka otot bekerja sebagai agonis, atau mover (penggerak). Karena beberapa otot yang berbeda sering memberikan kontribusi terhadap gerakan, maka terdapat perbedaan antara agonis primer dan agonis assistant (pembantu) sebagai contoh, selama fleksi elbow, otot brachialis dan dan biceps brachii bekerja sebagai agonis agonis primer primer sedangk sedangkan an brachi brachiora oradia dialis lis,, eksten ekstensor sor carpi carpi radial radialis is longus, longus, dan pronator teres bekerja sebagai agonis assistant. Semua otot yang melewati satu sendi dapat berfungsi sebagai agonis dengan mengembangkan ketegangan secara simultan atau sendiri. Otot yang bekerja berlawanan dengan agonis dikenal sebagai antagonis atau opposer, dimana pada saat yang sama terjadi ketegangan eksentrik ketika agonis menghasilkan gerakan. Agonis dan antagonis secara khas berpasangan dalam suatu sendi. sendi. Selama Selama fleksi fleksi elbow, elbow, ketika ketika brachi brachiali aliss dan biceps biceps brachi brachiii sebaga sebagaii agonis agonis primer maka triceps dapat bekerja sebagai antagonis melalui ketegangan resistive. Sebaliknya, selama ekstensi elbow ketika triceps brachii berperan sebagai agonis maka otot brachialis dan biceps brachii dapat berperan sebagai antagonis. Meskipun gerakan skill yang penuh secara khas tidak dihasilkan oleh ketegangan yang terus menerus dari otot antagonis, antagonis sering memberikan aksi kontrol atau aksi brake khususnya pada akhir gerakan yang cepat dan kuat. Agonis khususnya aktif selama selama akselerasi akselerasi (percepatan) (percepatan) segmen tubuh, sedangkan sedangkan antagonis antagonis secara secara utama aktif selama deselerasi (perlambatan) atau negatif akselerasi. Sebagai contoh, ketika seseor seseorang ang berlar berlarii menuru menuruni ni bukit bukit maka maka otot otot quadric quadriceps eps bekerj bekerjaa secara secara eksent eksentrik rik sebagai antagonis untuk mengontrol besarnya fleksi knee yang terjadi.
145
146
Peran lain dari otot adalah sebagai stabilisasi pada bagian tubuh melawan gaya tertentu. Gaya tersebut bisa internal dari ketegangan otot yang lain, atau eksternal dari berat objek yang diangkat. Otot rhomboid bekerja sebagai stabilizer melalui ketegangannya untuk menstabilisasi scapula melawan tarikan dari jeratan tali selama ski air. Peran keempat dari otot adalah sebagai neutralizer. Neutralizer berperan untuk mencegah aksi asesoris yang tidak diinginkan yang secara normal terjadi ketika agon agonis is meng menghas hasil ilka kan n keteg ketegang angan an kons konsent entri rik. k. Sebag Sebagai ai cont contoh oh,, jika jika suat suatu u otot otot menghasilkan gerak fleksi dan abduksi pada suatu sendi tetapi hanya fleksi yang diingi diinginkan nkan,, maka maka aksi aksi neutra neutraliz lizer er dapat dapat mengel mengelimi iminir nir gerak gerak abduks abduksii yang yang tidak tidak diinginkan dan menghasilkan gerak adduksi. Ketika otot biceps brachii menghasilkan ketegangan konsentrik maka dapat menghasilkan gerak fleksi elbow dan supinasi lengan bawah. Jika hanya fleksi elbow yang diinginkan maka pronator teres bekerja sebagai neutralizer untuk mengatasi supinasi lengan bawah. Performa gerakan manusia secara khas melibatkan aksi yang kooperatif dari beberapa group otot yang bekerja secara sekuensis dan saling berhubungan. Sebagai contoh, tugas sederhana yaitu mengangkat gelas yang berisi air dari atas meja akan memerlukan beberapa group otot yang berbeda untuk melakukan fungsi dengan cara yang berbeda. Peran stabilizer diberikan oleh otot-otot scapula serta otot fleksor dan ekstensor wrist. Fungsi agonis diberikan oleh otot-otot fleksor jari-jari tangan, elbow dan shoulder. Karena fleksor shoulder yang utama yaitu otot deltoid anterior dan pecto pectoral ralis is major major juga juga menghas menghasil ilkan kan gerak gerak horizo horizonta ntall adduksi adduksi,, maka maka horizo horizonta ntall abdu abdukt ktor or sepe sepert rtii otot otot delto deltoid id pars pars midd middle le dan dan supr supras aspi pinat natus us beke bekerj rjaa seba sebagai gai neutralizer. Kecepatan gerakan selama bergerak juga secara parsial dikontrol oleh aktivitas antagonis pada ekstensor elbow. Ketika gelas tersebut diturunkan ke meja maka gaya gravitasi berperan sebagai prime mover, sedangkan aktivitas antagonis pada fleksor elbow dan shoulder dapat mengontrol kecepatan gerakan. 4. Otot Otot TwoTwo-Joi Joint nt dan Multij Multijoin ointt Beberapa otot pada tubuh manusia dapat melewati 2 atau lebih sendi. Sebagai contoh, biceps brachii, caput longum triceps brachii, hamstring, rectus femoris, dan
146
147
sejumlah otot-otot yang melewati wrist dan semua sendi jari-jari tangan. Semenjak besarnya ketegangan yang ada pada beberapa otot adalah konstan sepanjang ROM sert sertaa leta letak k perl perlek ekat atan an tend tendon on pada pada tula tulang ng,, maka maka otot otot-o -oto tott ters terseb ebut ut dapa dapatt mempengaruhi gerakan secara simultan pada kedua sendi atau semua sendi yang dilewa dilewati tinya nya.. Efekti Efektifit fitas as dari dari otot otot two-jo two-joint int atau atau multij multijoin ointt dalam dalam menghas menghasilk ilkan an gerakan bergantung pada lokasi dan orientasi perlekatan otot yang relatif pada sendi, adan adanya ya tigh tightn tnes esss (ket (ketega egang ngan an yang yang berl berleb ebih ihan an)) atau atau laxi laxity ty (kel (kelen entu tura ran n yang yang berlebihan) pada unit musculotendinous, dan aksi otot lain yang melewati sendi. Sedangk Sedangkan an otot otot one-joi one-joint nt mengha menghasil silkan kan gaya gaya dalam dalam arah arah yang yang segari segariss dengan dengan segmen tubuh, otot two-joint dapat menghasilkan gaya dengan komponen transversal yang signifikan. Selama aktivitas yang berbasis power seperti jumping (meloncat) dan sprint (lari cepat), otot-otot biartikular yang melewati hip dan knee khususnya efektif dalam mengubah rotasi segmen tubuh kedalam gerak translasi seluruh tubuh yang diinginkan. Bagaimanapun juga, ada 2 kerugian yang berhubungan dengan fungsi otot two joint dan multijoint. Pertama, otot-otot tersebut tidak mampu memendek dengan luas untuk menghasilkan menghasilkan full ROM pada semua sendi yang dilewatiny dilewatinyaa secara secara simultan, simultan, keterbatasan ini disebut dengan aktif insuffisiensi. Sebagai contoh, fleksor jari-jari tangan tangan tidak tidak dapat dapat menghas menghasilk ilkan an kepalan kepalan tangan tangan yang yang kuat kuat ketika ketika wrist wrist dalam dalam keadaan fleksi daripada wrist dalam keadaan neutral. Beberapa otot two-joint tidak mampu menghasilkan gaya pada semua sendi ketika posisi kedua sendi yang dilewati oleh otot dalam keadaan kendur maksimal. Kedua, pada sebagian besar orang, otototot two-joint two-joint dan multijoint multijoint tidak dapat stretch stretch dengan luas untuk full ROM dalam arah yang berlawanan dengan semua sendi yang dilewatinya. Problem ini dikenal sebagai pasif insuffisiensi. Sebagai contoh, ROM hiperekstensi yang luas mungkin terjadi pada wrist ketika jari-jari tidak penuh ekstensi. Sebaliknya, ROM dorsifleksi ankle yang luas dapat dihasilkan ketika knee dalam posisi fleksi karena adanya perubahan tightness dari otot gastrocnemius. D. Faktor-faktor Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Mempengaruhi Gaya Otot
147
148
Besarnya Besarnya gaya yang dibangkitkan dibangkitkan oleh otot juga berkaitan berkaitan dengan kecepatan kecepatan otot berko berkontr ntraks aksii memende memendek, k, panjan panjang g otot otot ketika ketika dirang dirangsan sang g (berko (berkontr ntraks aksi), i), dan jangka jangka waktu sejak otot menerima stimulus. Karena faktor-faktor tersebut adalah signifikan dalam menentukan gaya otot maka secara mendetail akan dibahas dibawah ini. 1. Hubun Hubunga gan n gaya gaya dan dan kece kecepa pata tan n Gaya Gaya maks maksim imal al dari dari suat suatu u otot otot dapat dapat dike dikemb mban angk gkan an mela melalu luii kece kecepat patan an kont kontra raks ksii meme memende ndek k atau atau mema memanj njan ang g hubun hubungan ganny nyaa denga dengan n zona zona kont kontra raks ksii konsentrik dan eksentrik. Hubungan gaya-kecepatan ini pertama kali dijelaskan oleh Hill Hill (193 (1938) 8) tent tentan ang g perke perkemb mban angan gan kontr kontrak aksi si konse konsent ntri rik k pada pada otot otot.. Karen Karenaa hubungannya hanya untuk otot yang aktif maksimal, maka aplikasinya bukan pada aksi otot selama aktivitas kegiatan sehari-hari. Menuru Menurutt Hill, Hill, hubunga hubungan n gaya-k gaya-kecep ecepata atan n tidak tidak berimp berimplik likasi asi bahwa bahwa tidak tidak mungkin menggerakkan beban yang berat pada kecepatan yang tinggi. Otot yang lebih kuat, adalah otot yang menghasilkan ketegangan isometrik maksimum yang besar besar.. Besarn Besarnya ya gaya gaya maksim maksimum um dapat dapat dibangk dibangkitk itkan an oleh oleh otot otot sebelu sebelum m terjad terjadii pemanjangan otot ketika tahanan ditingkatkan. Bagaimanapun juga, bentuk kurva gaya-kecepa gaya-kecepatan tan yang umum masih sama, kaitannya kaitannya dengan besarnya besarnya ketegangan ketegangan isometrik maksimum. Hubunga Hubungan n gaya-k gaya-kece ecepat patan an juga juga tidak tidak berimp berimplik likasi asi bahwa bahwa tidak tidak mungki mungkin n mengger menggerakka akkan n beban beban yang yang ringan ringan pada kecepat kecepatan an yang yang rendah. rendah. Sebagi Sebagian an besar, besar, aktivi aktivitas tas kegiat kegiatan an sehari sehari-ha -hari ri memerl memerlukan ukan geraka gerakan n yang yang lambat lambat dan terkont terkontrol rol dengan dengan beban beban submak submaksim simal. al. Dengan Dengan beban beban submak submaksi simal mal,, kecepat kecepatan an kontrak kontraksi si memendek dapat terkontrol, tetapi hanya sejumlah motor unit yang aktif. Sebagai contoh, pensil yang dapat diambil dari meja dengan lambat atau cepat, bergantung pada pola perekrutan motor unit yang terkontrol dalam group otot yang terlibat. Hubunga Hubungan n gaya-ke gaya-kecep cepata atan n telah telah dites dites untuk untuk otot otot skelet skeletal, al, otot otot polos polos (otot (otot halus), dan otot jantung pada manusia, serta jaringan otot pada spesies lainnya. Pola umum berlaku untuk seluruh tipe otot, bahkan otot kecil yang bertanggung jawab terhadap kecepatan terbang dari sayap serangga. Nilai maksimum dari gaya pada kecepa kecepatan tan zero zero dan nilai nilai maksim maksimum um dari dari kecepat kecepatan an pada beban beban minima minimall adalah adalah
148
149
bervariasi sesuai dengan ukuran dan tipe otot. Meskipuun dasar fisiologis untuk hubungan gaya-kecepatan kurang dipahami secara baik, namun bentuk konsentrik dari bagian kurva berhubungan dengan besarnya produksi energi dalam otot. Dibawah kondisi eksentrik, gaya maksimal suatu otot dapat menghasilkan gaya yang melebihi isometrik isometrik maksimum. maksimum. Bagaimanapun Bagaimanapun juga, pencapaian pencapaian level gaya yang tinggi nampak pada electrical stimulasi terhadap motor neuron. Gaya eksentrik maksim maksimal al yang yang dihasi dihasilka lkan n adalah adalah sama sama dengan dengan isomet isometri rik k maksim maksimum. um. Hal ini memungkinkan karena sistem saraf memberikan inhibisi melalui jalur refleks untuk melindungi injury otot dan tendon. Produksi gaya akan meningkat dibawah kondisi eksentrik dengan aktivasi otot dan bukan fungsi aktivasi neural yang besar pada otot, tetapi nampak adanya kontribusi dari komponen elastik otot. Program strength training eksentrik dapat melibatkan penggunaan tahanan yang lebih besar daripada kapabilitas pembangkit gaya isometrik maksimum pada atlit. Secepat Secepatnya nya beban beban diangk diangkat, at, maka maka otot otot mulai mulai terjad terjadii pemanj pemanjanga angan. n. Peneli Penelitia tian n menunj menunjukka ukkan n bahwa bahwa tipe tipe traini training ng ini lebih lebih efekti efektiff daripa daripada da train training ing konsent konsentrik rik dida didala lam m meni mening ngka katk tkan an ukura ukuran n dan stre streng ngth th otot otot.. Baga Bagaim iman anapu apun n juga juga,, jika jika dibandi dibandingka ngkan n traini training ng konsent konsentrik rik dan isomet isometrik rik,, maka maka traini training ng eksent eksentri rik k juga juga berhubungan dengan meningkatnya nyeri otot dan kerusakan struktural. 2. Hubunga Hubungan n panjan panjang g otot otot dan dan kete ketegan gangan gan Otot mampu menghasilkan ketegangan isometrik maksimum bergantung pada level panjang otot. Pada serabut otot tunggal dan otot yang terisolir, pembangkit gaya dapat mencapai puncak ketika otot dalam posisi normal resting length (bukan dalam keadaa keadaan n stretc stretch h atau atau memend memendek) ek).. Ketika Ketika panjang panjang otot otot mening meningkat kat atau atau menuru menurun n melewa melewati ti restin resting g length length,, gaya gaya maksim maksimum um otot otot dapat dapat menghas menghasil ilkan kan penurun penurunan, an, mengikuti bentuk kurva bell. Didalam Didalam tubuh manusia, kapabilita kapabilitass pembangkit pembangkit gaya dapat meningkat meningkat ketika ketika otot sedikit terulur. Otot dengan serabut paralel menghasilkan ketegangan maksimum diatas posisi resting length, dan otot dengan serabut pennate dapat membangkitkan ketegangan maksimum antara 120% dan 130% dari posisi resting length. Fenomena ini dihasilkan dari kontribusi komponen elastik otot (khususnya SEC), yang dapat
149
150
mena menamb mbah ah kete ketega gang ngan an yang yang ada ada pada pada otot otot keti ketika ka otot otot teru terulu lur. r. Pene Peneli liti tian an menunjukkan bahwa latihan eksentrik dapat menghasilkan sedikit peningkatan dan penin peningka gkatan tan yang yang sement sementara ara dalam dalam panjan panjang g otot otot sehing sehingga ga dapat dapat menggan mengganggu ggu perkembangan gaya ketika derajat sendi menyebabkan otot tidak cukup dalam posisi stretch. 3. Siklu Sikluss stretc stretch-s h-shor horten tening ing Ketika otot secara aktif dalam posisi terulur sebelum kontraksi, maka kontraksi yang dihasilkan lebih kuat daripada tidak ada stretch sebelumnya. Pola kontraksi eksentrik ini diikuti dengan cepat oleh kontraksi konsentrik yang dikenal dengan siklus stretch-shortening (SSC). Secara substansial, suatu otot dapat melakukan kerja yang yang lebih lebih besar besar ketika ketika otot otot secara secara aktif aktif terulu terulurr sebelu sebelum m kontra kontraksi ksi memende memendek k daripada otot langsung berkontraksi memendek. Suatu eksperimen yang melibatkan gerak dorsifleksi yang kuat diikuti dengan plantar fleksi dengan kecepatan yang lambat dan cepat, maka SSC memberikan kontribusi sekitar 20,2% dan 42,5% secara berturut-turut, untuk melakukan kerja positif. Kapasitas metabolik yang diberikan pad padaa kerja kerja meka mekani nika kall juga juga berkur berkuran ang g keti ketika ka SSC SSC ikut ikut terl terlib ibat at dari daripa pada da tanp tanpaa keterlibatan SSC. E. Kekuatan (strength), daya ledak (power), dan daya tahan (endurance) otot Dalam evaluasi praktis terhadap fungsi otot, karakteristik pembangkit gaya pada otot otot telah telah dibaha dibahass dalam dalam konsep konsep streng strength, th, power, power, dan enduran endurance ce otot. otot. Karakt Karakteri eristi stik k tersebut memiliki implikasi yang signifikan terhadap kesuksesan pada bentuk aktivitas fisik berat yang berbeda, seperti memotong kayu, lempar lembing, atau mendaki gunung. Diantara orang-orang senior dan setiap individu dengan gangguan neuromuskular atau injury, injury, mempertahankan mempertahankan strength strength dan endurance endurance otot yang cukup adalah esensial esensial untuk melakukan aktivitas kegiatan sehari-hari dan menghindari injury. Kekuatan (strength) otot
Ketika para ahli memotong suatu otot dari percobaan binatang dan memberikan electr electrical ical stimul stimulasi asi pada otot otot terseb tersebut ut dalam dalam labora laborator torium ium,, mereka mereka langsu langsung ng dapat dapat mengukur gaya yang dibangkitkan oleh otot.
150
151
Sebagian besar pemeriksaan langsung pada strength otot yang umum dilakukan adalah pengukuran torque/gaya otot yang dibangkitkan oleh seluruh group otot pada suatu sendi. Lebih spesifik, strangth otot adalah kemampuan suatu group otot untuk membangkitkan torque/gaya pada sendi tertentu. Seperti yang telah dijelaskan bahwa torque adalah produk dari gaya dan lengan momen gaya, atau jarak perpendicular dimana gaya bekerja dari suatu axis rotasi. Oleh karena itu, kekuatan otot berasal dari besarnya ketegangan otot yang dapat dibangkitkan dan lengan moment gaya dari otot ke pusat sendi. Kedua sumber tersebut dipengaruhi oleh beberapa faktor. Kapabiltas otot membangkitkan tension berkaitan dengan area cross-sectional otot dan kondisi kondisi traini training ng yang yang diberi diberikan. kan. Kapabil Kapabilita itass pembang pembangkit kit gaya gaya per area area crosscrosssecti sectional onal otot otot adalah adalah sekit sekitar ar 90 N/cm2. N/cm2. Dengan Dengan traini training ng streng strength th konsen konsentri trik k dan ekse eksent ntri rik, k, pero perole leha han n
stre streng ngth th diat diatas as seki sekita tarr
12 ming minggu gu pert pertam amaa
keli keliha hata tann nnya ya
berhubungan lebih banyak pada perbaikan innervasi pada otot yang dilatih daripada peningkatan area cross-sectional otot tersebut. Suatu lengan moment gaya dapat dipengaruhi oleh 2 faktor yang sama penting. Pertama, jarak antara perlekatan anatomical otot pada tulang dengan axis rotasi pada pusat sendi, dan kedua adalah sudut perlekatan otot pada tulang khususnya fungsi relatif dari derajat sendi. Torque/gaya yang sangat besar dihasilkan oleh ketegangan maksimum dalam otot dengan orientasi 90o membentuk sudut terhadap tulang, dan secara anatomical melekat jauh dari pusat sendi. Daya ledak (power) otot
Mekanikal Mekanikal power adalah produk dari gaya dan kecepatan. kecepatan. Oleh karena itu, power otot merupakan produk gaya otot dan kecepatan kontraksi memendek dari otot. Power maksimum maksimum terjadi terjadi sekitar sekitar 1/3 kecepat kecepatan an maksim maksimum um dan sekita sekitar r 1/3 gaya konsentrik konsentrik maksimum. Penelitian menunjukkan bahwa training yang didesain untuk meningkatkan power otot diatas lingkup tahanan terjadi paling efektif dengan beban 1/3 dari 1 kali repetisi maksimum. Karena bukan gaya otot maupun kecepatan kontraksi memendek otot yang dapat diuk diukur ur seca secara ra lang langsu sung ng pada pada tubu tubuh h mann mannus usia ia,, maka maka powe powerr otot otot seca secara ra umum umum
151
152
didefi didefinis nisika ikan n sebaga sebagaii kecepa kecepatan tan produks produksii torque torque pada pada sendi, sendi, atau atau produk produk result resultan an torque/gaya dan kecepatan angular pada sendi. Maka dari itu, power otot dipengaruhi oleh kekuatan otot (strength) dan kecepatan gerakan. Power otot merupakan kontributor yang penting untuk aktivitas yang memerlukan kekuatan otot (strength) dan kecepatan. Atlit lempar peluru yang sangat kuat pada suatu tim tidak tidak diperl diperluka ukan n sebaga sebagaii pelemp pelempar ar terbai terbaik, k, karena karena kemamp kemampuan uan untuk untuk aksele akseleras rasii mele melemp mpar ar pelu peluru ru meru merupa pakan kan komp kompon onen en utam utamaa dala dalam m kesu kesuks kses esan an pert pertand andin ingan gan.. Beberapa olahraga yang memerlukan gerakan dengan daya ledak yang tinggi, seperti atlit angkat berat, pelempar, peloncat, dan atlit sprint (lari jarak pendek) didasarkan pada kemampuan untuk membangkitkan power otot. Semenjak Semenjak serabut serabut FT (fast-twi (fast-twitch) tch) menghasilkan menghasilkan ketegangan ketegangan yang lebih cepat daripada serabut ST (slow twitch), maka persentase serabut FT yang besar pada otot merupakan aset untuk individual training dalam rangka pertandingan yang menuntut power otot. Setiap individu yang dominan serabut FT-nya dapat membangkitkan lebih besar power daripada individu yang memiliki komposisi persentase serabut ST yang ting tinggi gi.. Seti Setiap ap indi indivi vidu du deng dengan an komp kompos osis isii serab erabut ut FT yang yang ting tinggi gi juga juga dapa dapatt menghasilkan power maksimum dengan kecepatan kontraksi memendek yang tinggi. Rasio untuk nilai rata-rata dari produksi power pada serabut tipe IIb, IIa, dan tipe I dalam otot skeletal adalah 10 : 5 : 1. Daya tahan (endurance) otot
Daya tahan otot adalah kemampuan otot untuk menghasilkan ketegangan/kontraksi dalam dalam jangka jangka waktu waktu yang yang lama. lama. Ketega Ketegangan ngan/ko /kontr ntraks aksii dapat dapat terjad terjadii secara secara konsta konstan, n, sebagaimana ketika atlit gymnastik melakukan aksi melintasi besi secara berulang kali, atau atau berput berputarar-put putar ar yang yang beraga beragam, m, selama selama menday mendayung ung,, berlar berlari, i, dan bersep bersepeda. eda. Jika Jika waktu ketegangan/kontraksi yang terjadi lebih lama maka daya tahan ototnya lebih besar. Meskipun kekuatan maksimum dan power maksimum pada otot adalah relatif konsep spesif spesifik, ik, daya daya tahan tahan otot otot kurang kurang dipaham dipahamii dengan dengan baik baik karena karena tuntut tuntutan an gaya gaya dan kecepatan dalam aktivitas secara dramatis mempengaruhi panjangnya waktu yang dapat dipertahankan.
152
153
Training untuk daya tahan otot secara khusus melibatkan sejumlah repetisi yang besar melawan tahanan/beban tahanan/beban yang relatif relatif ringan. ringan. Tipe training ini tidak meningkatkan meningkatkan diameter serabut otot.
BIOMEKANIK ELBOW DAN FOREARM (LENGAN BAWAH) KOMPLEKS
A. Bagian Bagian-ba -bagia gian n tulang tulang yang membent membentuk uk Elbow Elbow dan Forearm Forearm Komple Kompleks ks adalah adalah os humerus bagian distal, os radius dan ulna. B. SendiSendi-sen sendi di dan dan Gerak Gerakanny annyaa 1. Kapsul Kapsul elbow elbow joint joint memb membung ungkus kus 3 sendi, sendi, yait yaitu u: a.
Humeroulnar jo j oint, ya yang me merupakan se s endi ut utama un u ntuk ge g erakan
fleksi dan ekstensi elbow. b.
Humeroradial joint, yang ikut bergerak saat g er erakan fleksi dan
ekstensi tetapi sendi ini terutama mempengaruhi pronasi dan supinasi. c.
Proxi oximal radioulnar nar joint, yang ber berpartisipas pasi dalam gerakan prona onasi
dan supinasi. 2. Dist Distal al rad radio ioul ulna narr join jointt Secara Secara strukt struktura urall sendi sendi ini terpis terpisah ah dari dari elbow elbow komple kompleks ks tetapi tetapi berger bergerak ak secara secara simult simultan an dengan dengan proxim proximal al radiou radioulna lnarr joint joint sebagai sebagai suatu suatu unit unit fungsi fungsional onal untuk untuk gerakan pronasi dan supinasi. 3. Karak Karakte teri rist stik ik elbow elbow joi joint nt
153
154
Elbo Elbow w join jointt adal adalah ah sendi sendi gabun gabunga gan n denga dengan n kaps kapsul ul send sendii yang yang lent lentur ur/k /ken endor dor,, distab distabili ilisas sasii oleh oleh 2 ligam ligamen en utama utama yaitu yaitu ligam ligamen en collat collatera erall medial medial (ulnar (ulnar)) dan ligamen collateral lateral (radial). Ligamen collateral medial terdiri atas : serabut anterior yang memperkuat ligamen annular, serabut intermediate yang paling kuat, dan serabut posterior posterior atau ligamen ligamen Bardinet Bardinet yang diperkuat oleh serabut serabut transversal transversal dari dari ligame ligamen n Cooper. Cooper. Sedang Sedangkan kan ligame ligamen n collat collatera erall latera laterall terdir terdirii atas atas : serabut serabut anterior anterior yang memperkuat ligamen annular annular kearah anterior, anterior, serabut serabut intermediat intermediatee yang memperkuat memperkuat ligamen ligamen annulare annulare kearah posterior, posterior, dan serabut posterior. posterior. Kearah anterior kapsul sendi diperkuat oleh ligamen anterior dan ligamen anterior oblique serta kearah posterior diperkuat oleh serabut ligamen posterior. a. Hume Humero roul ulna narr joi joint nt 1)
Sendi in ini me merupakan mo modifikasi hi hinge jo joint. Ke Kearah me medial
terdapat trochlea humeri yang berbentuk hourglass pada ujung distal humerus dengan dengan permuk permukaan aan konveks konveks.. Permuk Permukaan aan trochl trochlea ea humeri humeri menghad menghadap ap ke ante anteri rior or dan bawah bawah memb memben entu tuk k 45o dari dari shaft/ shaft/cor corpus pus humeru humerus. s. Fossa Fossa trochlearis yang konkaf pada ujung proximal ulna menghadap ke atas dan anterior membentuk 45o dari ulna. 2)
Diduga ba bahwa su sulcus tr trochlearis te terletak da dalam bi bidang sa sagital
tetapi tetapi dalam dalam fakta fakta sulcus sulcus trochl trochlear earis is terlet terletak ak secara secara obliqu obliquee dan bukan bukan vertikal. Hal ini bervariasi pada setiap orang. Pada umumnya bagian anterior sulcus sulcus nampak vertikal vertikal dan bagian posterior posterior sulcus nampak berjalan berjalan oblique kearah distal lateral, sehingga pada saat ekstensi full terbentuk carrying angle pada lengan (carrying angle normal = 15o). 3)
Gerakan ut utama ad adalah fl fleksi da dan ek ekstensi; fo fossa ya yang ko konkaf
slide dalam arah yang sama dengan gerakan ulna. 4)
Pada ge g erakan fl f leksi - ek e kstensi te terjadi ju j uga se s edikit sl s lide ke ke
medi medial al dan dan late latera rall untu untuk k memb member erik ikan an gera geraka kan n full full ROM; ROM;
hal hal ini ini
menghasilkan suatu valgus angulasi yang selalu menyertai gerakan ekstensi elbow dan varus angulasi yang selalu menyertai gerakan fleksi elbow. Ketika tulang bergerak dalam arah medial dan lateral maka tepi trochlearis adalah
154
155
permukaan permukaan konveks, sedangkan sedangkan sulcus sulcus trochleari trochleariss adalah permukaan konkaf sehingga sliding ulna dalam arah yang berlawanan dengan gerakan tulang. Gerak Fisiologis ulna Fleksi Varus angulasi Ekstensi Valgus angulasi
Arah slide ulna terhadap trochlea Distal/anterior 45o Lateral Proximal/posterior 45o Medial
b. b. Hume Humero rora radi dial al join jointt 1)
Sendi in ini ad adalah hi hinge-pivot jo joint. Ke K earah la lateral te terdapat
capitulum humeri yang berbentuk bola pada ujung distal humerus dengan permukaan konveks. Tulang pasangannya yang konkaf adalah caput radius pada ujung proksimal radius. 2)
Pada sa saat fl fleksi dan ekstensi elbow, ca caput radius ya yang ko konkaf
akan akan slid slidee dala dalam m arah arah yang yang sama sama denga dengan n gera geraka kan n tula tulang ng.. Saat Saat gerak gerakan an pronasi dan supinasi forearm (lengan bawah), caput radius akan mengalami spin terhadap capitulum humeri. Gerak fisiologis radius Fleksi Ekstensi
Arah slide radius terhadap capitulum Anterior Posterior
4. Karakt Karakteri eristi stik k forearm forearm (leng (lengan an bawah) bawah) joint joint Baik proksimal radioulnar dan distal radioulnar joint adalah uniaxial pivot joint yang berfu berfungs ngsii sebaga sebagaii satu satu sendi sendi untuk untuk mengha menghasil silkan kan pronas pronasii dan supina supinasi si (rotas (rotasi) i) forearm (lengan bawah). a. Proksi Proksimal mal (sup (superi erior) or) radi radioul oulnar nar join jointt 1)
Sendi in ini di didalam ka kapsul el elbow jo joint te tetapi me merupakan su suatu
sendi yang berbeda. Sendi ini diperkuat diperkuat oleh ligamen ligamen annulare annulare yang dibantu oleh serabut anterior ligamen collateral lateral dan serabut anterior ligamen collateral medial. 2)
Tulang radius dan ulna distabilisasi dengan kuat oleh membran
interosseous.
155
156
3)
Cincin caput radius ya y ang konveks be b ersendi dengan fossa
radialis ulna yang konkaf sehingga saat rotasi radius cincin caput radius yang konveks bergerak dalam arah yang berlawanan dengan gerakan tulang. Gerak fi fisiologis ra radius Pronasi Supinasi 4)
Arah sl slide pr proksimal ra radius terhadap ul ulna Posterior (dorsal) Anterior (volar
Saat ro rotasi ca caput ra radialis te terjadi sp spin pa pada li ligamen an annularis
dan berlawanan arah dengan capitulum humeri. b.
Distal (inferior) radioulnar joint 1)
Fossa ul ulnaris ra radius ya yang ko konkaf pa pada uj u jung di distal ra radius
bersendi dengan bagian caput ulna yang konveks. 2)
Saat gerakan fisiologis, permukaan sendi dari radius akan slide
dalam arah yang sama. Gerak fisiologis radius Pronasi Supinasi
Arah slide distal radius terhadap ul ulna Anterior (volar) Posterior (dorsal)
C. Fungsi Fungsi Otot Otot pada pada Elbo Elbow w dan Forea Forearm rm 1. Otot Otot-o -oto tott Fleks Fleksor or Elb Elbow ow a.
Brachialis
Brachialis adalah otot one-joint yang berinsersio dekat dengan axis gerak pada ulna, sehingga otot ini tidak dipengaruhi oleh posisi forearm (lengan bawah) atau shoulder; otot ini berpartisipasi dalam semua aktivitas fleksi elbow. b.
Biceps brachii
Biceps adalah otot two-joint yang melewati baik pada shoulder dan elbow serta berinsersio dekat dengan axis gerak pada radius, sehingga otot ini juga berperan sebagai sebagai supina supinator tor forear forearm m (lenga (lengan n bawah) bawah).. Otot Otot ini berfun berfungsi gsi paling paling efekti efektif f sebagai fleksor elbow antara fleksi 80o dan 100o. Untuk menghasilkan hubungan pan panja jang ng otot otot - kete ketega gang ngan an otot otot yang yang opti optima mall maka maka seba sebaik ikny nyaa shou should lder er diextensikan untuk memanjangkan otot biceps ketika otot tersebut berkontraksi sangat kuat untuk fungsi elbow dan forearm (lengan bawah).
156
157
c.
Brachioradialis
Saat Saat insers insersion ionya ya dari dari elbow elbow dengan dengan jarak jarak yang yang luas luas ke distal distal radius, radius, maka maka brachioradialis berfungsi utama untuk memberikan stabilitas pada sendi, tetapi otot ini juga berpartisipasi saat kecepatan gerak fleksi meningkat dan saat beban diaplikasikan pada forearm (lengan bawah) dari midsupinasi ke full pronasi. 2. Otot Otot-o -oto tott Ekste Ekstens nsor or Elbo Elbow w a.
Triceps brachii
Caput longum triceps melewati shoulder dan elbow joint; 2 caput lainnya adalah uniaxial. Caput longum berfungsi paling efektif sebagai ekstensor elbow jika disertai dengan fleksi shoulder secara simultan; hal ini untuk mempertahankan hubungan panjang otot - ketegangan otot yang optimal pada otot.
b.
Anconeus
Otot Otot ini mensta menstabil bilisa isasi si elbow elbow selama selama supina supinasi si dan pronas pronasii serta serta memban membantu tu gerakan ekstensi elbow. 3. Otot-o Otot-otot tot supina supinator tor forear forearm m a.
Biceps brachii
b.
Supinator
Perlekatan Perlekatan proksimal proksimal dari otot supinator supinator pada ligamen ligamen annular annular dan collateral collateral late latera rall
dapa dapatt
berf berfun ungs gsii
untu untuk k
mens mensta tabi bili lisa sasi si aspe aspek k
late latera rall
dari dari elbo elbow. w.
Efektifitasnya sebagai supinator tidak dipengaruhi oleh posisi elbow sebagaimana biceps brachii. 4. Otot-o Otot-otot tot pronat pronator or forear forearm m a.
Pronator teres
Otot ini menghasilkan gerak pronasi serta menstabilisasi proksimal radioulnar joint dan membantu humeroradialis joint. b.
Pronator quadratus
157
158
Pronator quadratus adalah otot one-joint dan bekerja aktif selama semua aktivitas pronasi. D. Otot-o Otot-otot tot Wris Wristt dan Tanga Tangan n Bebe Bebera rapa pa otot otot yang yang beker bekerja ja pada pada wris wristt dan tang tangan an mele melekat kat pada pada bagi bagian an dist distal al (epicondylus) dari humerus. Otot-otot tersebut memberikan gerakan pada jari-jari dan wrist, apakah forearm dalam posisi pronasi atau supinasi. 1.
Yang Yang ber beror orig igo o pada pada epi epicon condy dylu luss medi medial al hum humer erii adal adalah ah fle fleks ksor or car carpi pi rad radia iali lis, s,
fleks fleksor or carpi carpi ulnari ulnaris, s, palmar palmaris is longus longus,, serta serta flekso fleksorr digito digitorum rum superf superfisi isiali aliss dan profundus. 2.
Yang Yang ber beror orig igo o pada pada epi epico condy ndylu luss late latera rall hume humeri ri ada adala lah h ekste ekstens nsor or car carpi pi rad radia iali liss
longus dan brevis, ekstensor carpi ulnaris, dan ek stensor digitorum. 3.
Otot Otot--otot otot ter tersebu sebutt mem memberi berika kan n stab stabiilitas tas pada pada elbo elbow w joint oint tet tetapi api sedi sediki kitt
memb member erik ikan an kont kontri ribu busi si terh terhad adap ap gera geraka kan n
pada pada elbo elbow. w. Posi Posisi si elbo elbow w
akan akan
mempengaruhi hubungan panjang ketegangan dari otot selama aksi otot-otot tersebut pada wrist dan tangan. E. Anal Analis isis is gera gerak k 1.
Ada 2 per permuka mukaan an send sendii yang yang konk konkaf af pada pada hume humerroul oulnar nar join jointt yait yaitu fossa ossa
coronoid dan fossa olecranon. Kearah anterior processus coronoid akan masuk ke fossa coronoid selama gerak fleksi, dan kearah posterior processus olecranon akan masu masuk k ke foss fossaa olec olecra rano non n sela selama ma gera gerak k ekst eksten ensi si.. Kedua Kedua foss fossaa ters terseb ebut ut dapat dapat meningkatkan ROM fleksi dan ekstensi elbow, ditambah pula oleh adanya fossa trochlearis ulna yang memberikan ROM yang luas dengan menghasilkan gerak slide diatas trochlea humeri. 2.
Pada ada saat aat gera gerak k ekst eksten ensi si diha dihamb mbat at oleh oleh kont kontak ak proc proces essu suss olec olecra rano non n pada pada
fossa olecranon, ketegangan ligamen anterior sendi, stretch otot fleksor elbow. ROM ekstensi 0o - 5o/10o. 3.
Pada Pada saat saat gera gerak k flek fleksi si akti aktiff diham dihamba batt oleh oleh perte pertemu muan an otot otot ante anteri rior or leng lengan an
(biceps brachii) dengan otot anterior lengan bawah, sedangkan gerak fleksi pasif terjadi relaksasi otot sehingga lebih utama dihambat oleh kontak caput radii melawan
158
159
fossa fossa radial radialis is humeri humeri dan proces processus sus coronoi coronoid d melawa melawan n fossa fossa coronoi coronoid d humeri humeri,, ditambah pula ketegangan kapsul ligamen bagian posterior dan stretch otot triceps. ROM aktif fleksi adalah 0o - 145o sedangkan pasif fleksi 0o - 160o. 4.
Pada Pada saa saatt sup supin inas asii memb membra ran n inte intero ross sseou eous, s, kaps kapsul ul lig ligam amen en bagi bagian an ant anter erio iorr dan dan
ligamen annulare menjadi tegang sehingga menghambat gerak tersebut. 5.
Pada saat pronasi, secara ara mekanikal dibat batasi oleh gerak radius yang ang
menyilang diatas ulna dan kontak melawan ulna. F. Asas
BIOMEKANIK WRIST DAN TANGAN
A. Bagian Bagian-ba -bagia gian n Tulang Tulang 1. Wrist Bagian-bagian tulang pada wrist adalah distal radius, scaphoid (S), lunatum (L), triquetrum (Tri), pisiform (P), trapezium (Tm), trapezoid (Tz), capitatum (C), dan hamatum (H). 2. Hand Hand (tan (tanga gan) n) Bagian-bagian tulang pada hand terdiri atas 5 tulang metacarpal dan 14 phalangeal yang membentuk tangan dan 5 jari-jari. B. Sendi-send Sendi-sendii Wrist Wrist Kompleks Kompleks dan dan Gerakanny Gerakannyaa 1. Wris Wristt Komp Komple leks ks Wrist kompleks adalah multiartikular dan terbentuk dari 2 sendi gabungan. Wrist kompleks adalah biaxial yang menghasilkan gerakan fleksi (palmar fleksi), ekstensi (dorsal fleksi), radial deviasi (abduksi), dan ulnar deviasi (adduksi). 2. Radi Radioc ocar arpa pall join jointt a. Sendi in ini te terbungkus ol oleh ka kapsul ya yang le lentur ta tapi ku kuat, di diperkuat oleh ligamen-ligamen ligamen-ligamen yang juga memperkuat midcarpal joint. Ligamen yang
159
160
memperkuat radiocarpal joint adalah ligamen collateral lateral (radial) dan medial (ulnar (ulnar), ), serta serta ligam ligamen en anteri anterior or (memil (memiliki iki 2 serabu serabutt yaitu yaitu serabut serabut radioc radiocarp arpal al anterior dan serabut ulnocarpal anterior) dan posterior. b. Permukaan se s endi ya yang bi b ikonkaf ad adalah u ju jung d is istal ra r adius da dan diskus radioulnar (diskus artikularis); permuakaan sendi ini menghadap sedikit kearah volar/palmar dan ulnar. c. Permukaan sendi yang bikonveks adalah kombinasi permukaan proks proksima imall dari dari scapho scaphoid, id, lunatu lunatum m dan trique triquetru trum. m. Triquet Triquetrum rum secara secara utama utama bersendi dengan diskus. Tiga tulang carpal tersebut terikat secara bersamaan dengan sejumlah ligamen interosseous. d. Saat ter terjadi ger gerakan-gerakan wri wrist, bar baris pro proksimal tul tulang car carpal yang konveks akan slide dalam arah yang berlawanan dengan gerak fisiologis tangan. Gerak fisiologis wrist Arah slide dari carpal terhadap radius atau diskus Fleksi Dorsal Ekstensi Volar Radial deviasi Ulnar Ulnar deviasi Radial e. Selama ra radial de deviasi li ligamen co collateral me medial me menjadi te tegang, da dan selama ulnar deviasi ligamen collateral lateral menjadi tegang. f. Selama gerak fleksi wrist ligamen posterior radiocarpal menjadi tegang, tegang, selama selama gerak ekstensi wrist ligamen ligamen anterior anterior radiocarpal radiocarpal dan ulnocarpal ulnocarpal menjadi tegang. 3. Midc Midcar arpa pall join jointt a. Sendi ini me merupakan se sendi gabungan an antara 2 ba baris carpal. Se Sendi ini memiliki kapsul yang juga bersambung dengan sendi-sendi intercarpal. Sendi ini diperk diperkuat uat oleh oleh ligame ligamen n intero interosse sseous ous dan ligame ligamen-li n-ligam gamen en midcar midcarpal pal yang yang berjalan dari baris proksimal ke distal. b. Kombinasi pe permukaan di distal da dari sc scaphoid, lu lunatum da dan tr triquetrum bersen bersendi di dengan dengan kombin kombinasi asi permuk permukaan aan proksi proksimal mal dari dari trapez trapezium ium,, trapez trapezoid oid,, capitatum dan hamatum. 1) Permukaan sendi dari capitatum dan hamatum adalah konveks dan slide slide terhada terhadap p permuk permukaan aan sendi sendi yang yang konkaf konkaf pada pada bagian bagian scaphoi scaphoid, d, lunatum dan triquetrum. 2) Permukaan se sendi da dari tr trapezium da dan tr trapezoid ad adalah ko konkaf dan slide terhadap permukaan distal yang konveks pada scaphoid. c. Saat Saat terjad terjadii gerak gerak fisiolog fisiologis is dari wrist, wrist, suatu gerakan gerakan kompleks kompleks terjadi terjadi antara antara tulang-tulang carpal. Gerak fisiologis da dari wrist Arah sl slide dari tulang-tulang ca carpal Bagian distal kaitannya dengan tulangtulang carpal bagian proksimal Fleksi C dan H - dorsal Tm dan Tz - volar (palmar).
160
161
Ekstensi
C dan H - volar (palmar) Tm dan Tz - dorsal. Radial deviasi C dan H - ulnar Tm dan Tz - dorsal. Ulnar deviasi C dan H - radial Tm dan Tz - volar (palmar). d. Midc Midcar arpa pall join jointt memb member erik ikan an kontr kontrib ibus usii yang yang besa besarr saat saat gera geraka kan n fleks fleksii wris wristt (palmar fleksi) dan ekstensi wrist (dorsofleksi). 4. Pisiform Pisiform dikategorisasikan sebagai tulang carpal dan sebaris dengan triquetrum pada bag bagia ian n volar volar (pal (palma mar) r) di baris baris proks proksim imal al dari dari tula tulang ng carp carpal al.. Pisi Pisifo form rm bukan bukan merupakan bagian dari wrist joint tetapi berfungsi sebagai tulang sesamoid pada tendon fleksor carpi ulnaris. 5. Liga Ligame menn-li liga game men n Stabilita Stabilitass dan beberapa beberapa gerakan gerakan pasif dari wrist kompleks kompleks dihasilkan dihasilkan oleh sejumlah sejumlah ligamen-ligamen yaitu ligamen collateral ulnar dan radial, ligamen radiocarpal dorsal dan volar (palmar), ligamen ulnocarpal dan ligamen intercarpal. C. Sendi-send Sendi-sendii Hand (tangan) (tangan) Kompleks Kompleks dan Gerakanny Gerakannyaa 1. Carpom Carpometa etacar carpal pal (CMC) (CMC) join jointt pada jari jari 2 - 5 a. Sendi-sendi i ni ni t er erbungkus d al alam s ua uatu cavitas ( ro rongga) s en endi secara umum dan mencakup sendi-sendi setiap metacarpal yang bersendi dengan baris distal tulang carpal dan sendi-sendi antara setiap basis metacarpal. b. Sendi-sendi ja jari 2, 2, 3 dan 4 merupakan pl plane un uniaxial jo joint; se sendi ja jari 5 adalah biaxial joint. Sendi-sendi tersebut distabilisasi oleh ligamen-ligamen transv transvers ersal al dan longit longitudi udinal nal.. Metaca Metacarpa rpall V adalah adalah sendi sendi yang yang paling paling mobile mobile (palin (paling g luas luas geraka gerakanny nnya), a), diikut diikutii oleh oleh metaca metacarpal rpal IV yang yang merupa merupakan kan sendi sendi mobile berikutnya. c. Fleksi se semua me m etacarpal d it itambah d en engan a dd dduksi me metacarpal V dapat memberikan kontribusi terbentuknya cupping/arching (mangkok/lengkung) pada pada tanga tangan, n, sehi sehingg nggaa dapat dapat memp memper erbai baiki ki gera gerakan kan meme memegan gang/ g/me menj njep epit it (prehension).
Gerak fisiologis dari metacarpal
Arah slide dari metacarpal terhadap Tulang-tulang carpal Volar (palmar) Dorsal
Fleksi (cupping/lengkung) Ekstensi (flattening/datar)
2. Carpom Carpometa etacar carpal pal (CMC) (CMC) join jointt pada ibu ibu jari jari a. Sendi in ini ad adalah be berbentuk sa saddle bi biaxial jo joint an antara tr trapezium da dan basis metacarpal I. Sendi ini memiliki kapsul yang lentur dan ROM yang luas, yang dapat memberikan ibu jari bergerak jauh dari palmar tangan untuk gerak opposisi pada aktivitas prehension (aktivitas memegang/menjepit).
161
162
b. Untuk gerakan fleksi-ekstensi ibu jari (komponen-komponen opposisi-reposisi secara berurutan) terjadi pada bidang gerak frontal, permukaan trapezium adalah konveks dan basis metacarpal I adalah konkaf; oleh karena itu, permukaan sendinya akan slide dalam arah yang sama dengan gerak angulasi tulang. c. Untuk ge gerakan ab abduksi-adduksi ibu jari, te terjadi da dalam bidang ge gerak sagital, permukaan trapezium adalah konkaf dan metacarpal I adalah konveks; oleh karena itu, permukaan sendinya akan slide dalam arah yang berlawanan dengan gerak angulasi tulang. Gera erak fisiologis dari metacarpal pal I Arah slide Basis Metacarpal Fleksi Ulnar Ekstensi Radial Abduksi Dorsal Adduksi Volar (palmar) 3. Metaca Metacarpo rpopha phalan langeal geal (MCP) (MCP) joints joints a. Sendi-sendi MCP joint adalah bi biaxial condyloid jo joint dengan uj ujung distal setiap metacarpal adalah konveks dan phalanx proksimal adalah konkaf, distab distabili ilisas sasii oleh oleh ligame ligamen-l n-liga igamen men volar volar (palm (palmar) ar) dan 2 ligame ligamen n collat collatera eral. l. Ligam Ligamenen-li ligam gamen en coll collat ater eral al menj menjad adii tega tegang ng saat saat gerak gerakan an full full fleks fleksii sert sertaa mencegah abduksi dan adduksi dalam posisi full fleksi. b. MCP ib ibu ja jari be berbeda de dengan ya yang la lainnya ka karena di diperkuat ol oleh 2 tulang sesamoid serta memiliki gerak abduksi dan adduksi yang minimal saat posisi ekstensi. Gerak fisiologis dari Phalanx I Arah slide dari Phalanx I Fleksi Volar (Palmar) Ekstensi Dorsal Abduksi Menjauh dari pusat tangan Adduksi Kearah pusat tangan. 4. Interp Interphal halang angeal eal (IP) (IP) joints joints a. Interphalangeal jo joint te terdiri da dari pr proximal in interphalangeal (P (PIP) da dan distal interphalangeal (DIP) joint pada setiap jari tangan yaitu jari 2 - 5; ibu jari hanya memiliki satu interphalangeal joint. Setiap sendi adalah uniaxial hinge joi joint nt.. Perm Permuk ukaan aan send sendii pada pada ujung ujung dist distal al seti setiap ap phala phalanx nx adal adalah ah konve konveks ks;; permukaan sendi pada ujung proksimal setiap phalanx adalah konkaf. b. Setiap ka kapsul se sendi diperkuat ol oleh li ligamen-ligamen co collateral. c. Berjalan d ar ari ra radial ke k e u ln lnar, te t erjadi pe p eningkatan R OM OM fl fleksiekstensi pada sendi-sendi tersebut. Hal ini dapat memberikan gerakan opposisi yang lebih besar pada jari-jari jari-jari sisi sisi ulnar sampai ibu jari dan juga menyebabkan menyebabkan genggaman yang lebih kuat pada sisi ulnar. Gerak fisiologis dari setiap phalanx Arah slide dari Basis Phalanx Fleksi Volar (palmar) Ekstensi Dorsal. D. Fung Fungsi si Tan Tanga gan n
162
163
1. Hubunga Hubungan n panjang panjang otot otot - ketega keteganga ngan n otot Posisi wrist mengontrol panjang otot-otot ekstrinsik pada jari-jari tangan. a. Pada sa saat ja jari-jari at atau ib ibu ja jari fl fleksi, wr wrist ha harus di distabilisasi ol oleh otot-o otot-otot tot eksten ekstensor sor wrist wrist untuk untuk mencega mencegah h flekso fleksorr digito digitorum rum profun profundus dus dan superfisialis atau fleksor pollicis longus menghasilkan gerak fleksi wrist secara simultan. Pada saat genggaman menjadi lebih kuat, maka secara sinkronisasi terjadi terjadi ekstensi ekstensi wrist wrist dengan memanjangkan memanjangkan tendon-tendo tendon-tendon n fleksor fleksor ekstrinsi ekstrinsik k yang melewati wrist dan mempertahankan semua unit musculotendinogen yang lebih baik untuk kontraksi yang lebih kuat. b. Untuk ger gerakan eks ekstensi ja jari-jari ata atau ib ibu jar jari ya yang kua kuat, oto otot-otot fleksor fleksor wrist menstabilisas menstabilisasii atau memfleksik memfleksikan an wrist sehingga otot ekstensor ekstensor digitorum communis, ekstensor indicis, ekstensor digiti minimi, atau ekstensor pollicis longus dapat berfungsi lebih efisien. Disamping itu, terjadi gerakan ulnar deviasi; otot fleksor dan ekstensor carpi ulnaris bekerja aktif pada saat tangan membuka. 2. Gerak cupping cupping (lengkun (lengkung) g) dan flattening flattening (datar) (datar) Gerak cupping dari tangan terjadi saat fleksi jari-jari tangan, dan gerak flattening dari tangan tangan terjad terjadii saat saat eksten ekstensi si jari-j jari-jari ari tangan. tangan. Gerak Gerak cupping cupping dapat dapat memper memperbai baiki ki mobilitas tangan untuk penggunaan fungsional tangan dan gerak flattening untuk membebaskan objek-objek. 3. Mekan Mekanis isme me ekst eksten enso sor r Secara Secara strukt struktura ural, l, sarung sarung eksten ekstensor sor dibent dibentuk uk oleh oleh tendon tendon eksten ekstensor sor digito digitorum rum communis, jaringan konnektifnya meluas, dan serabut-serabut dari tendon interossei dorsal dan volar (palmar) serta lumbrical. Setiap struktur memiliki efek terhadap mekanisme ekstensor. a. Kontraksi yang terisolir dari otot ekstensor digitorum dapat menghasilkan menghasilkan gerak clawing clawing dari jari-jari jari-jari tangan (MCP hiperekstensi hiperekstensi disertai disertai dengan fleksi IP karena adanya tarikan pasif tendon-tendon fleksor ekstrinsik). b. Ekstensi PIP dan DIP terjadi secara bersamaan dan dapat disebabkan disebabkan oleh otot-otot interossei interossei atau lumbrical lumbrical melalui melalui tarikan tarikan otot tersebut pada sarung ekstensor. c. Disana ha harus te terjadi ke ketegangan pa pada te tendon ek ekstensor di digitorum communis communis untuk menghasilkan menghasilkan gerakan gerakan ekstensi ekstensi interphalan interphalangeal. geal. Hal ini terjadi karena adanya kontraksi aktif dari otot, yang menyebabkan ekstensi MCP secara ber bersa sama maan an deng dengan an kont kontra raks ksii otot otot intr intrin insi sik, k, atau atau kare karena na adan adanya ya stre stretc tch h (penguluran) dari tendon yang terjadi saat fleksi MCP. 4. Pola Pola menggen menggenggam ggam dan dan memeg memegang ang/me /menje njepit pit Sifat alamiah dari aktivitas yang diharapkan dapat menjelaskan tipe genggaman yang digunakan a. Power gr grip me melibatkan ge gerakan me menjepit su suatu ob objek de dengan fl fleksi jari-jari secara parsial melawan palmar tangan, disertai dengan counterpressure dari adduksi ibu jari. Power grip secara utama merupakan fungsi isometrik. Jari jari difleksikan, dirotasikan ke lateral dan ulnar deviasi. Besarnya gerak fleksi bervariasi bervariasi sesuai dengan object yang dipegang. dipegang. Ibu jari memperkuat memperkuat jari-jari
163
164
memegang dan membantu membentuk penyesuaian yang kecil untuk kontrol arah gaya. Beberapa variasi adalah cylindrical grip, spherical grip, hook grip, dan lateral prehension. b. Pola-pola pre precision mel melibatkan gerakan mem memanipulasi sua suatu objek yang tidak kontak dengan palmar tangan antara gerak opposisi abduksi ibu jari dan jari-jari tangan. Otot-otot secara utama berfungsi secara isotonik. Permukaan sensorik dari jari-jari digunakan untuk input sensorik maksimum dalam rangka mempeng mempengaru aruhi hi penyesu penyesuaia aian n yang yang nyaman nyaman (enak) (enak).. Dengan Dengan objek objek yang yang kecil, kecil, pegang pegangan an yang yang tepat tepat terjad terjadii secara secara utama utama antara antara ibu jari jari dan jari jari telunj telunjuk. uk. Beberapa variasi adalah pad-to-pad, tip-to-tip, dan pad-to-side prehension. c. Kombinasi gr grip me melibatkan ja jari ta tangan 1 da dan 2 (k (kadang-kadang ja jari 3) dalam melakukan aktivitas yang tepat/sesuai, sedangkan jari tangan 3 - 5 menambah/ melengkapi power genggaman. E. Kont Kontro roll Tan Tanga gan n 1. Kontro Kontroll tanga tangan n tanpa tanpa beban beban (beba (bebas) s) Melibatkan faktor-faktor anatomik, kontraksi otot dan unsur-unsur viskoelastik dari otot. a. Gerakan clawing hanya terjadi dari kontraksi otot ekstrinsik. b. Gerakan me menutup ha hanya da dapat te terjadi da dari ko kontraksi ot otot ek ekstrinsik tetapi juga memerlukan gaya viskoelastik dari interossei biartikular. c. Gerakan me m embuka m em emerlukan k on ontraksi ya y ang si s inergis d ar ari o to tot ekstensor ekstrinsik dan lumbrical. d. Gerakan re reciprokal da dari fl fleksi MCP dan ekstensi IP disebabkan ol oleh otot interossei. Otot lumbrical melepaskan ketegangan viskoelastik dari tendon profundus dan membantu ekstensi IP. 2. Power grip a. Otot fleksor ekstrinsik menghasilkan gaya menggenggam yang utama. b. Otot ekstensor ekstrinsik menghasilkan gaya kompressi untuk mencegah subluksasi sendi jari-jari tangan. c. Otot in interossei me merotasikan ph phalanx I un untuk po posisi me menekan ob objek eksternal dan juga memfleksikan MCP joint. d. Otot lu lumbrical ti tidak ber berpartisipasi dal dalam pow power gr grip (k (kecuali ja jari IV). e. Otot-otot thenar dan adductor pollicis menghasilkan gaya-gaya kompressi melawan objek yang sedang digenggam. 3. Pega Pegang ngan an yan yang g tepa tepatt a. Otot-otot ekstrinsik menghasilkan gaya kompressi untuk mempertahankan objek antara jari-jari dan ibu jari. b. Untuk ma manipulasi su suatu ob objek, ot otot in interossei me menghasilkan ab abduksi dan adduksi adduksi jari-jari jari-jari,, otot-otot otot-otot thenar mengontrol gerakan ibu jari, dan otot-otot otot-otot lumbrical membantu menggerakkan objek menjauh dari palmar tangan. Besarnya partisipasi setiap otot bervariasi, sesuai dengan besar dan arah gerakan.
164
165
4. Menc Mencub ubit it/m /men enje jepi pitt Gaya kompressi antara ibu jari dan jari-jari dihasilkan oleh otot-otot thenar yang menonjol, menonjol, adduktor adduktor pollicis, pollicis, interossei interossei dan otot-otot otot-otot fleksor fleksor ekstrinsi ekstrinsik. k. Otot-otot Otot-otot lumbrical juga berpartisipasi. F. Anal Analis isis is gera gerak k 1. Selama gerakan kan radial devia viasi (abduks uksi) dan ulnar nar dev deviasi (adduk duksi) midcarpal joint memberikan kontribusi terhadap luas ROM gerakan tersebut. Pada radial deviasi dengan ROM 15o pada radiocarpal, midcarpal joint juga menghasilkan ROM 8o. Pada ulnar deviasi dengan ROM 45o pada radiocarpal, midcarpal joint juga menghasilkan ROM 15o. 2. Gera Geraka kan n radi radial al devi devias asii (ab (abduk duksi si)) mem memil ilik ikii ROM ROM yan yang g lebi lebih h terb terbat atas as dar darip ipad adaa gerakan ulnar deviasi (adduksi). Hal ini disebabkan oleh terjadinya kontak antara scaphoid dengan processus styloideus radii, dimana processus styloideus radii lebih menonjol kearah distal dari processus styloideus ulna. 3. Sela Selama ma gera geraka kan n fleks fleksii dan exte extens nsii wris wrist, t, midc midcar arpa pall joint joint juga juga ikut ikut berp berper eran an.. o Pada gerak fleksi wrist dengan ROM 50 pada radiocarpal radiocarpal joint juga menghasilka menghasilkan n o ROM ROM 35 pada pada midcar midcarpal pal joint. joint. Sedangk Sedangkan an pada gerak gerak eksten ekstensi si wrist, wrist, terjad terjadii o sebali sebalikny knyaa dimana dimana ROM pada radioc radiocarp arpal al joint joint sebesa sebesarr 35 dan midcarpal midcarpal joint o terjadi ROM sebesar 50 . G. Asas
165
166
166
