PENGANTAR BIOMEKANIK

A. Definisi dan Pandangan Biomekanik

Selama awal tahun 1970-an, komunitas internasional mengambil istilah

biomekanik untuk menggambarkan ilmu yang mempelajari sistem biologis dari

pandangan mekanikal. Biomekanik menggunakan alat-alat mekanik, merupakan cabang/

ilmu fisik yang mempelajari aksi (kerja) dari gaya, dan 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 berurutan dari segmen-segmen tubuh yang sering dianggap sebagai derajat

koordinasi pada setiap individu. Kinematik menggambarkan gerakan yang terjadi,

sedangkan kinetik adalah ilmu yang mempelajari tentang gaya-gaya yang berkaitan

dengan gerakan. Jadi kinematik adalah ilmu yang mempelajari tentang deskripsi/

gambaran gerakan mencakup space/ruang dan waktu, sedangkan kinetik adalah ilmu yang

mempelajari tentang aksi dari gaya. Ilmu biomekanik pada manusia mencakup

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 dalam analisis kinetik. Antropometrik berkaitan dengan dimensi-dimensi dan

berat dari segmen-segmen tubuh.

Meskipun biomekanik relatif muda sebagai bidang ilmu pemeriksaan ilmiah yang

diakui tetapi ilmu biomekanik merupakan hal yang menarik perhatian beberapa disiplin

ilmu dan bidang profesional yang berbeda. Biomekanik memiliki latar belakang

3

akademik dalam ilmu hewan; orthopedic, cardiac (jantung), atau sport medicine;

biomedis atau biomekanik mesin (berkaitan dengan mesin); fisioterapi; atau kinesiologi

dengan komponen-komponen yang sama sehingga menjadi hal yang menarik dalam

aspek biomekanik yang menyangkut struktur dan fungsi organisme hidup.

Biomekanik dari gerakan manusia merupakan salah satu sub-disiplin ilmu

kinesiologi dimana kinesiologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang gerakan

manusia. Meskipun beberapa ahli biomekanik mempelajari topik seperti gerakan burung

onta, aliran darah yang melalui arteri-arteri yang menyempit, atau pemetaan kecil dari

rongga gigi, tetapi secara utama difokuskan pada biomekanik gerakan manusia 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

Bagan cabang ilmu Sport medicine

Biomekanik Adapted PhysicalEducation

Fisiologi Latihan Perilaku motorik Atletic training

Sejarah Olahraga Pedagogy

Filosofi Olahraga Seni Olahraga Psikologi Olahraga

Sport Medicine

Problem-problem (masalah) yang dipelajari dalam biomekanik

Karena berbagai disiplin ilmu dan bidang profesional yang berbeda mempelajari

biomekanik maka berbagai topik yang berbeda-beda dipelajari dalam biomekanik.

Sebagai contoh, ahli ilmu hewan mempelajari pola gerakan dari berbagai spesis binatang

menyangkut berjalan, berlari, lari dengan langkah pendek dan lari cepat pada kecepatan

yang terkontrol diatas treadmill untuk menentukan kenapa binatang tersebut memilih

panjang langkah tertentu dan besarnya langkah tersebut pada kecepatan yang diberikan.

Para ahli menyimpulkan bahwa sebagian besar hewan bertulang belakang termasuk

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 sama, ketika berlari mereka menggunakan sekitar jumlah energi yang 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

Biomekanik Atletic Medicine

Fisiologi Latihan Fisioterapi Rehabilitasi Jantung

Perilaku Motorik Sport Nutrition

Psikologi Olahraga Atletic training Spesialis medis lainnya

empat, hewan berkaki dua cenderung memiliki tungkai yang lebih panjang dan

kemampuan mengambil langkah yang lebih panjang sehingga mereka membutuhkan

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 daripada yang lainnya, tetapi tidak ada faktor biomekanik tertentu yang

berkaitan dengan ekonomis lari yang baik atau yang jelek.

Hal yang menarik juga adalah terjadinya perubahan transisi dalam aktivitas

berjalan anak-anak karena mereka mengalami perubahan perkembangan dalam 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 gerakan. Bagaimanapun juga, kecepatan berjalan dengan tingkat energi 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

kekuatan, khususnya pada extremitas inferior. Semenjak itu pada hari-hari pertama

penerbagangan angkasa luar, para ahli biomekanik telah mendesain dan membangun

sejumlah alat-alat latihan yang digunakan didalam ruang hampa untuk mengganti

aktivitas pemeliharaan tulang normal diatas bumi. Penelitian baru-baru ini telah

memfokuskan pada desain treadmill yang digunakan didalam ruang hampa 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

sebagai mata rantai utama dalam stimulasi mekanik terhadap pertumbuhan dan

pemeliharaan tulang, dimana berkaitan dengan besarnya gaya reaksi lantai yang terus-

menerus.

Pemeliharaan kepadatan mineral tulang yang cukup juga merupakan topik yang

berkaitan dengan bumi. Osteoporosis merupakan kondisi dimana massa mineral tulang

dan kekuatan tulang menurun berat sehingga dalam aktivitas sehari-hari dapat

menyebabkan nyeri tulang dan patah tulang. Pada wanita yang memiliki level aktivitas

fisik yang rendah selama masa remaja maka cenderung berkaitan dengan meningkatnya

resiko terjadinya osteoporosis pada usia tua. Faktor-faktor resiko lainnya yang diketahui

dapat menimbulkan perkembangan osteoporosis adalah inaktivitas fisik 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

adalah gangguan mobilitas. Usia tua berkaitan dengan penurunan kemampuan

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

Serikat. Tim peneliti biomekanik menyelidiki faktor-faktor biomekanik 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

kemampuan pakaian dan lantai pelindung untuk mencegah injury akibat jatuh. 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 diharapkan, serta karakteristik setiap pekerja. Para ahli biomekanik kerja

memperkenalkan bagaimana pentingnya biomekanik bagi pekerja baik secara fisik dan

mental dalam mempersiapkan pekerjaan pada suatu industri untuk mencegah terjadinya

nyeri pinggang. Pada tahun baru-baru ini, meskipun sejumlah injuri-injuri akibat kerja

menurun, carpal tunnel syndrome merupakan gangguan neurologis pada wrist yang

seringkali berkaitan dengan overuse (penggunaan yang berlebihan) dalam pekerjaan yang

telah meningkat frekuensinya. Oleh karena carpal tunnel syndrome sangat berkaitan

dengan penggunaan keyboard (papan tombol) yang berulang-ulang, maka penelitian

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

keyboard dalam keadaan alignmen sehingga memberikan pemeliharaan wrist dalam

posisi netral.

Para ahli biomekanik juga memberikan kontribusi terhadap perbaikan performans

(penampilan) pada olahraga pilihan melalui desain peralatan baru yang 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, berdasarkan pada penelitian terhadap teknik gliding push-

off dalam kecepatan skating oleh van Ingen Schenau dan Baker, serta berdasarkan pada

penelitian terhadap kerja koordinasi intermuskular dari gerakan meloncat (vertikal

jumping) oleh Bobbert dan van Ingen Schenau. Berbagai innovasi dalam peralatan dan

pakaian olahraga juga dihasilkan dari penemuan-penemuan ahli 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 atau teknik, dan komponen-komponen performans (penampilan) atletik.

Sebagai contoh, mereka telah mempelajari faktor-faktor yang memberikan 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

langkah terakhir yang pendek sehingga memfasilitasi elevasi (pengangkatan) yang

berkesinambungan dari pusat massa tubuh. Penelitian terhadap pelempar baseball juga

ditemukan bahwa pelempar yang memiliki kecepatan tinggi dengan melakukan gerakan

external rotasi shoulder yang besar, trunk/vertebra lebih condong ke depan dan miring

pada bola yang akan dilepaskan, kecepatan angular ekstensi yang tinggi pada knee serta

kecepatan angular yang lebih besar pada pelvis dan batang tubuh (trunk) bagian atas.

Dari contoh-contoh diatas menunjukkan adanya keanekaragaman topik-topik

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

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, prinsip-prinsip biomekanik dapat

diterapkan oleh ilmuwan dan profesional dalam berbagai bidang yang ditujukan pada

problem-problem yang berkaitan dengan kesehatan dan performans manusia.

Pengetahuan tentang konsep dasar biomekanik juga esensial (penting) bagi 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-prinsip mekanik dan bagaimana menerapkannya dalam menganalisis gerakan

pada tubuh manusia. Para analis gerakan manusia memiliki banyak pengetahuan sehingga

mampu menjawab pertanyaan berikut ini yang berkaitan dengan biomekanik :

1. Mengapa berenang bukan merupakan bentuk latihan yang terbaik bagi orang-orang

yang mengalami osteoporosis ?

2. Apa yang merupakan prinsip biomekanik yang melandasi mesin/peralatan latihan

tahanan yang beragam ?

3. Apa yang termasuk cara teraman untuk mengangkat objek/barang yang berat ?

4. Strategi apa yang dapat dilakukan oleh orang usia lanjut atau pemain sepakbola

didalam memaksimalkan stabilitas ?

5. Mengapa beberapa orang tidak mampu untuk mengapung ?

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 sangat banyak, aktivitas olahraga dan aktivitas rekreasi. Kedua, terletak pada

kompleksitas gerakan manusia dan tantangan yang muncul dari gerakan.

Observasi gerakan manusia menunjukkan adanya kompleksitas dan nampaknya

melibatkan beragam perubahan posisional yang sangat banyak atau perubahan 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 untuk diketahui bagaimana gerakan manusia dimulai, dilakukan 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. Pendekatan Anatomi ; dimana menggambarkan (menjelaskan) tentang struktur tubuh

dan bagian-bagiannya serta bagian-bagian tubuh yang potensial untuk menghasilkan

gerakan.

2. Pendekatan Fisiologis ; dimana mempelajari tentang proses terjadinya gerakan,

kontinuitas gerakan dan kontrol gerakan.

3. Pendekatan Psikologis ; dimana mempelajari berbagai sensasi, persepsi dan motivasi

yang menstimulasi terjadinya gerakan serta mekanisme neurologis yang

mengontrolnya

4. Pendekatan Mekanik ; dimana menjelaskan adanya gaya, waktu dan jarak yang

berhubungan dengan gerakan tubuh manusia.

5. Pendekatan Sosiologis ; mempertimbangkan arti beragam gerakan pada pengaturan

manusia yang berbeda-beda dan mempengaruhi pengaturan sosial pada gerakan yang

dihasilkan.

6. Pendekatan Environmental (lingkungan) ; mempertimbangkan pengaruh lingkungan

dimana gerakan terjadi atau menjelaskan tentang deskripsi gerakan yang bervariasi

dalam lingkungan yang berbeda-beda.

Pendekatan Pemecahan Masalah Biomekanik

Penelitian ilmiah biasanya diarahkan pada pemberian solusi untuk problem

tertentu atau menjawab pertanyaan khusus. Bahkan untuk non-peneliti, bagaimanapun

juga kemampuan untuk memecahkan problem merupakan keperluan praktis untuk

fungsional dalam masyarakat modern. Penggunaan dari problem-problem khusus juga

merupakan pendekatan efektif untuk menjelaskan konsep dasar biomekanik.

1. Problem kuantitatif versus kualitatif

Analisis gerakan manusia dapat bersifat kuantitatif atau kualitatif. Kata

kuantitatif menyatakan adanya jumlah/angka, dan kualitatif menjelaskan 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 ini penting untuk mengenal istilah kualitatif bukan berarti general.

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 berjalan sangat lambat, kelihatannya cenderung ke kiri, dan tertumpu berat

badannya pada tungkai kanan selama waktu yang sesingkat mungkin. Gambaran

kedua adalah semuanya kualitatif tetapi memberikan suatu gambaran yang lebih

detail dari gerakan.

Baik gambaran kualitatif dan kuantitatif berperan penting dalam analisis

biomekanik dari gerakan manusia. Para peneliti biomekanik sangat percaya pada

teknik kuantitatif dalam usaha menjawab pertanyaan-pertanyaan khusus yang

berkaitan dengan mekanikal organisme hidup. Para dokter, pelatih, dan pengajar

aktivitas fisik yang teratur melakukan observasi kualitatif terhadap pasiennya,

atlitnya, atau siswanya untuk merumuskan pendapat atau pemberian nasehat.

2. Pemecahan problem kualitatif

Problem-problem kualitatif umumnya muncul selama aktivitas kegiatan sehari-

hari. Analisis gerakan manusia, apakah untuk mengidentifikasi gangguan pola

berjalan atau untuk menyempurnakan teknik pelajar, merupakan suatu proses

pemecahan masalah yang esensial (penting). Apakah analisis tersebut bersifat

kualitatif atau kuantitatif, analisis tersebut mencakup identifikasi, kemudian

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 satu atau lebih pertanyaan yang berkaitan dengan gerakan. Bergantung

pada tujuan khusus dari analisis tersebut, beberapa pertanyaan dapat disusun secara

general (umum) atau spesifik. Sebagai contoh, pertanyaan yang bersifat general

(umum) adalah sebagai berikut :

a. Apakah gerakan yang dilakukan dengan gaya yang cukup atau optimal ?

b. Apakah gerakan yang dilakukan melalui ROM yang sesuai ?

c. Apakah gerakan tubuh yang berurutan cocok (atau optimal) untuk pelaksanaan

skill (ketrampilan motorik) ?

d. Mengapa wanita usia lanjut memiliki kecenderungan untuk jatuh ?

e. Mengapa pemain tolak peluru tidak mengambil jarak yang lebih jauh ?

Pertanyaan yang lebih spesifik adalah :

a. Apakah terjadi pronasi yang berlebihan selama stance phase (fase menumpu) dari

pola berjalan ?

b. Apakah saat melempar bola terjadi dengan segera gerakan full ekstensi elbow

(siku) ?

c. Apakah pemilihan latihan strengthening pada otot vastus medialis obliquus 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 yang dikumpulkan oleh pengajar, terapis, dan pelatih adalah data observasi

visual yang kualitatif. Maka dari itu, analis gerakan sangat teliti mengobservasi

gerakan yang dilakukan dan membuat tulisan atau catatan mental. Untuk memperoleh

data observasi yang terbaik, maka perlu untuk merencanakan ke depan tentang jarak

dan pandangan optimal dari data observasi yang dibuat.

3. Pemecahan problem-problem formal kuantitatif

Problem-problem formal merupakan sarana efektif untuk menerjemahkan

konsep-konsep yang kurang jelas kedalam batasan yang jelas, prinsip-prinsip khusus

yang dapat dipahami dengan segera dan diaplikasikan dalam analisis gerakan

manusia. Beberapa orang yang percaya bahwa dirinya tidak mampu memecahkan

problem-problem formal yang tidak dikenal dan sangat luas, dapat mempelajari skill-

skill (ketrampilan motorik) tentang pemecahan problem (masalah). Semua buku

memiliki pendekatan dan teknik pemecahan problem (masalah). Bagaimanapun juga,

sebagian besar pelajar tidak mengarahkan alur kerja yang melibatkan strategi general

tentang proses pemecahan problem (masalah). Suatu prosedur sederhana untuk

pendekatan dan pemecahan problem-problem terdiri dari 11 tahap yang berurutan,

yaitu :

a. Bacalah problem tersebut dengan cermat/teliti

b. Tulislah informasi-informasi yang didapatkan

c. Tulislah informasi yang diinginkan (tidak diketahui) untuk pemecahannya

d. Buatlah diagram tentang keadaan problem yang menunjukkan informasi yang

diketahui dan tidak diketahui

e. Tulislah rumus yang mungkin akan digunakan

f. Identifikasi rumus yang akan digunakan

g. Jika perlu, baca kembali pernyataan problem untuk menentukan apakah ada

informasi tambahan yang dibutuhkan dapat disimpulkan.

h. Memasukkan atau menggantikan dengan teliti informasi tersebut ke dalam rumus

i. Pecahkan persamaannya untuk mengidentifikasi variabel yang tidak diketahui

(informasi yang diinginkan)

j. Periksa atau cek bahwa jawaban tersebut sudah cocok/layak dan sempurna

k. Beri kotak dengan jelas jawaban tersebut.

C. Sistem Pengukuran Dalam Biomekanik

Pemberian unit-unit pengukuran yang tepat/benar yang berkaitan dengan jawaban

terhadap problem kuantitatif adalah penting sekali. Secara jelas, suatu jawaban 2

sentimeter adalah sungguh berbeda dengan jawaban 2 kilometer. Hal ini juga penting

untuk mengenal unit-unit pengukuran yang berkaitan dengan kuantitas fisik tertentu.

Pesanan 10 kilometer bensin untuk sebuah mobil ketika berjalan keluar negeri adalah

jelas tidak tepat/benar.

Sistem pengukuran utama yang masih digunakan di Amerika Serikat adalah

sistem English (Inggris). Sistem English dari ukuran berat dan ukuran-ukuran 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 : meter menyangkut panjang; kilogram menyangkut massa; detik menyangkut

waktu; dan derajat Kelvin menyangkut temperatur. Kedua, unit dasar tersebut memiliki

batasan yang jelas/tepat, dapat menghasilkan kuantitas (jumlah) yang bebas dari faktor-

faktor 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.

Berdasarkan alasan-alasan tersebut serta adanya fakta bahwa sistem metrik

hampir secara exklusif digunakan oleh masyarakat ilmiah sehingga sistem ini 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 Unit Metric Dikali dengan Unit English

Dibagi denganJarak Sentimeter

Meter Kilometer

2,540,30481.609

InchiFeet/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

Angular momentum Kilogram-m2/second 1,355 Slug-feet2/sec.

Moment of inersia Kilogram-meter2 1,355 Slug-feet2

Torque Newton-meter 1,355 Foot-pound

D. Kesimpulan 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 rel kereta api.

Adapun tipe gerakan terdiri atas 2, yaitu :

1. Gerakan linear (gerakan translasi), yaitu gerakan yang terjadi 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 angular (gerakan rotasi), yaitu gerakan yang terjadi pada satu titik yang

terfiksir dimana obyek berputar disekitar titik tersebut dan tetap kontak dengan titik

referensinya. Sebaga contoh : gerakan pendular, 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), otak kecil (cerebellum) dan batang otak. Semua neuron yang

berada di kawasan Sistem Saraf Pusat yang menyalurkan impuls motorik disebut

dengan Upper Motor Neuron (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 Motor Neuron (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 neuron dapat berhubungan dengan neuron lainnya melalui synaps. Synaps

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 receptor-

receptor sensorik yang beragam ke Sistem Saraf Pusat, sedangkan serabut saraf

efferent berfungsi untuk mengirimkan impuls motorik dari Sistem Saraf Pusat ke otot.

Neuron yang menyalurkan impuls motorik adalah motoneuron. Pada Upper Motor

Neuron (UMN) terdapat system atau susunan piramidalis dan extrapiramidalis,

berdasarkan perbedaan anatomik dan fisiologik.

a. Sistem Piramidalis

Neuron-neuron yang mencetuskan impuls somatomotorik adalah sel-sel di lamina

V atau lamina ganglionaris didalam corteks cerebri. Sel-sel tersebut dikenal

sebagai sel piramidal dari Betz yang terdapat didalam area 4 lobus frontalis.

Kemudian axon-axonnya berproyeksi secara teratur ke corpus striatum, thalamus,

batang otak dan medulla spinalis. Axon-axon tersebut muncul dari girus

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 daerah perwakilan bagian-bagian tubuh sisi kontralateral yang dikenal

dengan homunculus motorik (gbr. 2.2). Sedangkan area 6 merupakan area

premotorik yang ikut terlibat didalam menstimulasi gerakan.

Gambar 2.1

Kemudian serabut-serabut kortikofugal yang berasal dari corteks cerebri

memasuki inti-inti di pes pontis menjadi traktus parietotemporopontinus dan

traktus frontopontinus. Sedangkan serabut-serabut kortikofugal yang melanjutkan

diri ke medulla oblongata terdiri dari traktus kortikobulbar dan traktus

kortikospinalis, yang terkumpul dalam piramis. Traktus kortikospinalis yang

menuju ke medulla spinalis terbagi kedalam traktus kortikospinalis lateral yang

menuju ke funikulus posterolateral kontralateral medulla spinalis (yang

menyilang) dan traktus kortikospinalis ventralis yang menuju ke funikulus

ventralis ipsilateral medulla spinalis (gbr. 2.3)

Sementara serabut-serabut dari traktus kortikobulbar berjalan 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 jarasnya, karena banyak serabut sudah mengakhiri perjalanannya. Pada

bagian cervical terdapat 55 % jumlah serabut kortikospinalis, sedangkan pada

bagian thoracal dan lumbosacral berturut-turut mendapat 20 % dan 25 % serabut

kortikospinal

b. Sistem Extrapiramidalis

Susunan Extrapiramidalis terdiri atas beberapa komponen yaitu corpus striatum,

globus pallidus, inti-inti talamikus, nuclei subtalamikus, substansia nigra,

formatio retikularis batang otak, cerebellum dan corteks motorik area 4, 6 dan 8.

Komponen-komponen tersebut dihubungkan satu sama lain oleh axon 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 sederhana, lintasan sirkuit 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

striatum – globus pallidus – thalamus – corteks cerebri. Dengan demikian,

informasi yang tiba diseluruh neokorteks dikirim ke corpus striatum, globus

pallidus dan thalamus, untuk diproses lalu dimasukkan kembali ke corteks

motorik dan premotorik sebagai informasi umpan balik (feedback).

Bagian lintasan extrapiramidal yang mencakup sirkuit-sirkuit striatal tersebut

diatas menerima masukan dari lintasan yang berasal dari formatio retikularis

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-serabut efferent dari daerah kortikal (corteks) itu merupakan penyalur

utama terhadap pesan-pesan yang berasal dari komponen-komponen susunan

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 striatal berproyeksi merupakan sistem “output” sirkuit striatal. Semua

impuls yang disalurkan melalui sistem output tersebut disampaikan kepada

motoneuron dan motoneuron di trunkus cerebri dan medulla spinalis melalui

traktus rubrospinalis, traktus retikulospinalis, traktus tektospinalis dan 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 output sirkuit striatal mengatur tonus otot sesuai dengan pola 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 Common Path” impuls motorik. Ada 2 jenis LMN yaitu motoneuron yang berukuran besar dan menjulurkan axonnya yang tebal (12-20 ) ke serabut otot extrafusal, dan motoneuron yang berukuran kecil, axonnya halus (2-8 ) 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, motoneuron dan 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 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 motorik yang menggiatkan berbagai motoneuron (dengan berbagai motor

unitnya) merupakan sebuah pola impuls, (bukan sebuah impuls saja) 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 motoneuron dan 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 dengan kehendak dan sifatnya tidak tangkas. Gerak otot tersebut bersifat

reflektorik, kasar dan massif.

Secara singkat, proses terjadinya gerakan yang disadari berawal dari sistem

somatosensorik yang memberikan “input” kepada berbagai Sistem Saraf Pusat

sehingga menghasilkan penyadaran terhadap informasi yang berasal dari dunia luar.

Kegiatan pada berbagai pusat pengolah “input” tersebut menelurkan suatu niat untuk

berekspresi ke dunia luar. Dengan timbulnya niat itu maka rencana untuk

mengadakan gerakan otot disiapkan oleh sistem somatomotorik. Komponen-

komponen yang membentuk sistem tersebut adalah susunan piramidal dan

extrapiramidal. Kedua perancang sebuah pola impuls motorik itu mencetuskan sebuah

pola impuls yang disampaikan kepada sejumlah motoneuron (- dan -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

melainkan kepada interneuron. Sel tersebut menjadi sel penghubung antara

motoneuron dengan pusat exitasi atau pusat inhibisi, yang berlokasi di formatio

retikularis batang otak. Interneuron tersebut dikenal sebagai sel Renshaw. Berikut ini

mekanisme dasar dari gerakan yang dikenal dengan Myotatic Reflex System :

a. Reciproke Inhibisi

Ketika sebuah neuron afferen dari muscle spindle yang aktif, masuk ke dalam

medulla spinalis, maka neuron tersebut bercabang dan bersinaps dengan sebuah

interneuron inhibitor. Kemudian interneuron tersebut bersinaps dengan -

motoneuron dari otot antagonist sehingga menyebabkan otot tersebut menjadi

relaks. Dengan demikian, otot-otot primemovernya dapat menghasilkan gerakan

yang diinginkan.

b. Golgi tendon organ – autogenik inhibisi

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

insersio serabut otot atau traksi pada tendon itu sendiri. Impuls-impuls yang

muncul akan menginhibisi aktivitas otot yang langsung berhubungan dengan golgi

tendon organ tersebut. Mekanisme ini dinamakan dengan “autogenik inhibisi”.

c. Integrasi Spinal

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. Arcus Refleks

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 perkembangan secara berkesinambungan sampai usia dewasa dan mengalami

penurunan pada saat memasuki usia tua.

Perkembangan kemampuan motorik dasar merupakan suatu gambaran perkembangan

pada tahun-tahun awal (balita). Perkembangan kemampuan motorik (gerakan) dapat

diobservasi selama masa kehidupan awal (0 – 2 tahun), dengan memeriksa perubahan

perkembangan motorik yang terjadi.

Prinsip-prinsip perkembangan yang disesuaikan dengan Illingworth adalah sebagai

berikut :

1. Perkembangan merupakan suatu proses yang berkesinambungan, dimana terjadi

continuitas perkembangan pada bayi setiap bulan.

2. Perkembangan utamanya bergantung pada kematangan (maturasi) dari sistem saraf.

Kematangan (maturasi) adalah perkembangan struktur dan fungsi sistem saraf secara

bertahap mendekati sempurna seperti pada orang dewasa.

3. Dari serangkaian perkembangan, banyak yang sama pada semua anak, tetapi yang

bervariasi pada setiap anak adalah kecepatan perkembangan.

4. Arah perkembangan selalu dari arah kepala ke kaki (cephalocaudal). Bayi terlebih

dahulu memperoleh kontrol kepala sebelum dia dapat duduk.

5. Perkembangan selalu melibatkan perbedaan sifat/kelakuan, dimana terjadi perubahan

sifat/kelakukan secara bertahap dari relatif repetitif dan berbentuk stereotip (meniru-

niru) menjadi lebih meluas (berkembang). Pada saat lahir, gerakan bayi adalah

terbatas, tetapi menjelang usia 1 tahun dia sudah dapat berguling, duduk, berdiri,

berjalan dan bermain dengan mainan-mainan.

6. Pada umumnya berbagai aktivitas dapat memberikan arah terhadap respon-respon

individual yang spesifik. Bayi usia muda memberikan respond terhadap stimulus yang

terjadi di palmarnya dengan refleks menggenggam secara kasar. Menjelang usia 1

tahun, dia sudah dapat mengambil sebuah manik-manik (butiran kecil) 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 GerakanMotorik Kasar (gerak kasar) Motorik halus (gerak halus)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Perkembangan kontrol kepala secara bertahap

Menggerakkan kedua tangan dan tungkai ketika terlentang tetapi masih bersifat kasar dan tersentak-sentak

Masih dominan terjadi refleks postur dan gerakan

Dalam posisi terlentang, jika kedua tangannya ditarik ke atas untuk duduk maka kepalanya masih tertinggal (extensi)

Dalam posisi telungkup, kepala dan dada dapat diangkat dengan sanggahan pada kedua lengannya

Dalam posisi terlentang, mampu mengangkat kedua kakinya dan dibawa kearah mulutnya

Mampu berguling dari terlentang ke telungkup, kemudian dari telungkup ke terlentang.

Dalam posisi duduk, mampu mem-pertahankan kepala + badan tetap tegak

I d e m

I d e m

Posisi duduk sudah stabil, dapat membalikkan badan ke samping kiri-kanan ketika duduk.

Dapat berdiri dengan berpegangan

Berusaha untuk merangkak Berdiri dan berjalan dengan

berpegangan

Berdiri dengan berpegangan sambil bermain memegang benda

Berjalan disekitar meja atau kursi

Dapat berjalan beberapa langkah

Memberikan reaksi dengan melihat kearah sumber cahaya

I d e m

I d e m

Dapat meraih benda/mainan yang terjangkau olehnya

I d e m

Memindahkan benda/mainan dari tangan yang satu ke tangan yang lain

I d e m

I d e m

Mengambil benda kecil sebesar biji jagung atau manik-manik dengan gerakan meraup.

I d e m

I d e m

Mengambil benda kecil sebesar biji jagung atau manik-manik dengan gerakan pincer-like (menjepit).

BAB III

PRINSIP-PRINSIP MEKANIKAL

GAYA DAN GERAK

Yang menyebabkan terjadinya gerakan atau perubahan keadaan 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 menggunakan tanda panah. Arah gaya dapat ditunjukkan oleh arah tanda 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 searah dan sejajar ; terjadi ketika 2 buah gaya atau lebih bekerja 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 berlawanan arah, sejajar dan sama besar ; terjadi ketika 2 buah gaya atau lebih

bekerja dalam arah yang berlawanan, sejajar dan kedua buah gaya tersebut sama

besarnya, sehingga akan menghasilkan keseimbangan atau tubuh dalam keadaan

diam.

48

Bab 5. Postur

3. Gaya berlawanan arah, sejajar dan tidak sama besar ; sama dengan di atas, tetapi

kedua buah gaya yang bekerja tidak sama besarnya, sehingga resultan gayanya

bekerja sejajar dengan gaya yang paling besar dan berada diluar gaya yang terbesar

serta dapat dihitung secara aljabar.

4. Gaya tidak sejajar dan berlawanan arah ; terjadi ketika 2 buah gaya bekerja tidak

sejajar dan berlawanan arah dalam satu titik aplikasi gaya.

Gaya yang bekerja pada tubuh manusia menganut Hukum Newton, yang terdiri atas :

1. Hukum Newton I (Hukum Inersia)

Hukum ini menyatakan bahwa :

a. Jika jumlah gaya = 0 (F = 0), maka gaya-gaya yang bekerja adalah sama

besarnya sehingga tubuh tetap dalam keseimbangan.

b. Jika jumlah gaya 0 (F 0), maka gaya-gaya yang bekerja tidak sama

besarnya sehingga terjadi perubahan posisi tubuh (bergerak).

Berdasarkan uraian di atas, maka inersia adalah keengganan suatu tubuh 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 tubuh dan memiliki besaran yang konstan, dimana berlaku pada semua

tempat. Massa merupakan suatu ukuran dari inersia tubuh. Satuan massa adalah

kilogram (kg) atau pound (lb). Sedangkan berat adalah gaya gravitasi dari suatu tubuh

atau segmen tubuh dan memiliki besaran yang 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

translasi sehingga massa tubuh dapat didistribusikan disekitar axis sendi yang

bergerak. Dengan demikian, moment inersia yang dihasilkan oleh tubuh dapat

dinyatakan dengan rumus :

I = m1r12 + m2r2

2 + … + mnrn2 I = mr2

I = moment inersia r = jarak tegak lurus massa dari axis m = massa

49

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 Newton II (Hukum Percepatan)

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 seimbang bekerja pada tubuh, dan berbanding terbalik dengan massa tubuh. Dengan demikian, dapat dinyatakan dalam rumus :

F a = percepatan

a = F = gaya m 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 Newton 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 reaksi yang vertikal ke arah atas (berlawanan arah), sehingga kedua gaya

tersebut disimbolkan 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 Tuas dan Kopel. Pada Sistem Tuas, jika M = 0

dan F = 0, maka akan terjadi keseimbangan pada sebuah Tuas, begitu pula pada Kopel.

Kopel gaya terjadi jika 2 buah gaya bekerja sejajar tetapi berlawanan arah. Dengan

demikian, prinsip keseimbangan pada sebuah obyek adalah M = 0 dan 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

mengalami perubahan posisi atau bergerak dari posisi semula. Prinsip mekanik yang

mendasari sifat-sifat obyek yang kaku dapat digunakan untuk mempelajari kondisi

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 Keseimbangan1. Keseimbangan 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 suatu gaya telah terjadi pada tubuh yang diam dan tubuh cenderung untuk

kembali ke posisi awalnya setelah mengalami perubahan posisi, maka keseimbangan

tersebut dikatakan stabil. Dalam kondisi ini, pusat gravitasi harus naik sebelum

proyeksi garis gravitasi jatuh diluar dasar tumpuan. Posisi yang paling stabil pada

tubuh manusia adalah posisi dimana pusat gravitasi lebih dekat dengan dasar

tumpuan, seperti pada saat tubuh berbaring, dimana pusat gravitasi sangat 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 Metastabil

Pada keadaan ini, pusat gravitasi atau titik berat tubuh selalu 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 M = 0 dan F = 0,

dimana momen gaya yang searah jalan jam diberi label (+), sedangkan yang berlawanan

arah jalan jam diberi label (-). 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

efektifitas gaya yang dihasilkan. Prinsip ini dapat digunakan oleh fisioterapis untuk

menghemat tenaga yang dimilikinya.

StabilitasStabilitas suatu tubuh bergantung pada :

1. luasnya bidang/dasar tumpuan ; semakin luas dasar tumpuan maka stabilitasnya

semakin tinggi

2. Letak titik berat tubuh terhadap dasar tumpuan ; semakin tinggi titik berat tubuh dari

dasar tumpuan maka stabilitasnya semakin rendah, dan sebaliknya.

3. Proyeksi titik berat tubuh ke dasar tumpuan ; semakin dekat proyeksi titik berat tubuh

(proyeksi garis gravitasi) ke pusat dasar tumpuan maka stabilitasnya semakin tinggi,

begitu pula sebaliknya

4. Berat tubuh ; tubuh yang mempunyai massa yang lebih besar akan lebih stabil

daripada tubuh yang bermassa kecil.

Untuk mencapai stabilitas yang tinggi, maka :

a. Titik berat tubuh terletak lebih rendah atau dekat sekali dengan dasar tumpuan.

b. Proyeksi garis gravitasi jatuh dekat atau pada pusat dasar tumpuan.

c. Dasar tumpuan yang luas.

d. Berat badan yang relatif besar.

USAHA DAN ENERGI

Usaha

Jika ada suatu gaya yang bekerja (kontraksi otot) terhadap sebuah obyek/benda

sehingga benda tersebut bergerak melalui suatu jarak tertentu disebut dengan Usaha.

Dengan demikian, dapat dinyatakan dengan rumus :

W = F x s 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 selama gerakan sehingga kecepatan

gerakannya meningkat, maka segmen tubuh yang bergerak tersebut akan memiliki

peningkatan kapasitas untuk melakukan usaha, dan segmen tubuh tersebut

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 yang lebih besar daripada

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

(gaya gravitasi) sehingga memiliki energi potensial yang tinggi. Dengan

demikian, dapat dinyatakan dalam rumus : Epot. = m.g.h

SISTEM LEVER

Tubuh manusia dapat dianggap sebagai suatu sistem lever yang kompleks. 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

dihasilkan oleh gaya. Jika ada sebuah obyek/benda berputar disekitar axisnya 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 tubuh manusia, tulang merupakan lever dan fulcrumnya (axis) adalah sendi,

sedangkan gaya yang bekerja pada lever adalah kontraksi otot (titik gayanya pada insersio

otot tersebut). Sementara resistennya dihasilkan oleh gaya berat (gaya gravitasi) 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 dan lengan resisten sama panjangnya serta besarnya

gaya dan resisten adalah sama besar. Contoh lever tk. I adalah posisi

mempertahankan kepala tetap tegak, dimana levernya adalah tengkorak. Atlanto-

occipital joint sebagai fulcrum (axis), kontraksi/aktivitas otot extensor leher untuk

mempertahankan posisi kepala tetap tegak merupakan gaya (F), dan resistennya

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, metatarsophalangeal joint sebagai fulcrum (axis), kontraksi otot 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 FisioterapiSistem lever sering diterapkan pada metode Strengthening Exercise. Untuk

meningkatkan kekuatan otot, maka beban atau tahanan harus ditingkatkan sampai mencapai

kemajuan yang maksimal. Ada 2 faktor yang dapat meningkatkan kekuatan otot yaitu :

1. Meningkatkan resisten atau berat beban.

2. Meningkatkan panjang lengan resisten (peningkatan leverage)

Sebagai contoh, Abduksi shoulder dengan elbow fleksi dapat menurunkan 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

bentuknya tidak teratur. Tubuh manusia yang memiliki bentuk tidak teratur 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

mempunyai titik berat bagian yang dapat ditentukan letaknya.Untuk mencari 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 dapat diperoleh berdasarkan persentase massa bagian-bagian tubuh menurut

Demster (gbr. 3.1).

Gambar 3.1Dengan 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 seluruh lengan dalam posisi abduksi 90o !

57

Bab 5. Postur

STATIKA

Statika adalah ilmu yang mempelajari tentang keseimbangan dari suatu sistem

yakni tubuh manusia baik secara keseluruhan maupun sebagian seperti lengan 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

keseimbangan adalah gaya berat (Fw) dan gaya normal (Fn). Gaya normal akan

diperhitungkan jika anggota gerak tubuh menumpu berat badan di atas lantai/tanah,

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 gaya-

gaya 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 merupakan gaya internal, yang umumnya menghasilkan gaya yang lebih 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 kita harus menggunakan komponen rectangular yaitu komponen rotasi dan

komponen stabilisasi.

58

Bab 5. Postur

Komponen rotasi adalah komponen gaya yang tegak lurus dengan garis

penghubung yang dibentuk oleh garis gaya otot yang bekerja dan komponen 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 reaksi sendi maka kita harus mempertimbangkan rumus Pythagoras 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

bergerak melalui permukaan sanggahan. Kemampuan untuk berjalan dan untuk

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 friksional yang dihasilkan selama gerakan 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. Co-

effisien 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

frictional. Dengan meningkatkan gaya frictional, juga dapat memberi keamanan dalam

latihan seperti lantai gymnasium yang non-slip, alas kaki yang non-slip, alat bantu berjalan

yang berujung rubber, dan lain-lain.

Dalam praktek, gaya friction dapat dimodifikasi dengan cara :

1. Mengubah sifat permukaan kontak dengan menggunakan bahan/material 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. Mengubah gaya berat yang menekan permukaan. Sebagai contoh, sebuah 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 TULANG DAN JARINGAN TULANG

Fungsi dari sistem skeletal adalah untuk melindungi organ – organ internal,

memberikan perlengketan terhadap otot, mefasilitasi kerja otot dan gerakan tubuh (alat

gerak pasif). Tulang mempunyai unsur mekanikal yang unik dan dapat berubah unsur-

unsur 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 atau unsur yang berbeda maka digunakan tes spesimen yang standar dengan memakai kurva stress – strain.

Stress adalah beban perunit area yang berkembang pada permukaan 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 :

1) Normal strain adalah besarnya deformasi yang dapat merubah panjang struktur

tersebut (memanjang).

2) Shear strain adalah besarnya deformasi angular yang terjadi pada struktur tersebut

sehingga terjadi perubahan sudut pada struktur tersebut.

Skeleton (tulang) tersusun dari tulang kortikal dan tulang 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

porous sekitar 30 – 90%. Karena itu, tulang kortikal lebih kaku dari pada tulang

cancellous, dan tulang kortikal dapat menahan beban stress yang besar daripada beban

strain.

Sifat tulang terhadap bentuk pembebanan yang beragam.

Gaya dan momen dapat diaplikasikan pada sebuah struktur tulang dalam berbagai

arah, sehingga menghasilkan beban tention, kompresi, bending (pembengkokan), 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 dibagian dalam struktur tersebut. Stress tensile dapat didefinisikan sebagai

beberapa gaya kecil yang arahnya menjauh dari permukaan struktur tulang. Maksimal

stress tensile terjadi pada bidang tegak lurus terhadap beban tension (gbr. 4.2).

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.

Secara klinis, fraktur yang dihasilkan oleh beban tensile biasanya nampak pada tulang

cancellous. Sebagai contoh, fraktur pada basis metatarsal V yang berdekatan dengan

perlekatan tendon peroneus brevis dan fraktur pada calcaneus yang berdekatan

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 maka struktur tulang akan memendek dan melebar. Mekanisme kerusakan

62

Bab 5. Postur

yang terjadi pada jaringan tulang utamanya adalah keretakan sel – sel tulang secara

oblique.

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.

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 otot-

otot disekitar hip joint menghasilkan beban compresi pada caput femur melawan

acetabulum.

3. 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 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.

Stress yang terjadi pada tulang kortikal orang dewasa berbeda pada setiap

pembebanan (beban compresi, tensile dan shear). Tulang kortikal dewasa 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. Bending (Pembengkokan)

Bending terjadi ketika suatu beban diaplikasikan pada suatu struktur dalam pola yang

menyebabkan struktur tersebut membengkok disekitar axis. Struktur yang mengalami

pembengkokan disebabkan oleh kombinasi beban tension dan compressi. 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

terfiksir. Pada saat bagian atas tibia bengkok ke depan, stress tensile dan 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

paralel yang terjadi sama besarnya tetapi dalam arah yang berlawanan terhadap

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 pada knee joint yang dimanipulasi dengan cara yang salah selama program

rehabilitasi dapat menyebabkan fraktur femur yang dihasilkan oleh four 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. Pada saat momen bending teraplikasi pada femur, maka femur mengalami

kerusakan pada titik yang paling lemah – awalnya letak fraktur.

5. Torsion

Torsion terjadi ketika beban teraplikasi pada suatu struktur dalam pola yang

menyebabkan struktur tersebut terputar disekitar axis. Ketika struktur tersebut

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 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. Biasanya keretakan tulang terbentuk disepanjang bidang

stress tensile yang maksimal.

6. Kombinasi Beban

Meskipun setiap bentuk beban telah dijelaskan secara terpisah, tetapi dalam

kehidupan sehari – hari tulang jarang terbebani hanya dalam satu bentuk.

Pembebanan tulang pada manusia adalah kompleks karena dua alasan utama : struktur

geometrik tulang yang tidak beraturan, dan secara konstant tulang mengalami

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,

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 (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 yang minimal. Beban torsion ini ditunjukkan dengan terjadinya external dan

internal rotasi tibia dalam pergantian pola langkah jogging. Pemerikasaan klinis

terhadap beberapa pola fraktur menunjukkan bahwa hanya sedikit fraktur 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

mengubah distribusi stress dalam tulang. Kontraksi otot ini dapat menurunkan atau

mengeliminir stress tensile pada tulang dengan menghasilkan stress 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 yang tinggi dan dapat melindungi tibia dari kerusakan akibat tension. Kontraksi

otot ini mungkin menghasilkan stress compressi yang lebih tinggi pada permukaan

anterior tibia.

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

tensile tidak bekerja pada cortex superior. Dengan demikian, kontraksi otot 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 fraktur khususnya dihasilkan oleh beban yang 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

(Carter and Hayes, 1977). Pada test tersebut juga mengungkapkan bahwa tulang

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 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;

akibatnya otot-otot kurang mampu untuk menyimpan energi dan untuk menetralisir

beberapa stress yang terjadi pada tulang. Hal ini menghasilkan perubahan distribusi stress

dalam tulang yang secara abnormal menyebabkan beban tinggi pada tulang, dan suatu

fatique fraktur mungkin 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. Kerusakan pada sisi tensile akan menghasilkan keretakan

tulang secara tranversal, dan tulang tersebut dengan cepat bertambah retak menjadi

fraktur yang sempurna. Fatique fraktur pada sisi compressi terjadi lebih lambat; proses

remodeling lebih cepat dari proses fatique sehingga tulang tidak mungkin mengalami

fraktur yang sempurna. Teori kelelahan otot tersebut sebagai penyebab dari fatique

fraktur pada extremitas bawah dapat diuraikan pada skema berikut ini :

Exc yang berat

Kelelahan otot

67

Bab 5. Postur

Hilangnya kapasitas Perubahan pola berjalan penyimpanan energi

Pembebanan yang abnormal

Perubahan distribusi stress

Compressi yang tinggi Kombinasi Tension yang tinggi

Keretakan sel oblique 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

normalnya, dan secara progresif mangkok callus diabsorbsikan kembali, dan tulang

kembali serapat mungkin ke ukuran dan bentuk normalnya.

Kecepatan Pembebanan terhadap Tulang

Secara klinis, kecepatan pembebanan adalah penting karena mempengaruhi pola

fraktur dan banyaknya jaringan lunak yang rusak akibat fraktur. Pada kecepatan

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 saat usia bertambah secara normal, dinding trabeculae didalam tulang

cancellous menjadi lebih tipis secara progresif, dan mungkin beberapa dinding tersebut

mengalami reabsorbsi. Hasil tersebut ditandai dengan penurunan jumlah tulang

cancellous serta penurunan diameter dan ketebalan cortex. Penurunan jumlah 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. BIOMEKANIK CARTILAGO SENDI

Sendi adalah hubungan fungsional antara tulang-tulang skeleton yang berbeda.

Pada sendi sinovial atau sendi yang bergerak bebas, ujung tulang yang bersendi ditutup

oleh 1 – 5 mm lapisan putih yang tebal dari jaringan connective yang disebut dengan

cartilago 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 menyebarkan beban yang terjadi pada sendi sehingga beban tersebut akan

ditransmisikan di atas area yang luas dan kontak stress dapat berkurang.

2. Untuk memberikan gerakan relatif pada permukaan tulang lawanannya 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 biomekanis dari cartilago sendi hanya dapat dipahami berdasarkan sifat-sifat

material jaringan tersebut dan interaksi yang terjadi selama pembebanan. Yang

menentukan sifat material jaringan tersebut adalah solid matriks (collagen dan

proteoglycan) dan interstitial water 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 yang

menggambarkan tahanan friksional dari solid matriks yang memiliki porous material

sehingga cairan bisa mengalir melewatinya. 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 2 cara mekanikal untuk mengalirkan cairan melalui media yang berporous seperti

cartilago sendi (Mow and Torzilli, 1975) yakni :

1. Cairan dapat dipaksa mengalir melalui solid matriks yang berporous dengan cara

mengaplikasikan tekanan gradient yang tinggi yakni tekanan pada sisi atas

cartilago lebih besar daripada tekanan pada sisi bawah cartilago (gbr. 4.10a).

2. Jika cartilago sendi berada dibawah balok kaku yang berporous, kemudian

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 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 kondisi patologis maka continuitas dari solid matriks

(collagen dan proteoglycan) menjadi 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 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 deformasi jaringan akan terus meningkat pada

saat cairan tertekan keluar.

Lubrication (Peminyakan)

Ada 2 jenis fundamental dari lubrication yakni : Boundary lubrication dan Fluid Film

lubrication. Boundary lubrication bergantung pada absorbsi kimia dari molekul-

molekul lubricant yang monolayer terhadap permukaan kontak padat (Bowden and

Tabor, 1967). Secara relatif, selama gerakan terjadi maka permukaan komponen-

71

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

(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 dimana kemampuan peminyakannya tidak bergantung pada viscositas

(kekentalan) cairan sinovial. Hal ini memungkinkan 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 yang relatif tinggi pada permukaan kontak, maka kemungkinan fluid film

lubrication sangat diperlukan oleh sendi dalam kondisi tersebut. Dalam fluid film

lubrication, lapisan peminyakannya jauh lebih tebal daripada ukuran molekul

peminyakan boundary lubrication sehingga menyebabkan pemisahan yang relatif

besar dari kedua permukaan tumpuan. Kapasitas pemumpuan beban dari cairan

tersebut dapat melalui 3 mekanisme, yaitu :

1. Mekanisme hydrostatik lubrication : Mekanisme ini terjadi ketika tidak ada

gerakan slide dari permukaan tumpuan (cartilago sendi) sehingga tekanan didalam

fluid film dapat dibangkitkan oleh tekanan external melalui mekanisme

hydrostatik lubrication (gbr. 4.11a)

2. Mekanisme hydrodinamik lubrication : Mekanisme ini terjadi ketika permukaan

tumpuan bergerak secara tangensial terhadap permukaan tumpuan 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. Mekanisme squeeze film lubrication : Mekanisme ini terjadi 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 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) Kerusakan interfacial yang terjadi akibat adanya interaksi dari permukaan

tumpuan.

2) Kerusakan fatigue yang terjadi akibat adanya deformasi dari body kontak

(permukaan sendi).

Jika kedua permukaan tumpuan terjadi kontak maka kerusakan interfacial dapat

terjadi, oleh adanya adhesif atau abrasi (luka lecet). Kerusakan adhesif dapat terjadi

jika kedua permukaan solid mengalami kontak yang lebih kuat daripada material yang

terletak di bawahnya. Kemudian akan muncul fragmen-fragmen, 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 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 keadaan ini, tahanan

terhadap gerakan cairan akan berkurang, yang memungkinkan cairan bocor keluar

dari fluid film melalui permukaan cartilago sehingga terpecah di atas permukaan.

Hilangnya cairan akan meningkatkan kemungkinan kontak yang tajam pada

permukaan solid 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 periodik.

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 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. 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.

Stress yang berulang pada matriks collagen/proteoglycan akan menyebabkan

kerusakan pada :

1) Serabut collagen

2) Jaringan makromolekul proteoglycan, atau

3) Interface (ruang) antara serabut-serabut dan matriks interfibrillar.

Dari sebagian besar hipotesis yang populer, salah satu hipothesis menyatakan bahwa

kelelahan cartilago disebabkan oleh kerusakan akibat beban tension pada kerangka

serabut collagen. Begitu pula, semakin bertambah usia dan adanya penyakit

sebelumnya dapat menyebabkan 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 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

cartilago mengalami lebih banyak 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 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. Suatu hipotesis menyatakan bahwa 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 terjadi pada

sendi dan bagaimana beban tersebut didistribusikan di atas area kontak (besarnya

konsentrasi stress terjadi pada area kontak). Ada sejumlah kondisi yang banyak

menyebabkan konsentrasi stress berlebihan dan menyebabkan kerusakan cartilago.

Sebagian besar disebabkan oleh beberapa jenis sendi yang tidak kongruen sehingga

menghasilkan secara abnormal area kontak yang kecil. Sebagai contoh, osteoarthrosis

yang disebabkan oleh congenital acetabular displasia, capital femur epifisis 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 makroskopik, konsentrasi stress mempunyai efek yang lebih besar. 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.

Osteoarthrosis juga dapat terjadi secara sekunder akibat kelainan molekul-molekul

intrinsik dan struktur mikroskopik dari matriks collagen/proteoglycan. 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

beragam, dan kemungkinan juga degradasi cartilago (penurunan 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.

C. BIOMEKANIK JARINGAN COLLAGEN

Jaringan collagen yang mengelilingi sistem skeletal adalah ligaman (termasuk

kapsul sendi), tendon dan kulit. Struktur-struktur ini bersifat pasif, karena tidak dapat

menghasilkan gerakan aktif. Jaringan collagen tersusun secara primer dari tiga jenis

serabut, yaitu serabut collagen, serabut elastis dan serabut reticulin. Serabut collagen

mempunyai peranan yaitu memberikan kekuatan dan kekakuan terhadap jaringan.

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 aktifitas, ligamen dan tendon utamanya mengalami beban tension.

Gerakan sendi menghasilkan beban tensile pada ligamen, sedangkan kontraksi 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. Orientasi structural dari serabut-serabut

Orientasi structural dari ketiga jaringan collagen adalah berbeda-beda dan sesuai

dengan fungsi setiap jaringan (gbr. 4.12).

Serabut tendon mempunyai struktur serabut yang hampir paralel alignment, yang

membuat tendon sangat cocok untuk menahan beban tensile yang tinggi. Serabut

ligament termasuk kapsul sendi mempunyai struktur serabut yang kurang konsisten

(kurang paralel) dimana bervariasi pada setiap ligament, bergantung pada 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 serabut collagen dan serabut elastis

Komponen-komponen utama dari jaringan collagen adalah serabut collagen dan

serabut elastis, dimana kedua serabut tersebut terdapat sekitar 90 % didalam jaringan

collagen. Kedua jenis serabut tersebut mempunyai sifat yang berbeda-beda 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

terjadi kerusakan yang berjarak dari 6 – 8 %. Serabut elastis (pada otot)

memperlihatkan pemanjangan yang besar (dua kali lebih panjang dari panjang awal)

77

Bab 5. Postur

ketika terjadi beban yang rendah. Pada saat beban meningkat, tiba-tiba 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. Proporsi antara serabut collagen dan serabut elastis

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 ini memiliki hampir seluruh serabut collagen, sehingga sifatnya hampir

identik dengan berkas serabut collagen dibawah pengaruh beban tensile.

Fungsi utama ligamen termasuk kapsul sendi adalah untuk menstabilisasi sendi

selama gerakan dan untuk mencegah gerakan yang berlebihan. Seperti pada tendon,

sebagian besar ligamen pada tubuh manusia dominan 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.

Suatu eksperimen yang dilakukan terhadap ligamen cruciatum anterior yang

mempunyai persentase serabut collagen yang tinggi (90%) dan ligamen flavum yang

mempunyai persentase serabut elastis yang tinggi (60-70%). Kedua ligamen tersebut

dites dengan beban tension sampai terjadi kerusakan. Pada kurva load-elongasi

menunjukkan perbedaan dari hasil tes kedua ligamen tersebut.

LIGAMENT

Ada faktor-faktor utama yang menentukan kekuatan ligamen dibawah pengaruh

beban : ukuran dan bentuk ligamen serta kecepatan 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,

ligamen akan meningkatkan kekuatan dan kekakuannya pada saat kecepatan 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 basis histologiknya. Ujung ligamen merupakan zona 1, serabut collagen

yang saling bertautan dengan fibrocartilage merupakan zona 2. Secara bertahap

fibrokartilago tersebut menjadi mineral fibrokartilago (zona 3). Kemudian mineral

fibrokartilago bersatu dengan tulang kortikal (zona 4). Efek konsentrasi stress 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 akhir tercapai. Ketika melampaui titik akhir tersebut, ligamen mulai mengalami

kerusakan yang berat dan secara simultan sendi mulai bergeser secara abnormal. Karena

kerusakan ligamen dapat menyebabkan perpindahan yang besar pada sendi, 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 berlebihan.

Hasil dari tes in vitro ini dapat dihubungkan dengan penemuan klinis. Gambar 4.14

menunjukkan kurva study experimental yang terbagi dalam 3 regio. Regio pertama

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, 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, menghasilkan nyeri hebat selama proses trauma dan setelah injury

nyeri sedikit berkurang. Secara klinis sendi mengalami instabil yang sempurna. Sebagian

besar serabut collagennya ruftur tetapi masih ada sedikit yang utuh, sehingga

kelihatannya ligamen masih dalam kontinuitasnya meskipun sudah tidak mampu

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

Fungsi tendon adalah untuk melekatkan otot ke tulang atau fascia, dan untuk

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 (pembungkusnya), dan

2) Tendon tanpa sarungnya (pembungkusnya).

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 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 menentukan kekuatan tendon yaitu ukuran dan bentuk tendon, serta kecepatan

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 kontraksi otot dimana tendon tersebut 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

gastrocnemius dan soleus akan menghasilkan peningkatan tension pada tendon

Achilles. Jika beban tension tersebut melampaui titik akhir elongasi tendon maka

tendon Achilles akan mengalami ruftur.

2) Ukuran tendon yang 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 yang ditransmisikan melalui tendon juga akan besar. Begitu pula, area cross-

sectional tendon yang besar dapat menerima beban tension yang besar. Dari beberapa

pengukuran menunjukkan bahwa kekuatan tendon menerima beban 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 kerja beberapa otot untuk mempertahankan stabilitas. 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. Postur Inaktif, adalah postur dimana otot tidak bekerja aktif ; postur ini digunakan untuk

latihan general rileksasi dengan memberikan kebebasan gerak terhadap alat-alat respirasi

dan kerja minimal dari otot jantung.

2. Postur Aktif, adalah postur yang membutuhkan aksi integral dari beberapa otot. Postur ini

terdiri atas 2 bagian, yaitu :

a. Postur statik, adalah postur yang menghasilkan interaksi beberapa otot secara statik.

b. Postur dinamik, adalah postur yang menghasilkan interaksi beberapa otot yang

bekerja secara dinamis untuk menghasilkan gerakan yang efisien. Didalam gerakan

diperlukan stabilitas sendi dan membentuk suatu background gerakan, sedangkan

kerja otot akan membentuk postural background yang berperan ganda.

A. MEKANISME POSTURAL

1. Otot

82

Bab 5. Postur

Intensitas dan distribusi kerja otot sangat bervariasi didalam berbagai pola postur dan

karakteristik fisik setiap orang. Kelompok otot yang paling sering bekerja adalah otot-

otot yang mempunyai peran mempertahankan postur tetap tegak, yang bekerja

menetralisir efek-efek gravitasi. Kelompok otot ini sering disebut dengan antigravity

muscle, yang berperan mempertahankan sendi-sendi tetap lurus. Otot ini mempunyai

ciri khas tersendiri yaitu strukturnya berbentuk multi-pennate dan fan-shaped,

serabut-serabutnya dominan berwarna merah sehingga mampu berkontraksi secara

terus menerus tanpa lelah.

2. Kontrol Saraf

Postur dapat dipertahankan atau disesuaikan, sebagai hasil dari koordinasi komponen-

komponen mekanisme refleks yang sangat kompleks, yang biasa dikenal dengan

“Refleks Postural” yang melibatkan sistem saraf pusat.

Refleks Postural adalah suatu respon efferent terhadap stimulus afferent. Respon

efferent adalah saraf motorik dan antigravity muscle sebagai efektor utama. Stimulus

afferent berasal dari receptor-receptor yang paling penting yaitu : otot (muscle

spindle), sendi, mata, telinga, dan juga melibatkan receptor kulit khususnya kulit di

telapak kaki. Sistem saraf pusat yang mengontrol refleks postural adalah cortex

cerebri, cerebellum, red nucleus dan nucleus vestibular.

a. Otot (muscle spindle)

Neuromuscular dan neurotendinous spindle didalam otot berfungsi mencatat

perubahan tension. Peningkatan tension menyebabkan stimulasi dan

menghasilkan suatu refleks kontraksi dari otot, yang merupakan manifestasi 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

refleks righting dimana mampu mengembalikan posisi kepala dan tubuhnya

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. Receptor Sendi

Dalam posisi penumpuan berat badan, penumpuan beban disekitar tulang-tulang

akan merangsang receptor-receptor didalam struktur persendian dan menimbulkan

reaksi refleks untuk mempertahankan posisi tersebut.

e. Sensasi 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.

B. POSTUR YANG NORMAL

1. Postur dan Siklus Kehidupan

Perbedaan karakteristik antara manusia dan binatang adalah manusia dapat berdiri

tegak yang jauh lebih efektif daripada binatang, dan kedua tangannya bebas

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, trunkus vertebranya berbentuk C-

curve (konveks kearah posterior) dimana vertebra dalam keadaan fleksi. Pada saat

bayi sudah dapat mengontrol kepalanya maka vertebra 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 vertebral lumbal akan membentuk kurva konveks kearah anterior (lordosis),

dan setelah anak sudah bisa berdiri, berjalan atau berlari maka bentuk kurva

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.

2. Posisi Dasar

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 kehidupan sehari-hari, umumnya orang mengambil sikap yang asimetris

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 pergantian support (sanggahan) dari satu tungkai ke tungkai yang lain maka

secara periodik otot-otot menjadi tidak terbebani dan rileks. Bagi orang yang tidak

dapat memindahkan posturnya atau berat tubuhnya maka orang tersebut sering

mengalami ischemia pada jaringan-jaringan tertentu khususnya yang mendapat

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 yang minimal. Sedangkan pusat gravitasi tubuh tepat berada di depan

Vertebra 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

◙ Sekitar 5 cm di depan ankle joint (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.

Distribusi tekanan pada telapak kaki adalah bervariasi, bergantung 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. Angka persentasi ini dapat berubah secara menyolok ketika terjadi injury

atau penyakit, stress mekanik dalam waktu yang lama, atau memakai sepatu yang

bertumit tinggi.

Postur tubuh yang seimbang dapat menurunkan kerja otot-otot yang

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 kontinyu, otot soleus selalu aktif karena gaya gravitasi cenderung

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.

Otot erector spine bekerja aktif untuk menetralisir kecenderungan gravitasi

yang menarik trunk kearah depan.

52

Bab 5. Postur

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 untuk mempertahankan struktur-struktur yang berada pada shoulder

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 berdiri tegak juga dipertahankan oleh pergantian aksi dari group otot

antagonist yang mencegah terjadinya overbalance. Keadaan ini menghasilkan

suatu ayunan yang kecil dan kontinyu dari tubuh tersebut, walaupun tetap

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 selama berdiri, menyebabkan

beberapa muscle spindle tertarik ke atas secara beraturan sehingga terjadi

pergantian aktivitas dan inaktivitas dari berbagai motor unit. Hal ini dapat

membantu mencegah kelelahan serta membantu kembalinya aliran darah vena.

b. Posisi Duduk

Duduk merupakan salah satu posisi yang paling sering digunakan dalam aktivitas

kegiatan sehari-hari. Dalam posisi duduk, hal yang esensial adalah posisi

alignment vertikal dari kepala ke trunk harus dipertahankan, kecuali dalam

keadaan istirahat dengan punggung dan kepala tersanggah pada kursi yang enak.

Stabilitas duduk bergantung pada posisi yang diambil serta bentuk dan 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

kursi/stool cenderung untuk menghasilkan postur tubuh yang tegak, walaupun

sangat dipengaruhi oleh bentuk kursi/stool dan posisi yang diambil.

53

Bab 5. Postur

c. Posisi Tidur (Berbaring)

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 tidur merupakan posisi yang paling mudah didalam mempertahankan

keseimbangan tubuh karena pusat gravitasi tubuh menjadi rendah terhadap dasar

tumpuan dan gaya gravitasi dapat dinetralisir oleh mekanisme secara pasif,

sehingga hanya sedikit aktivitas otot yang dibutuhkan untuk mempertahankan

tubuh. Dalam posisi ini, permukaan sanggahan harus kuat dan comfortable

sehingga pembengkokan tubuh dapat dicegah serta relaksasi maksimum dapat

diperoleh.

C. GOOD POSTUR DAN POOR POSTUR

1. Good Postur

Good Postur adalah suatu keadaan seimbang antara sistem muscular dan 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 Postur dapat berkembang secara alamiah dan memberikan mekanisme

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

Background psikologis yang stabil ; emosi dan sikap mental mempunyai efek

yang besar terhadap sistem saraf secara keseluruhan dan hal ini akan direfleksikan

dalam postur setiap orang. Rasa gembira dan bahagia merupakan stimulasi dan

akan direfleksikan dalam bentuk sinyal postur yang tertentu. Sebaliknya, perasaan

sedih, konflik dan merasa rendah akan menghasilkan postur-postur yang berbeda.

Dengan demikian, sikap mental dapat mempengaruhi kondisi fisik seseorang baik

bersifat sementara (temporer) maupun permanen.

Keadaan hygiene yang baik (kondisi sehat) ; khususnya mengenai 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

mendorong perkembangan otot skeletal yang harmonis, misalnya memberikan

kesempatan kepada anak normal untuk melakukan aktivitas-aktivitas yang

menyenangkan seperti berlari, melompat dan memanjat.

2. Poor Postur (postur jelek)

Suatu postur dikatakan jelek jika postur tersebut tidak efisien dan gagal untuk

melaksanakan fungsinya atau sejumlah usaha otot yang sebenarnya tidak perlu

digunakan untuk mempertahankan postur 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 posisi berdiri, terjadi kegagalan alignment dari segmen-segmen tubuh

sehingga memerlukan kerja otot tambahan untuk mempertahankan keseimbangan.

Adanya deviasi postural akan disertai dengan peningkatan atau penurunan 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 sehari-

hari dan mungkin menghasilkan reaksi psikologis pada dirinya yang tidak

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.

Faktor-faktor predisposisi yang bersifat lokal adalah nyeri yang terlokalisir,

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 besar dari semua regio pada tubuh manusia, terutama lumbosacral. Oleh

karena itu, berbagai sikap dan posisi tubuh yang dilakukan dalam aktivitas kegiatan sehari-

hari sangat mempengaruhi besarnya beban yang terjadi pada regio lumbal. Posisi dan sikap

yang kita lakukan sehari-hari seperti duduk, tidur, berdiri, membungkuk, mengangkat,

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 tahun 1975, Tuan Nachemson memaparkan hasil penelitiannya tentang

besarnya beban yang terjadi di L3 pada setiap perubahan sikap dan posisi tubuh. Hasil

penelitian tersebut memberikan arti yang sangat luas dan dalam, karena kenyataannya pada

setiap perubahan sikap dan posisi tubuh akan selalu disertai dengan perubahan besarnya

beban yang terjadi pada L3.

A. PENGARUH SIKAP ATAU POSISI TERHADAP PEMBEBANAN DI LUMBAL

Beban pada vertebra utamanya dihasilkan oleh berat tubuh, aktivitas otot dan gaya

external. Beban tersebut terutama bekerja pada diskus intervertebralis. Regio lumbal

merupakan area penumpuan beban yang utama pada vertebra sehingga beban yang

diterima pada regio ini paling besar terjadi.

57

Bab 6. Sikap dan Posisi

Kurvatur vertebra juga memberikan kontribusi terhadap kapasitas spring-like (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 keadaan statis, beban yang bekerja pada vertebra dianalisis dalam keadaan

equilibrium. Untuk menghitung tekanan intradiskal, maka Nachemson, Elfstrom dan

Morris telah melakukan percobaan pada diskus in vivo dengan menggunakan Disc

Manometry. Dalam percobaan ini, dilakukan tekanan pada diskus intervertebralis L3 dari

laki-laki berusia 35 tahun. Dari hasil pengukuran menunjukkan besarnya persentase

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 dengan posisi badan membungkuk (salah) = 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 saat-

saat 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. Selama berdiri, otot-otot erector spine selalu bekerja aktif sedangkan otot-

otot abdominal hanya bekerja aktif secara intermitten.

Selama berdiri, dasar sacrum akan terinklinasi ke depan dan ke bawah sekitar 30o

terhadap bidang transversal yang disebut dengan sudut sacrum. Tilting dari pelvis

disekitar axis transversal dapat merubah sudut tersebut. Sudut ini menurun ketika pelvis

tilting kearah belakang dan lordosis lumbal menjadi datar. Mendatarnya lordosis lumbal

mempengaruhi thoracal spine, dimana thoracal spine akan sedikit memanjang untuk

58

Bab 6. Sikap dan Posisi

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

pembengkokan. Dalam keadaan fleksi trunk, diskus intervertebralis akan menonjol

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 beban kompresi dan tensile sehingga dapat meningkatkan stress yang lebih besar

pada diskus.

Selama duduk relaks tanpa sanggahan, beban pada lumbal lebih besar daripada berdiri

relaks (Nachemson & Elfstrom, 1970). Dalam posisi ini, pelvis akan tilting kearah

belakang dan lordosis lumbal menjadi lurus. Garis gravitasi jatuh di ventral dari 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

peningkatan beban yang kecil pada lumbal. Tetapi jika kedua knee dan hip dibengkokkan

59

Bab 6. Sikap dan Posisi

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 POSISI MENGANGKAT TERHADAP BEBAN PADA LUMBAL

Beban kompresi yang dapat ditahan oleh corpus vertebra sampai terjadi kerusakan

(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 diskus. Sebaliknya, ruftur dapat terjadi pada bagian posterior annulus fibrosus

jika terjadi tension yang berlebihan dan torsional yang tinggi pada diskus akibat beban

stress yang dihasilkan oleh moment pembengkokan + rotasi trunk.

Pada saat mengangkat dan membawa suatu obyek, adanya beban external ikut

mempengaruhi besarnya beban pada vertebra lumbal. Ada beberapa faktor yang

mempengaruhi besarnya beban pada vertebra (khususnya lumbal) selama aktivitas

tersebut, yaitu :

1. Posisi dari obyek kaitannya dengan pusat gerakan vertebra

2. Derajat fleksi atau rotasi spine

3. Karakteristik dari obyek tersebut : ukurannya, bentuknya, beratnya dan kepadatannya.

Mempertahankan suatu obyek yang diangkat tetap dekat dengan tubuh dapat menurunkan

besarnya moment pembengkokan pada vertebra lumbal karena jarak antara 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 beban pada vertebra lumbal juga rendah (Anderson, Ortengren & Nachemson,

1976). Ukuran, bentuk, berat dan kepadatan obyek juga mempengaruhi beban 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 yang ukurannya besar daripada yang kecil sehingga menghasilkan 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

dapat menimbulkan moment pembengkokan yang besar pada diskus sehingga

menghasilkan beban yang tinggi pada vertebra (gbr. 6.6).

60

Bab 6. Sikap dan Posisi

Selama mengangkat, dianjurkan kedua knee bengkok untuk mengurangi beban 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 TERHADAP BEBAN PADA LUMBAL 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/exercise (Nachemson and 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 spine (terutama diskus lumbalis). Oleh karena itu, posisi

yang lebih baik adalah posisi awal latihan yang mempertahankan vertebra lebih 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

tersebut cenderung untuk menarik lumbal spine kearah lordosis. Sedangkan 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 intervertebralis (Nachemson and 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

diterima oleh vertebra lumbal. Sikap atau posisi yang benar adalah posisi 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

berdasarkan besarnya beban pada vertebra lumbal. Sikap atau posisi tersebut perlu

diperhatikan dalam aktivitas kegiatan sehari-hari, karena banyak penyebab dari LBP

(Nyeri Pinggang Bawah) adalah sikap atau posisi yang salah.

62

Bab 6. Sikap dan Posisi

63

BAB VII

MEKANIKAL BERJALAN

A. PENGERTIAN BERJALAN

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,

alignment trunk dan gaya reaksi lantai. Berjalan merupakan suatu cara didalam

memperoleh posisi yang akan digunakan untuk melihat, mendengar dan melakukan

tugas-tugas manual.

Aktivitas berjalan hanya memerlukan jumlah waktu dan energi yang minimal serta tubuh

memerlukan pola berjalan yang halus. Dengan demikian, didalam aktivitas berjalan

dibutuhkan suatu pola berjalan yang halus dan penggunaan energi yang ekonomis.

B. TUGAS-TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN

Selama berjalan, ada 3 tugas fungsional berjalan yang harus diselesaikan yaitu :

1. Forward Progression

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

Momentum kontrol : diperlukan kontrol stabilitas pada tungkai sebagai

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 penggunaan momentum yang cukup untuk membantu terjadinya shock

absorption dan menggerakkan tubuh ke depan, maka kebutuhan kerja dari tubuh dapat

diminimalkan selama berjalan.

63

Bab 7. Mekanikal Berjalan

2. Single Limb Balance

Selama berjalan, pada saat satu tungkai terayun ke depan untuk bergerak maka

tungkai yang lain harus mampu menyeimbangkan tubuhnya. Pada saat itu 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

proprioceptor dan kontrol otot yang normal tetapi ada sedikit kelemahan pada

abduktor hip, maka keseimbangannya akan dikompensasi oleh lateral shift trunk yang

berlebihan (gbr. 7.1b). Sedangkan pasien yang mengalami gangguan proprioceptor

dan SSP (seperti hemiplegia) tidak akan mampu melakukan gerakan kompensasi

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 mekanisme yang melindungi ligamen-ligamen dan mengontrol terjadinya

valgus thrust pada knee. Pertama, mekanisme untuk menyanggah knee bagian medial

melawan valgus thrust yang terjadi oleh aksi dari 3 otot sisi medial yakni m.

semitendinosus, m. gracilis dan m. sartorius. Kedua, mekanisme proteksi dari aksi m.

vastus medialis untuk mencegah pergeseran patella kearah lateral dan mengontrol

angulasi valgus knee. Sedangkan pada ankle (kaki), adanya stress valgus dapat

diproteksi oleh aksi m. tibialis posterior.

3. Limb Length Adjustment

Pada saat terjadi perubahan posisi diperlukan perubahan panjang dari kedua tungkai

sehingga kaki dapat mencapai tanah dengan mudah, dimana tungkai bagian depan

64

Bab 7. Mekanikal Berjalan

diarahkan untuk lurus sedangkan tungkai bagian belakang harus membengkok.

Dengan demikian tungkai (extremitas inferior) yang bergerak ke depan 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 pelvis kearah depan dan pelvis drop pada sisi ipsilateral. Pemanjangan

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 BERJALAN

Adanya pergantian berdiri dan melangkah maka secara teknikal fase berjalan terdiri atas

stance phase (fase menumpu) dan swing phase (fase mengayun). Stance phase mulai

terjadi pada saat heel strike dan berakhir pada saat toe-off. Untuk mengidentifikasi

adanya aksi yang berkaitan maka stance phase dibagi kedalam fase heel strike, mid-

stance 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

dengan penyelesaian tugas-tugas fungsional berjalan. Dengan demikian, untuk

mengidentifikasi tugas-tugas fungsional berjalan pada setiap fase berjalan maka deskripsi

fungsional yang tepat adalah :

Stance phase terdiri atas : Weight Acceptance, Trunk Glide, Push dan Balance

Assistance

Swing phase terdiri atas : Pick-up dan Reach.

Fase Menumpu (Stance phase) :

1. Weight Acceptance (0 – 15 % dari siklus berjalan)

Pada fase ini, terjadi heel strike sampai foot-flat dimana kaki pertama kali kontak

dengan tanah. Pada saat heel strike, tumit pertama kali menyentuh tanah dan

extremitas inferior akan terulur ke depan dengan fleksi hip 30o, knee full ekstensi dan

ankle membentuk sudut 90o (dorsifleksi ankle). Kemudian memasuki foot-flat knee

65

Bab 7. Mekanikal Berjalan

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 fase ini, menuntut adanya :

Shock absorption

Stabilisasi tungkai

Bergerak ke depan

Keseimbangan pada satu tungkai

b. Keadaan yang terjadi dalam fase ini 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. Respon yang terjadi adalah :

RESPONSE

TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL

1. Forward Progressiona. Dengan cepat terjadi plantar fleksi

ankle karena pada saat tumit kontak dengan tanah berat tubuh terjadi disepanjang tibia.

b. Dengan cepat terjadi fleksi knee seki-tar 15o karena adanya momentum ke depan dari tungkai bawah (tibia)

c. Kecenderungan fleksi hip karena adanya berat tubuh di belakang kaki yang menumpu.

2. Single Limb Balancea. Kecenderungan untuk jatuh dari

tungkai yang menumpub. Valgus thrust pada knee akibat lateral

shiftc. Valgus thrust pada ankle

1.a. Dikontrol oleh dorsifleksor ankle yakni

m. tibialis anterior dan group extensor

jari-jari kaki.

1.b. Terjadinya fleksi knee dan momentum

ke depan dari tungkai bawah (tibia)

dikontrol oleh m. soleus dan tibialis

posterior, m. quadrieps, serta stabilitas

tungkai atas (paha) oleh aktivitas m.

semitendinosus, biceps femoris dan

gluteus maximus.

1.c. Dikontrol oleh group extensors hip dan

66

Bab 7. Mekanikal Berjalan

momentum ke depan

2.a. Terjadi lateral shift dari tubuh. Pelvis

distabilisasi oleh group otot abduktors :

m. gluteus medius, gluteus minimus

dan tensor fascia latae.

2.b. Dikontrol oleh otot-otot bagian medial

knee : m. vastus medialis, semitendi-

nosus dan gracilis.

2.c. Dikontrol oleh m. tibialis posterior dan

insersio soleus bagian medial.

2. Trunk Glide (15 – 40 % dari siklus berjalan)

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 mid-

stance. (gbr. 7.5)

Dalam fase ini, terjadi berbagai aktivitas dan tugas fungsional berjalan yakni :

a. Pada fase ini, menuntut adanya gerakan tubuh ke depan secara kontinu di atas

kaki yang datar (foot-flat)

b. Keadaan yang terjadi dalam fase ini adalah :

Secara sempurna terjadi penumpuan pada satu tungkai.

Terjadi foot-flat di atas tanah.

Stabilitas extremitas inferior.

67

Bab 7. Mekanikal Berjalan

Masih aktif terjadi momentum ke depan tetapi agak berkurang.

Kecepatan gerakan ke depan menjadi lambat.

c. Respon yang terjadi adalah :

RESPONSE

TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL

1. Forward Progressiona. Adanya momentum akan membawa

trunk dan extremitas inferior bergerak ke depan di atas kaki yang menetap. Knee menjadi extensi ketika paha

bergerak ke depan di atas tibia yang stabil.

Hip menjadi extensi ketika paha bergerak ke depan

b. Garis berat tubuh bergeser dari belakang tumit ke kaki bagian depan.

2. Single Limb Balancea. Terjadi penumpuan secara total pada

salah satu extremitas.b. Terjadi lateral shift secara maksimum

pada 20 % siklus berjalan, kemudian mulai menurun.

2. Limb Length Adjustmenta. Extremitas yang lain mengayun ke

depan

1.a. Kecepatan gerakan ke depan dikontrol

oleh aktivitas otot soleus dan tibialis

posterior.

Otot quadriceps menjadi rileks Extensor hip menjadi rileks.

1.b. Gerakan ke depan menyebabkan posisi

ankle berubah dari 5o plantar fleksi

menjadi 10o dorsifleksi.

2.a. Terjadi aktivitas abduktor hip 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

68

Bab 7. Mekanikal Berjalan

di atas hip joint yang menumpu.

3. Push (40 – 50 % dari siklus 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 gerakan badan ke depan oleh dorongan kaki yang menumpu. Fase push

merupakan interval awal dari push-off. (gbr. 7.6)

Dalam fase ini, terjadi berbagai aktivitas dan tugas fungsional berjalan yakni :

a. Pada fase ini, menuntut adanya gaya dorong ke depan

b. Keadaan yang terjadi dalam fase ini adalah :

Tubuh agak ke depan dari kaki yang menumpu..

Secara full knee extensi.

Tumit mulai terangkat

Ankle dalam posisi 10o dorsifleksi.

c. Respon yang terjadi :

RESPONSE

TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL

1. Forward Progressiona. Berat tubuh cenderung untuk menarik:

Hip kearah lebih extensi Knee kearah lebih extensi Ankle kearah lebih dorsifleksi

b. Tercipta Gaya Push

2. Single Limb Balancea. Posisi Trunk kembali ke midline

untuk persiapan transfer berat tubuh ke tungkai yang lain.

b. Tercipta gerakan pasif abduksi hip.

1.a. Extensi hip dikontrol oleh otot iliacus.

Extensi knee dikontrol oleh otot

gastrocnemius pada 10o fleksi.

Tujuh otot plantarfleksor ankle bekerja

aktif : m. gastrocnemius, peroneus lo-

ngus dan brevis, flexor jari-jari kaki

yang besar, soleus, dan tibialis pos-

terior.

1.b. Meningkatnya aktivitas dari tujuh otot

69

Bab 7. Mekanikal Berjalan

plantar fleksor.

2.a. Abduktors hip menjadi relaks pada ma-

sa pertengahan push.

2.b. Pergeseran tersebut dikontrol oleh otot

adduktor longus dan magnus.

4. Balance Assistance (50 – 60 % dari siklus berjalan)

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 fase ini menuntut adanya bantuan keseimbangan tubuh dari tungkai lain

yang siap untuk menerima berat tubuh.

b. Keadaan yang terjadi dalam fase ini adalah :

Masa penumpuan dari kedua tungkai

Dengan cepat berat tubuh ditransfer ke tungkai yang lain

Mempertahankan tungkai yang utama tetap kontak dengan tanah untuk

keseimbangan sementara tungkai yang lain siap untuk mengayun.

Garis berat tubuh berada diantara kedua tungkai.

c. Respon yang terjadi :

RESPONSE

TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL

1. Forward Progressiona. Transfer berat tubuh yang cepat akan

melepaskan tahanan pada knee dan ankle

b. Mempertahankan tetap kontak dengan tanah

1.a. Transfer yang cepat ditandai dengan

fleksi knee secara pasif (0 – 50o). Tidak

ada otot fleksor knee yang bekerja

aktif.

1.b. Terjadi Postural equinus akibat gerakan

tibia ke depan dengan adanya fleksi

knee yang disertai extensi hip.

1.c. Gerakan aktif plantar fleksi : hanya otot

gastrocnemius dan tibialis posterior

yang relaks.

1.d. Extensi hip berkurang (-10o – 0o). Otot

69

Bab 7. Mekanikal Berjalan

2. Single Limb Balance (Lateral alignment)Masa penumpuan berat tubuh dengan

kedua tungkai.

Dengan cepat berat tubuh bergeser

melewati midline dari kaki yang lain

adduktor longus dan magnus bekerja

aktif .

2.a. Adduktor longus dan magnus mengon-

trol adanya lateral shift, dan menambah

stabilitas.

Fase Mengayun (Swing phase)

1. Pick-up (60 – 75 % dari siklus berjalan)

Fase ini merupakan fase awal dari swing, yang 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 ini menuntut terjadinya pengangkatan kaki dari tanah sebagai persiapan

untuk mencapai reach ke depan.

b. Keadaan yang terjadi dalam fase ini 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. Respon yang terjadi :

RESPONSE

TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL

70

Bab 7. Mekanikal Berjalan

1. Forward Progressiona. Satu tungkai (extremitas inferior)

terangkat untuk membentuk postural equinus yang sebenarnya.

b. Pada saat toe-off, kaki bagian poste-rior dan lateral menuju ke axis tubuh

2. Limb Length AdjustmentTungkai yang terayun menjadi memen-

dek untuk mengangkat jari-jari kaki dari

tanah.

1.a. Terjadi gerakan aktif fleksi hip (0 – 5o)

oleh kontraksi otot iliacus, sartorius,

dan tensor fascia latae.

Juga gerakan aktif fleksi knee (50o –

70o) oleh kontraksi otot biceps femoris

(caput brevis) dan sartorius.

1.b. Tungkai yang terayun dibawa kearah

midline oleh kontraksi otot adduktor

magnus.

2.a. Pelvis akan berotasi ke depan dari

posisinya pada maximum posterior.

2. Reach (75 – 100 % dari siklus berjalan)

Fase ini merupakan fase akhir dari 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 :

71

Bab 7. Mekanikal Berjalan

a. Pada fase ini menuntut adanya gerakan kaki ke depan untuk langkah berikutnya

dalam forward progression, dan siap untuk menerima berat tubuh yang maju ke

depan.

b. Keadaan yang terjadi dalam fase ini adalah :

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. Respon yang terjadi :

RESPONSE

TUGAS FUNGSIONAL BERJALAN AKTIVITAS ANATOMICAL

1. Forward Progressiona. Tungkai bergerak dengan cepat ke

depan untuk mencapai posisi Weight Acceptance sebelum garis berat tubuh sangat jauh dari tungkai yang menumpu sebagai stabilitas

b. Jari-jari kaki tetap dipertahankan tidak kontak dengan tanah.

2. Limb Length AdjustmentTungkai yang terayun menjadi meman-

jang

1.a. Dengan cepat terjadi extensi knee dari

posisinya pada 70o fleksi akibat adanya

relaksasi dari otot fleksor knee dan

efek pendulum.

Extensors knee (kelompok Vastus)

menjadi aktif pada akhir masa reach

untuk mempertahankan full extensi

knee.

Fleksi hip sedikit meningkat (30o) dan

dipertahankan oleh group adduktors.

1.b. Terjadi gerakan aktif dorsifleksi ankle.

72

Bab 7. Mekanikal Berjalan

2.a. Secara kontinu pelvis berotasi yang

diikuti dengan gerakan tungkai ke

depan. Pelvis juga drops kearah

adduksi tungkai.

73

Bab 7. Mekanikal Berjalan

D. GAYA FOOT-FLOOR

Gaya Foot-Floor adalah gaya yang dihasilkan oleh kaki dan bidang tumpuan selama

siklus berjalan.. Gaya ini merupakan gaya normal (FN), 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-Floor Force pada Weight Acceptance

Dalam fase ini, besarnya gaya normal terhadap permukaan kaki mulai dari 0 % yang

akan meningkat sejalan dengan bertambahnya 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-Floor Force pada Trunk Glide

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-Floor Force pada Push

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-Floor Force pada Balance Assistance

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. LATERAL SHIFT

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. VERTICAL DISPLACEMENT

Vertical Displacement adalah perpindahan atau perubahan garis berat tubuh (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 (F

atau 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). Gaya-

gaya 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 dari bagian tubuh yang bergerak

2. Massa moment inersia dari bagian tubuh tersebut ; massa moment inersia 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. Mengidentifikasi struktur-struktur anatomi yang terlibat dalam menghasilkan gaya ;

struktur-struktur yang terlibat adalah bagian tubuh yang bergerak dan otot-otot utama

(primemover) yang menghasilkan gerakan.

2. Tentukan percepatan angular dari bagian tubuh yang bergerak ; untuk menentukan

percepatan angular dari bagian tubuh maka seluruh gerakan dari bagian tubuh tersebut

dicatat secara photographic yaitu menggunakan sebuah cahaya stroboscopic dan 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. Tentukan massa moment inersia dari bagian tubuh yang bergerak ; untuk menentukan

massa moment inersia pada bagian tubuh yang menggerak, maka digunakan data

anthopometric.

4. Hitung torque yang bekerja disekitar sendi ; besarnya torque disekitar sendi sudah dapat

dihitung dengan menggunakan Hukum Newton II tentang gerakan yaitu 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 besarnya gaya otot utama yang menghasilkan percepatan pada 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. Hitunglah dengan menggunakan analisis statik, besarnya gaya reaksi sendi pada saat

tertentu.

A. DINAMIKA SHOULDER

Ada beberapa otot yang bekerja disekitar shoulder, dimana aksi otot tersebut mempunyai

3 aspek yaitu :

1. Karena glenohumeral joint mempunyai stabilitas yang kurang kuat, maka suatu otot

yang bekerja menghasilkan efek pada humerus harus bekerja bersama dengan otot-

otot 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. Eksistensi dari hubungan yang kompleks (clavicula, scapula & humerus), sehingga

ada suatu otot yang dapat menjangkau beberapa sendi dan menghasilkan efek pada

setiap sendi. Sebagai contoh, otot latissimus dorsi yang dapat menjangkau scapulotho-

racic artic. & glenohumeral joint.

75

Bab 8. Dinamika

3. Shoulder mempunyai ROM yang begitu besar sehingga beberapa otot mungkin

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,

subscapularis, upper & middle trapezius, serratus anterior, dan rhomboideus. 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

insersio otot tersebut. Sebagai contoh, kontraksi otot deltoid pars lateralis dapat

mengangkat humerus sepanjang axis humerus, tetapi tidak dapat menghasilkan gerakan

elevasi. Secara esensial, elevasi tidak akan terjadi karena garis aksi otot tersebut adalah

paralel terhadap axis humerus. Tetapi karena adanya fungsi kapsul sendi, lig.

Coracohumeral, dan otot-otot rotator cuff, maka terjadi aproksimasi pada origo dan

insersio otot deltoid sehingga menghasilkan gerakan elevasi.

Otot-otot rotator cuff adalah unik, karena selain menghasilkan gerakan pada 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

dapat dilihat aktivitas electromyography dari otot deltoid, pectoralis major 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. DINAMIKA ELBOW

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 tersebut di atas mempunyai aksi yang berbeda-beda bergantung dari 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

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.

77

Bab 8. Dinamika

Pauly et al. (1967) telah melakukan study electromyography pada otot anconeus dan

menyimpulkan bahwa otot tersebut bekerja aktif pada awal extensi elbow,

mempertahankan extensi dan menstabilisasi elbow selama gerakan-gerakan yang

melibatkan extremitas superior. Sebagai contoh, kontraksi yang aktif pada otot

anconeus selama gerakan fleksi – extensi jari-jari tangan yang kuat. Otot-otot lain

disekitar elbow seperti biceps brachii, brachioradialis, dan triceps brachii, juga

berpartisipasi dalam stabilisasi elbow. Currier (1972) telah menggunakan 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

quadratus merupakan otot yang efektif dalam segala posisi baik fleksi 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. DINAMIKA HIP

Selama level berjalan, terjadi gerakan pada hip joint dengan ROM yang bervariasi.

Murray (1967) menggunakan electrogoniometer untuk mengukur ROM hip pada bidang

gerak sagital selama level berjalan. Dari hasil pengukuran ditemukan bahwa 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 heel-

off. (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

berat dan tinggi yang sama tetapi usia yang beragam antara 20 – 87 tahun 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 bidang gerak selama AKS

No. Aktivitas Bidang Gerak Nilai ROM

yang tercatat

80

Bab 8. Dinamika

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Mengikat sepatu dengan kaki di atas lantai

Mengikat sepatu dengan kaki menyilang di

atas paha

Duduk di atas kursi kemudian naik dari kursi

Berhenti berjalan untuk mengambil sesuatu

dari lantai

Squat / jongkok

Menaiki tangga

Sagital

Frontal

Transversal

Sagital

Frontal

Transversal

Sagital

Frontal

Transversal

Sagital

Frontal

Transversal

Sagital

Frontal

Transversal

Sagital

Frontal

124o

19o

15o

110o

23o

33o

104o

20o

17o

117o

21o

18o

122o

28o

26o

67o

16o

81

Bab 8. Dinamika

7. Menuruni tangga

Transversal

Sagital

18o

36o

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 maksimal pada laki-laki terjadi selama stance phase ketika abduktors 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 BB. Sementara pada wanita, rendahnya gaya reaksi sendi mungkin 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 menggunakan kedua elbow dan tumitnya untuk mengangkat pantat dan hipnya di

atas depan (untuk BAB/BAK). Gaya ini dapat berkurang secara drastis jika pasien

menggunakan rekstok gantung (suspension) sebagai bantuan bagi tangan untuk

82

Bab 8. Dinamika

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

dioperasi, menunjukkan adanya penurunan gaya reaksi sendi pada hip joint karena

penggunaan support tersebut dapat menurunkan besarnya kontraksi abduktors hip.

D. DINAMIKA 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

Levens et al. (1948) juga mengukur ROM tibiofemoral joint pada bidang gerak

transversal selama siklus berjalan, dengan menggunakan teknik photographic 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 rata-

rata 8,6o. Sedangkan menurut Kettelkamp et al. (1970) yang menggunakan

electrogoniometer pada 22 orang coba, menemukan bahwa besarnya rotasi selama siklus

berjalan sedikit lebih besar daripada penemuan Levens et al. Dia juga menemukan bahwa

external rotasi terjadi selama extensi knee pada saat stance phase dan mencapai

puncaknya pada akhir swing phase tepat sebelum heel strike, dan internal rotasi terjadi

selama fleksi knee pada saat swing phase.

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. Jenis Aktivitas Nilai ROM dari extensi knee

Sampai fleksi knee

1.

2.

3.

Berjalan

Naik Tangga

Turun Tangga

0 – 67o

0 – 83o

0 – 90o

82

Bab 8. Dinamika

4.

5.

6.

Duduk dibawah

Mengikat sepatu

Mengangkat suatu obyek

0 – 93o

0 – 106o

0 – 117o

Gangguan internal pada tibiofemoral joint dapat mengganggu terjadinya 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 screw-

home dapat digunakan Helfet test. Tes ini dilakukan dalam posisi duduk dengan kaki

terjuntai (high sitting). Kemudian tepi medial dan lateral patella diberi tanda, lalu

tuberositas tibia dan midline (garis tengah) patella diberi tanda garis, dan diperiksa

apakah sejajar atau tidak antara tuberositas tibia dengan patella. Kemudian 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 external rotasi tibia selama extensi karena adanya perubahan gerakan 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

bersendi dengan patella, sedangkan di atas 90o fleksi, patella akan berotasi kearah

external sehingga hanya facet medial femur yang bersendi dengan patella. Sebaliknya

83

Bab 8. Dinamika

gerakan kearah extensi penuh akan menyebabkan patella slide kearah cranial (kembali ke

posisinya semula).

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, dimana bervariasi pada setiap 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 knee normal, gaya reaksi sendi disanggah oleh meniskus dan cartilago sendi.

Penelitian Sedhom et al. (1974) yang memeriksa distribusi stress pada knee dengan dan

tanpa meniskus pada in vitro, menunjukkan bahwa dalam kondisi 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 yang tinggi dalam waktu yang lama pada area kontak yang kecil

akan berbahaya bagi cartilago (terjadi kerobekan), dimana akan terbentuk fibril didalam

area tersebut.

84

Bab 8. Dinamika

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

knee selama siklus berjalan. Dia menemukan bahwa lig. Cruciatum 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 gerakan extensi knee dengan memanjangkan lever arm quadriceps femoris

pada seluruh ROM-nya.

2. Memberikan distribusi yang lebih baik terhadap beban stress 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 patella memberikan kontribusi sekitar 10 % dari total panjang 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 joint. Gaya tersebut sangat dipengaruhi oleh besarnya derajat 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 mencapai ½ BB, yang terjadi selama middle stance phase karena 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

fleksi knee maka gaya reaksi sendi semakin tinggi dibandingkan dengan gaya otot

quadriceps (gbr. 8.7).

Bagi pasien yang mengalami gangguan pada patellofemoral joint akan merasakan nyeri

yang hebat ketika melakukan aktivitas yang memerlukan derajat 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. DINAMIKA ANKLE

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 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

menurun dengan pola berjalan yang cepat (60 langkah/menit). Sedangkan ROM

dorsifleksi, secara esensial tidak berubah.

Bagi pasien-pasien yang mengalami gangguan pada ankle joint, menurut Sammarco et al.

(1973) menunjukkan penurunan ROM pada bidang gerak sagital selama berjalan.

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 orang normal, gaya kompressi pada ankle joint dihasilkan oleh kontraksi otot

gastrocnemius dan soleus yang ditransmisikan melalui tendon achilles. Gaya tersebut

hanya bekerja selama stance phase, dimana pada awal stance phase mencapai gaya

sebesar 20% BB. Sedangkan pada akhir stance phase, ketika gaya tendon achilles

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)

Beberapa pasien kondisi ankle menunjukkan bahwa gaya kompressi sendi menurun

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 penumpuan berat badan dan besarnya beban maksimum. Ramsey & Hamilton

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 kondisi ini tidak dikoreksi (diterapi) maka dapat menyebabkan perubahan

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

BIOMEKANIK TULANG

Tulang bertanggung jawab terhadap 2 fungsi mekanikal penting bagi manusia.

Pertama, tulang memberikan kerangka skeletal yang kaku untuk menyanggah 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. Komposisi dan Struktur Jaringan Tulang

Kandungan unsur/bahan dan organisasi struktural dari tulang dapat mempengaruhi

cara tulang merespon adanya beban mekanikal. Komposisi dan struktur tulang

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 tulang. Mineral-mineral tersebut memberikan kekakuan pada

tulang dan secara utama menentukan kekuatan kompressi tulang. Mineral-mineral

lainnya meliputi magnesium, sodium, dan fluoride, juga memiliki peran struktural vital

dan peran metabolik terhadap pertumbuhan dan perkembangan tulang. Collagen

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 mengangkut ion-ion mineral ke tulang dan dari tulang untuk penyimpanan dan

penggunaan berikutnya oleh jaringan tubuh ketika dibutuhkan.

88

88

Organisasi Struktural

Persentase relatif dari mineral tulang tidak hanya bervariasi pada setiap usia tetapi

juga pada tulang spesifik dari tubuh. Beberapa tulang lebih berpori-pori (mudah

menyerap) daripada tulang lainnya. Tulang yang lebih berpori-pori lebih kecil 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, sehingga jaringan tersebut disebut dengan tulang 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-laba dengan susunan vertikal dan horizontal mineral, dinamakan trabeculae,

membentuk sel-sel yang terisi dengan sumsum tulang dan lemak. Tulang kortikal

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

89

Porositas tulang merupakan hal yang menarik karena porositas tulang secara

langsung mempengaruhi karakteristik mekanikal dari jaringan. Dengan kandungan

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

kompressi) atau asimetris (bending/pembengkokan). Maka dari itu, kekuatan 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 yang memperlihatkan kekuatan dan kekakuan yang berbeda sebagai respon

90

90

terhadap gaya yang diaplikasikan dari arah yang berbeda-beda. Tulang 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, sternum dan costa. Tulang-tulang lainnya membentuk tambahan/pelengkap

tubuh atau appendicular skeleton. Tulang-tulang juga dikategorikan secara umum

menurut bentuk dan fungsinya.

Gambar 3. Pembagian sistem skeletal

91

91

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 yang luas untuk perlekatan otot dan ligamen. Tulang datar meliputi scapula,

sternum, costa, patella, dan

beberapa tulang tengkorak.

Tulang irregular (tidak

beraturan) memiliki bentuk-

bentuk yang berbeda untuk

memenuhi fungsi khusus pada

tubuh manusia (lihat gambar 4).

Sebagai contoh, vertebra

memiliki sebuah tulang,

terowongan proteksi untuk

spinal cord, memiliki beberapa

processus untuk perlekatan otot

dan tulang, dan menyanggah

berat dari bagian atas tubuh

sementara memungkinkan

gerakan trunk pada seluruh 3

bidang utama. Sacrum,

coccygeus, dan maxilla adalah

contoh lain dari tulang irregular.

Gambar 4. Contoh tulang pendek, tulang datar, tulang tidak beraturan, & tulang panjang

92

92

Tulang panjang membentuk kerangka dari appendicular skeleton (lihat gambar 4).

Appendicular skeleton terdiri dari tulang panjang, batang silindris yang kasar (juga

dinamakan dengan tubuh atau diaphysis) dari tulang cortical, dengan ujungnya 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. Pertumbuhan dan Perkembangan Tulang

Tulang mulai tumbuh pada awal perkembangan janin, dan secara kontinyu terjadi

perubahan komposisi dan struktur selama masa kehidupan. Beberapa perubahan tersebut

adalah pertumbuhan normal dan kematangan tulang.

Pertumbuhan Longitudinal

Pertumbuhan longitudinal dari tulang terjadi pada epiphysis atau dataran

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

93

Tabel 2. Perkiraan usia terjadinya penutupan/penyatuan epiphyseal

Regio (tulang) Usia (tahun)1. Columna Vertebralis2. Thoraks :

a. Sternum b. Costa

3. Extremitas Superiora. Claviculab. Scapula c. Humerus :

Caput menyatu dengan shaft Epicondylus lateral Epicondylus medial

d. Ulna Olecranon Ujung bawah

e. Radius Caput dan shaft Ujung bawah ke shaft

4. Extremitas Inferiora. Tulang pelvic

Rami inferior pubis dan ischium Acetabulum

b. Femur Trochanter major dan minor Caput femur Ujung bawah femur

c. Tibia Ujung atas tibia Ujung bawah tibia

d. Fibula Ujung atas Ujung bawah

25

2525

2515 – 17

2016 – 17

18

1620

18 – 19 20

7 – 8 20 – 25

181820

2018

2520

Pertumbuhan Circumferential

Tulang panjang akan tumbuh diameternya sepanjang masa kehidupan, meskipun

sebagian besar terjadi pertumbuhan tulang yang cepat sebelum usia dewasa. Lapisan

bagian dalam dari periosteum membentuk lapisan jaringan tulang baru yang konsentrik

(kearah pusat) pada puncak salah satu tulang. Pada saat yang sama, tulang akan

94

94

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 epiphyseal adalah lokasi pertumbuhan longitudinal pada tulang yang belum matang

Perubahan pada ukuran dan bentuk tulang tersebut adalah kerja dari sel-sel khusus

yang disebut dengan osteoblast dan osteoclast, dimana masing-masing 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 dengan usia, kemunduran yang progresif dari kepadatan tulang dan kekuatan

tulang pada laki-laki dan wanita akan mulai secepatnya pada awal usia 20-an. Hal ini

95

95

melibatkan suatu penurunan yang progresif pada sifat mekanikal dan kekuatan general

tulang, dengan meningkatnya penurunan substansi tulang dan meningkatnya porositas.

Tulang trabecular khususnya sering terkena, dengan terjadinya penanggalan dan

disintegrasi pada tulang trabeculae akan menganggu integritas struktur tulang dan

penurunan kekuatan tulang yang serius.

Gambar 6. Struktur tulang panjang

Perubahan-perubahan ini jauh lebih menonjol pada wanita daripada laki-laki. Pada

wanita terjadi penurunan utama pada volume dan kepadatan tulang kortikal dan

penurunan kepadatan tulang trabecular 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

perubahan yang sama terjadi pada laki-laki, tetapi laki-laki tidak signifikan

perubahannya sebelum usianya lebih tua. Wanita pada semua usia cenderung memiliki

tulang yang lebih kecil dan area tulang kortikal yang lebih kecil daripada laki-laki.

96

96

C. Sifat Tulang terhadap Bentuk Pembebanan Yang Beragam.

Stress adalah beban perunit area yang berkembang pada permukaan 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) Normal strain adalah besarnya deformasi yang dapat merubah panjang struktur

tersebut (memanjang).

4) Shear strain adalah besarnya deformasi angular yang terjadi pada struktur tersebut

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

97

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 beberapa gaya kecil yang arahnya menjauh dari permukaan struktur 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 cancellous. Sebagai contoh, fraktur pada basis metatarsal V yang berdekatan

dengan perlekatan tendon peroneus brevis dan fraktur pada calcaneus yang

berdekatan 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.

98

98

8. 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 (lihat gambar 9).

Dibawah beban kompresi maka struktur tulang akan memendek dan melebar.

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 abnormal dari otot – otot disekitarnya. Sebagai contoh, fraktur bilateral

subcapital pada neck femur yang terjadi selama electrical shock terapi, dimana

kontraksi otot-otot disekitar hip joint menghasilkan beban compresi pada caput femur

melawan acetabulum.

99

99

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 dalam bidang paralel terhadap beban yang teraplikasi (lihat gambar 11).

Ketika terjadi shear, akan menyebabkan deformasi structural secara internal dalam

pola angular, sudut siku-siku (900) menjadi tumpul atau akut.

Gambar 11. Beban Shear

100

100

Fraktur shear biasanya terlihat didalam tulang cancellous. Contohnya pada

fraktur condylus femur dan dataran tibia.

Stress yang terjadi pada tulang kortikal orang dewasa berbeda pada setiap

pembebanan (beban compresi, tensile dan shear). Tulang kortikal dewasa 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)

Bending terjadi ketika suatu beban diaplikasikan pada suatu 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

tersebut menghasilkan 2 momen gaya yang sama (lihat gambar 12a). 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 terfiksir. Pada saat bagian atas tibia bengkok ke depan, stress tensile dan

strain bekerja pada sisi posterior tulang, sedangkan stress compressi serta strain

bekerja pada sisi anterior.

101

101

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

paralel yang terjadi sama besarnya tetapi dalam arah yang berlawanan terhadap

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 pada knee joint yang dimanipulasi dengan cara yang salah selama

program rehabilitasi dapat menyebabkan fraktur femur yang dihasilkan oleh four

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. Pada saat momen bending teraplikasi pada femur, maka femur

mengalami kerusakan pada titik yang paling lemah – awalnya letak fraktur. Fraktur

yang dihasilkan oleh four point bending umumnya disebabkan oleh kecelakaan lalu

lintas (lihat gambar 13).

102

102

Gambar 13. Fraktur yang dihasilkan oleh Beban fout point bending

11. Torsion

Torsion terjadi ketika beban teraplikasi pada suatu struktur dalam pola yang

menyebabkan struktur tersebut terputar disekitar axis. Ketika struktur tersebut

mengalami beban torsion, maka stress shear didistribusi keseluruh struktur tersebut

(lihat gambar 13).

Gambar 13. Beban Torsion

103

103

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.

Gambar 14. Fraktur Torsion Pada Vertebra yang disertai dengan beban kompresi

12. Kombinasi Beban

Meskipun setiap bentuk beban telah dijelaskan secara terpisah, tetapi dalam

kehidupan sehari – hari tulang jarang terbebani hanya dalam satu bentuk.

Pembebanan tulang pada manusia adalah kompleks karena dua alasan utama :

struktur geometrik tulang yang tidak beraturan, dan secara konstant tulang

mengalami 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.

104

104

Secara relatif, stress shear yang tinggi terjadi pada bagian terakhir 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.

Stress shear yang terjadi adalah kecil pada seluruh langkah jogging, merupakan

beban torsion yang minimal. Beban torsion ini ditunjukkan dengan terjadinya

external dan internal rotasi tibia dalam pergantian pola langkah jogging.

Pemerikasaan klinis terhadap beberapa pola fraktur menunjukkan bahwa hanya

sedikit fraktur yang dihasilkan oleh satu bentuk pembebanan atau dua bentuk

pembebanan yang sama; dan paling banyak fraktur dihasilkan oleh kombinasi

beberapa bentuk pembebanan.

D. Pengaruh Aktivitas Otot Terhadap Distribusi Stress Dalam Tulang

Ketika tulang terbebani, kontraksi otot yang melekat pada tulang tersebut akan

mengubah distribusi stress dalam tulang. Kontraksi otot ini dapat menurunkan atau

mengeliminir stress tensile pada tulang dengan menghasilkan stress 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 yang tinggi dan dapat melindungi tibia dari kerusakan akibat tension. Kontraksi

otot ini mungkin menghasilkan stress compressi yang lebih tinggi pada permukaan

anterior tibia.

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

105

105

menetralisir stress tensile tersebut, dan akhirnya baik stress compressi maupun stress

tensile tidak bekerja pada cortex superior. Dengan demikian, kontraksi otot 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 fraktur khususnya dihasilkan oleh beban yang

tinggi dengan repetisi yang rendah atau beban yang relatif normal dengan 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

(Carter and Hayes, 1977). Pada test tersebut juga mengungkapkan bahwa tulang

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 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;

akibatnya otot-otot kurang mampu untuk menyimpan energi dan untuk menetralisir

beberapa stress yang terjadi pada tulang. Hal ini menghasilkan perubahan distribusi

stress dalam tulang yang secara abnormal menyebabkan beban tinggi pada tulang, dan

suatu fatique fraktur mungkin 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. Kerusakan pada sisi tensile akan menghasilkan keretakan

106

106

tulang secara tranversal, dan tulang tersebut dengan cepat bertambah retak menjadi

fraktur yang sempurna. Fatique fraktur pada sisi compressi terjadi lebih lambat; proses

remodeling lebih cepat dari proses fatique sehingga tulang tidak mungkin mengalami

fraktur yang sempurna. Teori kelelahan otot tersebut sebagai penyebab dari fatique

fraktur pada extremitas bawah dapat diuraikan pada skema berikut ini :

Exc yang berat

Kelelahan otot

Hilangnya kapasitas Perubahan pola berjalan penyimpanan energi

Pembebanan yang abnormal

Perubahan distribusi stress

Compressi yang tinggi Kombinasi Tension yang tinggi

Keretakan sel oblique 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.

Frankel Victor H., Margertha Nordin, Basic Biomechanics of The Skeletal System, Lea and Febiger, Philadelphia: 1982

BIOMEKANIK SENDI

107

107

Sendi-sendi pada tubuh manusia sangat menuntun kemampuan arah gerakan 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 dan tungkai bawah yang membolehkan untuk bergerak pada sendi tersebut.

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 ahli anatomi telah mengelompokkan sendi dalam beberapa hal yaitu

berdasarkan pada kompleksitas sendi, sejumlah axis yang terjadi, geometris sendi, atau

kapabiltas/ kemampuan gerakan. Dalam bab ini kami memfokuskan pada gerakan

manusia sehingga sistem klasifikasi sendi berdasarkan pada kapabilitas/kemampuan

gerakan yang terjadi.

Sendi-sendi Tak Bergerak (Immovable Joints)

1. Synarthroses (tak bergerak) : sendi-sendi fibrous ini dapat meminimalkan gaya yang

terjadi (shock absorber) tetapi memberikan sedikit atau tidak ada gerakan pada tulang

yang membentuk sendi.

a. Sutura : pada sendi ini, alur-alur yang tidak beraturan dari lapisan tulang saling

merapat membentuk sendi dan dihubungkan dengan kuat oleh serabut-serabut

yang bersambung dengan periosteum (lihat gambar 1). Serabut-serabut tersebut

mulai mengeras pada awal usia remaja dan pada akhirnya diganti dengan

sempurna oleh tulang. Sebagai contoh pada tubuh manusia adalah sutura

tengkorak.

b. Syndesmoses : pada sendi ini, jaringan fibrous yang padat mengikat tulang secara

bersamaan, memberikan gerakan yang sangat terbatas. Sebagai contoh adalah

coracoacromial, mid-radioulnar, mid-tibiofibular dan inferior tibiofibular joints.

108

108

Gambar 1. Struktur sutura kepala

Sendi-sendi yang Sedikit Bergerak

2. Amphiarthroses : sendi-sendi kartilaginous ini dapat meminimalkan gaya yang terjadi

dan memberikan lebih banyak gerakan daripada synarthrodial joint.

a. Synchondroses : pada sendi ini, tulang yang membentuk sendi dipertahankan

secara bersamaan oleh lapisan cartilago hyalin yang tipis. Sebagai contoh adalah

sternocostal joint dan epiphyseal plates (sebelum ossification/mengeras)

b. Symphyses : pada sendi ini, dataran cartilago hyalin yang tipis dipisahkan oleh

sebuah diskus fibrocartilago dari tulang. Sebagai contoh adalah sendi-sendi

vertebra dan symphisis pubis (lihat gambar 2).

Gambar 2. Contoh intervertebral joint dan symphisis pubisSendi-sendi yang Bebas Bergerak

109

109

3. Diarthroses atau synovial : pada sendi ini, permukaan tulang yang 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. Gliding (plane; arthrodial) : pada sendi ini, permukaan tulang 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 (ginglymus) : salah satu permukaan tulang yang membentuk sendi adalah

konveks dan permukaan tulang lainnya adalah konkaf. Ligamen collateral yang

kuat membatasi gerakan pada suatu bidang, seperti gerakan engsel. Sebagai

contoh adalah humeroulnar dan interphalangeal joints (lihat gambar 4).

c. Pivot (sekrup; trochoid) : pada sendi ini, rotasi terjadi disekitar salah satu axis.

Sebagai contoh adalah atlantoaxial joint, proksimal dan distal radioulnar joint

(lihat gambar 4).

110

110

d. Condyloid (ovoid/seperti telur; ellipsoidal) : salah satu permukaan tulang yang

membentuk sendi adalah berbentuk konveks ovular, dan permukaan tulang

lainnya adalah berbentuk konkaf dimana saling sebangun/bertautan. 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).

Gambar 4. Contoh-contoh Sendi Sinovial pada Tubuh Manusia

111

111

e. Saddle (sellar) : kedua permukaan tulang yang membentuk sendi adalah

berbentuk seperti tempat duduk pada pelana kuda. Kemampuan gerakan adalah

sama dengan condyloid joint, tetapi ROM gerakannya lebih besar. Sebagai

contoh adalah carpometacarpal joint pada ibu jari (lihat gambar 4).

f. Ball and socket (spheroidal) : pada sendi ini, permukaan tulang yang membentuk

sendi adalah saling sebangun antara konveks dan konkaf. Rotasi pada seluruh

bidang gerak (3 bidang gerak) dapat terjadi pada sendi ini. Sebagai contoh adalah

hip dan shoulder joint (lihat gambar 4).

Sendi sinovial sangat beragam strukturnya dan kemampuan gerakannya. Sendi-

sendi sinovial umumnya dikelompokkan sesuai dengan jumlah axis rotasi yang

terjadi. Sendi-sendi yang memberikan gerakan sekitar satu, dua, dan tiga axis 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 pembungkus tendon. Bursa adalah kapsul yang kecil, berbatasan dengan

membran sinovial dan terisi dengan cairan sinovial, dan merupakan struktur bantalan

yang terpisah dengan sendi. Sebagian besar bursa memisahkan (memberi jarak)

tendon dari tulang, mengurangi gaya friksi pada tendon selama gerakan sendi.

Beberapa bursa seperti bursa olecranon elbow yang memisahkan tulang dari kulit.

Pembungkus tendon merupakan struktur sinovial yang berlapis ganda, yang

mengelilingi tendon yang terletak sangat dekat dengan tulang. Beberapa tendon otot

yang panjang yang melewati wrist dan sendi jari-jari tangan terlindungi 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

112

112

tubuh manusia, tipe khusus yang padat dengan jaringan konektif putih 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 tulang-

tulang pembentuk sendi dengan meminimalkan gaya friksi dan keausan.

Cartilago sendi adalah jaringan lunak, berpori-pori (porous), dan permeabel

yang dapat mengeluarkan cairan. Cartilago sendi dapat mengalami deformasi

(kelainan bentuk) dibawah pembebanan, dan meneteskan/memancarkan cairan

sinovial. Pada sendi sinovial yang sehat, ujung tulang yang membentuk sendi

ditutup/dilapisi dengan cartilago sendi sehingga gerakan salah satu ujung tulang

terhadap tulang lainnya secara khas disertai dengan aliran cairan sinovial 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 lubrikasi) yang dapat terbentuk dibawah pembebanan.

Cartilago dapat mengurangi stress kontak maksimum yang 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 oleh skateboard diatas es/salju dibawah beban

yang sama, dan hanya ½ dari penumpuan yang dilumasi/diminyaki.

c. Komposisi cartilago sendi

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 (lihat gambar 5).

113

113

Gambar 5. Komposisi Cartilago Sendi

d. Sifat biomekanik cartilago sendi

Sifat biomekanis dari cartilago sendi hanya dapat dipahami berdasarkan

sifat-sifat material jaringan tersebut dan interaksi yang terjadi selama

pembebanan. Yang menentukan sifat material jaringan tersebut adalah solid

matriks (collagen dan proteoglycan) dan interstitial water (kandungan air dalam

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.

114

114

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 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 2 cara mekanikal untuk mengalirkan cairan melalui media yang

berporous seperti cartilago sendi (Mow and Torzilli, 1975) yakni :

1) Cairan dapat dipaksa mengalir melalui solid matriks yang berporous

dengan cara mengaplikasikan tekanan gradient yang tinggi yakni tekanan

pada sisi atas cartilago lebih besar daripada tekanan pada sisi bawah

cartilago (lihat gambar 6).

Gambar 6. Hukum Darcy tentang mekanisme aliran cairan melalui cartilago

115

115

2) Jika cartilago sendi berada dibawah balok kaku yang berporous,

kemudian dilakukan kompresi maka cairan akan mengalir juga. Dalam

keadaan ini, gerakan cairan disebabkan oleh compressi yang

menghasilkan peningkatan tekanan secara lokal, dan menghasilkan gaya

yang menyebabkan eksudasi cairan dari jaringan tersebut (lihat gambar

6).

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 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 kondisi patologis maka continuitas dari

solid matriks (collagen dan proteoglycan) menjadi 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

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 deformasi jaringan akan terus meningkat pada saat cairan tertekan

keluar.

116

116

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 padat (Bowden and Tabor, 1967). Secara relatif, selama gerakan

terjadi maka permukaan komponen-komponen yang menumpu dilindungi

oleh molekul-molekul lubricant yang 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

dimana kemampuan peminyakannya tidak bergantung pada viscositas

(kekentalan) cairan sinovial. Hal ini memungkinkan terjadinya absorbsi

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

kemungkinan fluid film lubrication sangat diperlukan oleh sendi dalam

kondisi tersebut. Dalam fluid film lubrication, lapisan peminyakannya jauh

lebih tebal daripada ukuran molekul peminyakan boundary lubrication

sehingga menyebabkan pemisahan yang relatif besar dari kedua permukaan

tumpuan. Kapasitas penumpuan beban dari cairan tersebut dapat melalui 3

mekanisme, yaitu :

1) Mekanisme hydrostatik lubrication : Mekanisme ini terjadi ketika tidak

ada gerakan slide dari permukaan tumpuan (cartilago sendi) sehingga

tekanan didalam fluid film dapat dibangkitkan oleh tekanan external

melalui mekanisme hydrostatik lubrication (lihat gambar 7).

2) Mekanisme hydrodinamik lubrication : Mekanisme ini terjadi ketika

permukaan tumpuan bergerak secara tangensial terhadap permukaan

tumpuan lawanannya dan membentuk convergensi pada tepi cairan

117

117

sehingga tekanan tersebut dapat dibangkitkan oleh viskositas cairan yang

menyebabkan cairan terserap ke dalam celah diantara kedua permukaan

tersebut (lihat gambar 7).

3) Mekanisme squeeze film lubrication : Mekanisme ini terjadi 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

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 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 (lihat gambar 7).

Gambar 7. Kapasitas suatu cairan atau lubrikasi dalam pembebaban. A. Mekanisme hidrostatik lubrikasi, B. Mekanisme hidrodinamik lubrikasi, dan C. Mekanisme tekanan film lubrikasi.

Kerusakan / kelelahan (Wear)

Kerusakan adalah terjadinya pelepasan material dari permukaan solid oleh

karena adanya aksi mekanikal. Kerusakan tersebut dapat dibagi kedalam 2

komponen, yakni :

118

118

1) Kerusakan interfacial yang terjadi akibat adanya interaksi dari permukaan

tumpuan.

2) Kerusakan fatigue yang terjadi akibat adanya deformasi dari body kontak

(permukaan sendi).

Jika kedua permukaan tumpuan terjadi kontak maka kerusakan

interfacial dapat terjadi, oleh adanya adhesif atau abrasi (luka lecet).

Kerusakan adhesif dapat terjadi jika kedua permukaan solid mengalami

kontak yang lebih kuat daripada material yang terletak di bawahnya.

Kemudian akan muncul fragmen-fragmen, 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 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

keadaan ini, tahanan terhadap gerakan cairan akan berkurang, yang

memungkinkan cairan bocor keluar dari fluid film melalui permukaan

cartilago sehingga terpecah di atas permukaan. Hilangnya cairan akan

meningkatkan kemungkinan kontak yang tajam pada permukaan solid

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 periodik. Kerusakan fatigue terjadi karena adanya akumulasi dari

kerusakan material secara mikroskopik ketika terjadi stress secara berulang-

kali. Meskipun besarnya stress yang 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

119

119

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.

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.

Stress yang berulang pada matriks collagen/proteoglycan akan menyebabkan

kerusakan pada :

1) Serabut collagen

2) Jaringan makromolekul proteoglycan, atau

3) Interface (ruang) antara serabut-serabut dan matriks interfibrillar.

Dari sebagian besar hipotesis yang populer, salah satu hipothesis

menyatakan bahwa kelelahan cartilago disebabkan oleh kerusakan akibat

beban tension pada kerangka serabut collagen. Begitu pula, semakin

bertambah usia dan adanya penyakit sebelumnya dapat menyebabkan

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

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. Kadang-kadang, lapisan cartilago mengalami lebih banyak erosi

120

120

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 self lubrikasi dari cartilago mengalami kerusakan. Proses ini

mempercepat kerusakan interfasial dan terjadi kelelahan cartilago yang telah

merusak matriks collagen/proteoglycan.

e. 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. Suatu hipotesis menyatakan bahwa

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

terjadi pada sendi dan bagaimana beban tersebut didistribusikan di atas area

kontak (besarnya konsentrasi stress terjadi pada area kontak). Ada sejumlah

kondisi yang banyak menyebabkan konsentrasi stress berlebihan dan

menyebabkan kerusakan cartilago. Sebagian besar disebabkan oleh beberapa

jenis sendi yang tidak kongruen sehingga menghasilkan secara abnormal area

kontak yang kecil. Sebagai contoh, osteoarthrosis yang disebabkan oleh

congenital acetabular displasia, capital femur epifisis 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 peningkatan beban total dan peningkatan

konsentrasi stress akibat articulatio sendi yang abnormal.

121

121

Secara makroskopik, konsentrasi stress mempunyai efek yang lebih besar.

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. Osteoarthrosis juga dapat terjadi

secara sekunder akibat kelainan molekul-molekul intrinsik dan struktur

mikroskopik dari matriks collagen/proteoglycan. 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

beragam, dan kemungkinan juga degradasi cartilago (penurunan 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 beberapa sendi, fibrocartilago sendi bisa dalam bentuk diskus

fibrocartilaginous atau parsial diskus yang dikenal sebagai meniskus, yang juga

terdapat diantara tulang pembentuk sendi. Diskus intervertebralis dan meniskus knee

joint adalah contoh fibrocartilago sendi. Diskus intervertebralis berperan sebagai

bantalan diantara vertebra, mengurangi level/tingkat stress dengan menyebarkan

beban yang terjadi. Meskipun fungsi diskus dan meniskus tidak jelas, tetapi

memungkinkan memiliki peran sebagai berikut :

1. Mendistribusikan berbagai beban diatas permukaan sendi

2. Memperbaikin kesesuaian/kecocokan dari permukaan sendi.

3. Membatasi translasi atau slip salah satu tulang dengan tulang lainnya.

4. Melindungi perifer (tepi) sendi.

122

122

5. Lubrikasi (pelumasan)

6. Shock absorpsi

Jaringan Penyambung (konnektif) Sendi

Tendon yang menghubungkan otot ke tulang, dan ligamen yang

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

distretching (diregangkan), kecuali jaringan tersebut diregang melampaui batas

elastiknya. Suatu tendon atau ligamen yang mengalami peregangan (stretch)

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

menunjukkan bahwa latihan yang teratur dalam jangka waktu yang lama dapat

menghasilkan peningkatan ukuran dan kekuatan pada tendon dan ligamen, serta

peningkatan kekuatan hubungan antara tendon dan tulang atau antara ligamen dan

tulang.

Fakta (Evidence) juga menunjukkan bahwa ukuran ligamen seperti ligamen

cruciatum anterior adalah proporsi dengan kekuatan antagonisnya (dalam hal ini

adalah otot quadriceps). Tendon dan ligamen tidak dapat hanya mengalami

penyembuhan setelah ruptur, tetapi pada beberapa kasus/kondisi akan mengalami

regenerasi secara keseluruhan, seperti dalam fakta (evidence) terjadi regenerasi

sempurna pada tendon semitendinosus setelah tindakan pelepasan secara bedah untuk

memperbaiki ruptur ligamen cruciatum anterior.

123

123

B. Stabilitas Sendi

Stabilitas suatu sendi adalah kemampuan sendi untuk menahan terjadinya

dislokasi. Secara spesifik, stabilitas sendi adalah kemampuan sendi untuk menahan

pergeseran salah satu tulang terhadap tulang lainnya, sambil mencegah injury pada

ligamen, otot, tendon otot disekitar sendi. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi

stabilitas sendi :

1. Bentuk permukaan tulang pembentuk sendi

Pada beberapa sendi mekanikal, bagian-bagian yang membentuk sendi selalu

dalam bentuk yang berlawanan sehingga saling cocok satu sama lain dengan kuat

(lihat gambar 8). Pada tubuh manusia, ujung tulang pembentuk sendi biasanya

perpaduan antara permukaan konveks dan konkaf.

Gambar 8. Beberapa bentuk permukaan sendi

Meskipun sebagian besar sendi memiliki bentuk permukaan sendi 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

sebagai close-packed position, dan dalam posisi ini stabilitas sendi biasanya sangat

besar. Suatu gerakan tulang pada sendi yang menjauhi dari close-packed position

menghasilkan suatu posisi yang dikenal sebagai 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.

124

124

Beberapa permukaan sendi memiliki bentuk yang berbeda-beda sehingga

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 atau kurang stabil). Sebagai contoh, acetabulum memberikan socket 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

diameter vertikal sekitar 75% dari diameter vertikal caput humeri dan diameter

horizontal yang 60% dari ukuran caput humeri. Olah karena itu, area kontak antara

kedua tulang tersebut relatif kecil sehingga memberikan kontribusi terhadap

instabilitas relatif pada shoulder kompleks. Ditemukan adanya variasi anatomikal

dalam bentuk dan ukuran permukaan tulang pembentuk sendi diantara beberapa

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

sendinya terutama tidak stabil, namun ketegangan ligamen dan otot dapat

memberikan kontribusi secara signifikan terhadap stabilitas sendi dengan membantu

mempertahankan ujung tulang pembentuk sendi secara bersama-sama. Jika jaringan

otot lemah akibat disuse (inaktivitas) atau ligamen laxity akibat overstretch

(peregangan berlebihan), maka stabilitas sendi akan menurun. Ligamen dan otot yang

kuat seringkali dapat meningkatkan stabilitas sendi. Sebagai contoh, latihan

penguatan (strengthening) pada group otot quadriceps dan hamstring dapat

meningkatkan stabilitas knee joint. Susunan yang kompleks dari ligamen dan tendon

yang membungkus knee dapat dilihat pada gambar 9.

Sudut perlekatan sebagian besar tendon pada tulang tersusun sedemikian rupa

sehingga ketika otot menghasilkan ketegangan maka ujung tulang pembentuk sendi

akan tertarik saling merapat satu sama lain, hal ini akan meningkatkan stabilitas

sendi. Keadaan ini biasanya ditemukan ketika otot sisi lawanannya (antagonis)

125

125

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

cukup untuk melindungi ligamen cruciatum dari peregangan (stretch) yang

melampaui batas elastiknya.

Gambar 9. Susunan ligamen dan tendon yang membungkus knee joint

3. Jaringan penyambung lainnya (connective tissue).

Jaringan penyambung fibrous yang berwarna putih dikenal sebagai fascia.

Fascia mengelilingi atau membungkus otot dan bundel serabut otot didalam otot,

memberikan proteksi dan support. Suatu fascia yang sangat kuat atau traktus 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.

126

126

Gambar 10. Traktus Iliotibial band pada sisil lateral knee

C. Fleksibilitas Sendi

Fleksibilitas sendi merupakan istilah yang digunakan untuk menggambarkan range

of motion (ROM) yang terjadi pada setiap bidang gerak pada sebuah sendi. Statik

fleksibilitas menunjukkan suatu ROM yang ada ketika segmen tubuh secara 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 fleksibilitas merupakan indikator yang baik untuk relatif

tightness atau laxitas sendi, dimana implikasi untuk potensial injury. Namun demikian,

dinamik fleksibilitas harus cukup atau tidak membatasi ROM yang dibutuhkan untuk

127

127

aktivitas kegiatan sehari (ADL), kerja, atau aktivitas olahraga. Penelitian menunjukkan

bahwa kedua komponen fleksibilitas ini adalah independen satu sama lain.

Meskipun fleksibilitas secara umum seringkali dibandingkan, secara aktual

fleksibilitas merupakan spesifik sendi. Hal ini menunjukkan bahwa jumlah atau besarnya

fleksibilitas yang luas pada salah satu sendi tidak menjamin terjadi derajat fleksibilitas

yang sama pada seluruh sendi.

Pengukuran ROM Sendi

ROM sendi dapat diukur secara langsung dalam unit derajat. Pada posisi

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) diukur sebagai ROM hiperekstensi. Alat

yang digunakan untuk mengukur ROM sendi dapat dilihat pada gambar 12.

Gambar 11. Gerakan fleksi hip dengan ROM yang dicapai

128

128

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Fleksibilitas Sendi

Faktor-faktor yang berbeda dapat mempengaruhi fleksibilitas sendi. Bentuk

permukaan tulang pembentuk sendi dan keterlibatan otot atau jaringan lemak 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

bagian anterior lengan dapat membatasi gerakan fleksi elbow. Beberapa atlit pada

olahraga asimetris secara bilateral seperti tennis mungkin memiliki ROM yang kurang

pada lengan yang dominan daripada lengan yang nondominan di glenohumeral joint

shoulder.

Gambar 12. Alat ukur goniometer, elektrogoniometer, dan Leighton flexometer digunakan untuk mengukur ROM

Fleksibilitas sendi utamanya merupakan fungsi relatif laxitas dan/atau extensibilitas

jaringan kolagen dan otot yang melewati sendi untuk sebagian besar populasi.

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.

129

129

Penelitian laboratorium menunjukkan bahwa extensibilitas jaringan kolagen sedikit

meningkat pada kenaikan temperatur. Meskipun penemuan ini menjelaskan 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 tension (ketegangan saat istirahat) pada otot 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 didahului oleh latihan warm-up, aplikasi panas superfisial, atau ultrasound,

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

130

BIOMEKANIK OTOT SKELETAL

Otot hanya merupakan jaringan yang mampu secara aktif mengembangkan

ketegangan (tension). Karakteristik ini memungkinkan otot skeletal atau otot lurik dapat

melakukan fungsi penting dalam mempertahankan postur tubuh tegak, menggerakkan

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-sifat Jaringan Otot

Ada 4 sifat jaringan otot yaitu ekstensibilitas, elastisitas, irritabilitas, dan

kemampuan mengembangkan ketegangan (tension). Sifat-sifat tersebut umumnya

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 ekstensibilitas dan elastisitas umumnya terdapat pada beberapa jaringan

biologis. Seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini, ekstensibilitas adalah

kemampuan terulur atau meningkatnya pemanjangan otot, dan elastisitas adalah

kemampuan otot untuk kembali ke panjang normal setelah diulur (distretch). Elastisitas

otot akan mengembalikan otot ke posisi pemanjangan istirahat normal (normal resting)

setelah mengalami penguluran dan memberikan transmisi ketegangan yang halus dari

otot ke tulang.

Sifat elastis otot digambarkan sebagai 2 komponen utama. Komponen elastis paralel

(PEC) ditunjukkan oleh membran otot, yang memberikan tahanan pada saat otot secara

pasif terulur (stretch). Komponen elastis seri (SEC) terdapat pada tendon, bekerja

sebagai pegas yang lentur untuk menyimpan energi elastis ketika otot yang tegang diulur

(distretch). Komponen-komponen elastisitas otot ini dinamakan demikian karena

membran otot dan tendon masing-masing paralel dengan serabut otot dan seri atau

131

131

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

kembali ke dalam bentuk semula. Ketika penguluran statik pada group otot seperti

hamstring dipertahankan selama jangka waktu tertentu, maka secara progresif otot akan

memanjang, dan meningkatkan ROM sendi. Demikian pula, setelah group otot tertentu

diulur (distretch), maka tidak akan kembali dengan segera ke posisi pemanjangan

istirahat (resting length), tetapi secara bertahap akan memendek selama jangka waktu

tertentu. Respon viskoelastik ini pada otot tidak bergantung pada jenis kelamin

(independent).

Irritabilitas dan Kemampuan Mengembangkan Ketegangan

Sifat karakteristik otot lainnya adalah irritabilitas. Irritabilitas adalah kemampuan

untuk merespon suatu stimulus. Stimulus yang mempengaruhi otot dapat berupa

elektrokimiawi seperti aksi potensial dari saraf yang mempersarafinya, atau 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

sifat karakteristik yang khas pada jaringan otot. Secara historis, perkembangan

ketegangan (tension) dari otot telah dikenal sebagai kontraksi, atau komponen kontraktil

dari fungsi otot. Kontraktilitas adalah kemampuan otot untuk memendek dari panjang

otot. Namun demikian, ketegangan pada suatu otot tidak mungkin menghasilkan

pemendekan otot (akan dibahas pada subbab berikutnya).

B. Organisasi Struktural Otot Skeletal

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

menelan dalam aktivitas. Ketika ketegangan berkembang pada suatu otot, maka

pertimbangan biomekanik seperti besarnya gaya yang dibangkitkan, kecepatan gaya

132

132

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.

Myofibril mengandung 2 tipe filamen protein yang susunannya menghasilkan

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 band tersebut, filamen-filamen protein dipertahankan dalam posisinya oleh

perlekatan pada Z line, yang melekat ke sarkolemma. Pada pusat A band terdapat H

zone, yang berisi hanya filamen myosin yang tebal.

133

133

Gambar 13. Struktur otot dan sel otot

134

134

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 saluran jaringan membran yang dikenal sebagai retikulum sarkoplasmik

adalah berhubungan dengan setiap serabut secara external. Secara internal, serabut

terbelah oleh terowongan kecil yang dinamakan dengan transverse tubule. Transverse

tubule berjalan secara sempurna melalui serabut dan hanya terbuka kearah external.

Retikulum sarkoplasmik dan transverse tubule merupakan saluran-saluran untuk

tranportasi mediator elektrokimiawi dari aktivasi otot. Beberapa lapisan jaringan

konektif/ penyambung memberikan superstruktur untuk struktur serabut otot. Setiap

membran serabut atau sarkolemma dikelilingi atau dibungkus oleh jaringan konektif tipis

yang dinamakan dengan endomysium. Serabut-serabut otot yang tergabung kedalam

fascicle dibungkus oleh jaringan konektif yang dikenal sebagai perimysium. Kelompok-

kelompok fascicle membentuk otot secara keseluruhan yang kemudian dibungkus/

dikelilingi oleh epimysium, yang berlanjut sampai dengan tendon otot.

Pada usia dewasa, terlihat sangat bervariasi panjang dan diameter serabut 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

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. Jumlah serabut yang sama yang nampak saat lahir akan dipertahankan

sepanjang kehidupannya, kecuali kadang-kadang hilang/menurun setelah injury.

Peningkatan ukuran otot setelah resistance training secara umum diyakini terjadi

peningkatan diameter serabut otot yang lebih besar daripada jumlah serabut otot. Namun

135

135

demikian, kemungkinan terjadi hiperplasia atau peningkatan jumlah serabut otot dapat

terjadi diantara beberapa individu sebagai respon terhadap program training.

Motor Unit

Serabut otot diorganisasi/diatur kedalam group fungsional dengan ukuran yang

berbeda-beda. Sejumlah serabut otot yang diinnervasi oleh susunan motor 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, bergantung pada tipe gerakan yang dihasilkan oleh otot tersebut. Gerakan-

gerakan 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.

Gambar 14. Motor Unit

136

136

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

sejumlah impuls saraf. Ketika impuls yang cukup dan cepat, mengaktivasi sebuah

serabut yang siap dalam keadaan tension (ketegangan), maka sumasi akan terjadi dan

tension secara progresif akan meningkat sampai tercapai nilai maksimum bagi serabut

tersebut. Sebuah serabut yang secara berulang diaktivasi agar supaya dapat

dipertahankan pada level tension maksimum selama waktu tertentu, hal ini dalam

keadaan tetanus. Ketegangan (tension) yang terjadi selama tetanus dapat mencapai

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

karakteristik yang berbeda-beda. Karena perbedaan ini memiliki implikasi langsung

terhadap fungsi otot, maka serabut otot merupakan hal yang menarik bagi para ilmuwan.

Serabut dari beberapa motor unit akan berkontraksi sampai mencapai ketegangan

(tension) maksimum yang lebih cepat daripada serabut lainnya setelah distimulasi.

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.

Perbedaan waktu puncak ketegangan tersebut disebabkan oleh adanya konsentrasi

myosin ATPase yang tinggi pada serabut FT. Serabut FT juga lebih besar diameternya

137

137

daripada serabut ST. Karena karakteristiknya, maka serabut FT biasanya lebih cepat

lelah daripada serabut ST. Meskipun keutuhan serabut FT dan ST dalam otot dapat

membangkitkan jumlah gaya puncak isometrik yang sama per area cross-sectional

(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 menjelaskan beberapa skema kategorisasi 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-twitch glycolytic (FG). Kategorisasi tambahan lainnya adalah 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

hanya digunakan untuk penyesuaian postural sehingga mengandung terutama serabut ST.

Sebaliknya, otot gastrocnemius dapat mengandung lebih banyak serabut FT daripada

serabut ST.

138

138

Tabel 3. Karakteristik Serabut Otot Skeletal

Karakteristik

Tipe ISlow-Twitch

Oxidative (SO)

Serabut Slow-Twitch

(ST)

Tipe IIaFast-TwitchOxidative

Glycolytic (FOG)Serabut

Fast-TwitchFatigue Resistant

(FFR)

Tipe IibFast-Twitch

Glycolytic (FG)Serabut

Fast-TwitchFast Fatigue

(FF)

Kecepatan kontraksi

Kelelahan

Diameter

Konsentrasi ATPase

Konsentrasi Mitokondria

Konsentrasi Enzym Glycolytic

Rendah

Rendah

Kecil

Rendah

Tinggi

Rendah

Cepat

Sedang

Sedang

Tinggi

Tinggi

Sedang

Cepat

Cepat

Besar

Tinggi

Rendah

Tinggi

Serabut FT merupakan kontributor yang penting untuk kesuksesan performa atlit

dalam suatu event/pertandingan yang memerlukan kecepatan, kontraksi otot yang sangat

kuat dan cepat (power), seperti lari cepat (sprint) dan melompat. Suatu

event/pertandingan yang membutuhkan endurance (daya tahan) seperti lari jarak jauh,

bersepeda, berenang memerlukan fungsi serabut ST yang lebih tahan lelah secara efektif.

Penggunaan biopsi otot yang dilakukan oleh para peneliti menunjukkan sangat

mendukung kesuksesan atlit pada event-event yang memerlukan strength (kekuatan) dan

power yang cenderung memiliki proporsi serabut FT yang tinggi, dan atlit-atlit yang

endurance tinggi biasanya secara abnormal memiliki proporsi serabut ST yang tinggi.

Meskipun penemuan ini menjelaskan bahwa program atletik training 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 kecepatan kontraksi dari serabut ST soleus yang dominan menjadi

20%. Namun demikian, peningkatan ini berkaitan dengan peningkatan konsentrasi

serabut ATPase yang lebih besar daripada peningkatan persentase serabut fast-twitch

139

139

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 genetik diberikan persentase serabut ST yang tinggi akan memilih olahraga

endurance (daya tahan). Namun demikian, distribusi tipe serabut otot pada atlit strength-

trained dan atlit endurance-trained tergolong dalam kisaran (range) komposisi tipe

serabut yang ditemukan pada beberapa orang tidak terlatih (untrained). Dalam populasi

umum distribusi komposisi FT versus ST nampak terlihat, dan sebagian besar orang

memiliki keseimbangan serabut FT dan ST, serta relatif persentase yang kecil orang-

orang 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

kelamin atau training. Suatu penelitian longitudinal terhadap 28 pelari jarak 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

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

menjelaskan bahwa otot skeletal dapat beradaptasi terhadap tuntutan perubahan

fungsional dengan menghasilkan perubahan pada phenotype genetik dari serabut

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

140

140

dapat menjadi hipotesis bahwa regenerasi otot setelah latihan dapat memberikan suatu

stimulus terhadap keterlibatan sel satelit dalam remodeling (perbaikan) otot 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. Orientasi serabut didalam otot dan susunannnya dimana serabut melekat pada

tendon sangat bervariasi diantara otot-otot pada tubuh manusia. Orientasi struktural ini

dapat mempengaruhi strength (kekuatan) kontraksi otot dan ROM yang dilalui oleh

group otot yang menggerakkan segmen tubuh.

Ada 2 kategori utama susunan serabut otot yaitu susunan serabut paralel dan

susunan serabut pennate. Meskipun terdapat sejumlah subkategori dari susunan serabut

paralel dan pennate, perbedaan antara 2 kategori utama tersebut cukup untuk

menjelaskan gambaran biomekanikalnya.

Pada susunan serabut paralel, orientasi serabut sangat paralel dengan 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

muscle belly. Begitu serabut memiliki spesialisasi struktural yang memberikan

interkoneksi dengan serabut didekatnya pada beberapa titik/lokasi sepanjang permukaan

serabut, hal ini memungkinkan pengiriman ketegangan (tension) ketika serabut

dirangsang.

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 dapat memperlihatkan lebih dari satu sudut pennation (sudut perlekatan) pada

sebuah tendon. Otot tibialis posterior, rectus femoris, dan otot deltoid memiliki susunan

serabut pennate.

Ketika ketegangan (tension) berkembang dalam otot yang berserabut paralel,

adanya pemendekan otot terutama dihasilkan dari pemendekan serabutnya. Ketika

serabut dari otot pennate memendek, maka serabut-serabutnya akan berotasi disekitar

141

141

perlekatan tendonnya atau perlekatannya, yang secara progresif meningkatkan sudut

pennation. Sebagaimana telah dijelaskan bahwa lebih besar sudut pennation, maka lebih

kecil jumlah gaya efektif yang ditransmisikan secara aktual ke tendon untuk

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 otot. Pelari cepat (sprinter) ditemukan memiliki otot tungkai dengan sudut

pennation lebih kecil dari sudut pennation pelari jarak jauh, dengan demikian sudut

pennation yang lebih kecil akan memberikan keuntungan yaitu kecepatan kontraksi

memendek yang lebih besar untuk menghasilkan kecepatan lari yang lebih tinggi.

Meskipun pennation menurunkan gaya efektif yang dibangkitkan pada level

ketegangan serabut, susunan ini memberikan kemasan lebih banyak serabut daripada

yang dibentuk kedalam otot longitudinal yang menempati space/ruang yang sama.

Karena otot pennate berisi lebih banyak serabut per unit volume otot, maka otot tersebut

dapat membangkitkan lebih besar gaya daripada otot dengan serabut paralel dalam

ukuran yang sama. Hal yang menarik adalah ketika otot mengalami hipertropi maka

secara bersamaan terjadi peningkatan angulasi (sudut) pada bagian serabut, dan bahkan

tidak adanya hipertropi, otot yang lebih tebal memiliki sudut pennation yang lebih besar.

Sebaliknya, susunan serabut paralel dapat memungkinkan pemendekan yang lebih

besar pada seluruh bundel otot daripada susunan serabut pennate. Otot-otot berserabut

paralel dapat menggerakkan segmen-segmen tubuh melalui ROM yang lebih luas

dibandingkan dengan otot-otot berserabut pennate. Suatu penelitian lanjut menjelaskan

bahwa terdapat perbedaan organisasi struktural regional dan perbedaan fungsional

regional didalam otot.

C. Fungsi Otot Skeletal

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 otot. Sebagaimana telah dijelaskan bahwa besarnya torque yang dibangkitkan

142

142

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. Recruitment (Perekrutan) Motor Unit

Sistem saraf pusat menggunakan sistem kontrol elaborasi yang memungkinkan

perpaduan kecepatan dan besarnya kontraksi otot untuk keperluan gerakan sehingga

gerakan yang dilakukan menjadi halus, enak, dan tepat. Neuron-neuron yang

menginnervasi motor unit ST secara umum memiliki nilai ambang rangsang yang

rendah dan relatif mudah diaktivasi, sedangkan motor unit FT disuplai oleh saraf-

saraf yang lebih sulit diaktivasi. Maka dari itu, serabut ST diaktivasi terlebih dahulu,

bahkan ketika terjadi gerakan ekstremitas yang cepat.

Pada saat diperlukan gaya, kecepatan, dan/atau durasi aktivitas 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 (FG). Didalam setiap tipe serabut, mudah mengalami aktivasi secara

berkelanjutan, dan sistem saraf pusat akan mengaktivasi secara selektif lebih banyak

motor unit atau sedikit motor unit.

Selama latihan intensitas rendah, sistem saraf pusat akan merekrut 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.

2. Perubahan panjang otot yang berkaitan dengan Perkembangan Tension

Ketika ketegangan otot menghasilkan torque yang lebih besar daripada torque

resistive pada sendi, maka otot akan berkontraksi memendek sehingga menyebabkan

suatu perubahan pada derajat sendi. Ketika otot berkontraksi memendek 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

143

143

dihasilkan oleh otot (dengan zero pada torque), maka panjang otot masih tidak

mengalami perubahan dan tidak ada gerakan yang terjadi pada sendi. Ketika

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 ketegangan, maka kontraksinya adalah 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/kontraksi eksentrik bekerja sebagai braking mechanism (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

meningkatnya kemampuan untuk mengembangkan ketegangan dibawah kontraksi

konsentrik, isometrik, dan eksentrik dapat tercapai dengan sangat baik melalui

training dengan masing-masing bentuk latihan yang sama.

3. Peran 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

144

144

terdapat perbedaan antara agonis primer dan agonis assistant (pembantu) sebagai

contoh, selama fleksi elbow, otot brachialis dan dan biceps brachii bekerja sebagai

agonis primer sedangkan brachioradialis, ekstensor carpi radialis 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. Selama fleksi elbow, ketika brachialis dan biceps brachii sebagai 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 akselerasi (percepatan) segmen tubuh, sedangkan antagonis secara utama

aktif selama deselerasi (perlambatan) atau negatif akselerasi. Sebagai contoh, ketika

seseorang berlari menuruni bukit maka otot quadriceps bekerja secara eksentrik

sebagai antagonis untuk mengontrol besarnya fleksi knee yang terjadi.

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

agonis menghasilkan ketegangan konsentrik. Sebagai contoh, jika suatu otot

menghasilkan gerak fleksi dan abduksi pada suatu sendi tetapi hanya fleksi yang

diinginkan, maka aksi neutralizer dapat mengeliminir gerak abduksi yang tidak

145

145

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

pectoralis major juga menghasilkan gerak horizontal adduksi, maka horizontal

abduktor seperti otot deltoid pars middle dan supraspinatus bekerja sebagai

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 Two-Joint dan Multijoint

Beberapa otot pada tubuh manusia dapat melewati 2 atau lebih sendi. Sebagai

contoh, biceps brachii, caput longum triceps brachii, hamstring, rectus femoris, dan

sejumlah otot-otot yang melewati wrist dan semua sendi jari-jari tangan. Semenjak

besarnya ketegangan yang ada pada beberapa otot adalah konstan sepanjang ROM

serta letak perlekatan tendon pada tulang, maka otot-otot tersebut dapat

mempengaruhi gerakan secara simultan pada kedua sendi atau semua sendi yang

dilewatinya. Efektifitas dari otot two-joint atau multijoint dalam menghasilkan

gerakan bergantung pada lokasi dan orientasi perlekatan otot yang relatif pada sendi,

adanya tightness (ketegangan yang berlebihan) atau laxity (kelenturan yang

berlebihan) pada unit musculotendinous, dan aksi otot lain yang melewati sendi.

Sedangkan otot one-joint menghasilkan gaya dalam arah yang segaris dengan

segmen tubuh, otot two-joint dapat menghasilkan gaya dengan komponen transversal

146

146

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 full ROM pada semua sendi yang dilewatinya secara simultan,

keterbatasan ini disebut dengan aktif insuffisiensi. Sebagai contoh, fleksor jari-jari

tangan tidak dapat menghasilkan kepalan tangan yang kuat ketika wrist 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, otot-

otot two-joint dan multijoint tidak dapat 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 Yang Mempengaruhi Gaya Otot

Besarnya gaya yang dibangkitkan oleh otot juga berkaitan dengan kecepatan otot

berkontraksi memendek, panjang otot ketika dirangsang (berkontraksi), dan jangka

waktu sejak otot menerima stimulus. Karena faktor-faktor tersebut adalah signifikan

dalam menentukan gaya otot maka secara mendetail akan dibahas dibawah ini.

1. Hubungan gaya dan kecepatan

Gaya maksimal dari suatu otot dapat dikembangkan melalui kecepatan

kontraksi memendek atau memanjang hubungannya dengan zona kontraksi

konsentrik dan eksentrik. Hubungan gaya-kecepatan ini pertama kali dijelaskan oleh

Hill (1938) tentang perkembangan kontraksi konsentrik pada otot. Karena

147

147

hubungannya hanya untuk otot yang aktif maksimal, maka aplikasinya bukan pada

aksi otot selama aktivitas kegiatan sehari-hari.

Menurut Hill, hubungan gaya-kecepatan tidak berimplikasi bahwa tidak

mungkin menggerakkan beban yang berat pada kecepatan yang tinggi. Otot yang

lebih kuat, adalah otot yang menghasilkan ketegangan isometrik maksimum yang

besar. Besarnya gaya maksimum dapat dibangkitkan oleh otot sebelum terjadi

pemanjangan otot ketika tahanan ditingkatkan. Bagaimanapun juga, bentuk kurva

gaya-kecepatan yang umum masih sama, kaitannya dengan besarnya ketegangan

isometrik maksimum.

Hubungan gaya-kecepatan juga tidak berimplikasi bahwa tidak mungkin

menggerakkan beban yang ringan pada kecepatan yang rendah. Sebagian besar,

aktivitas kegiatan sehari-hari memerlukan gerakan yang lambat dan terkontrol

dengan beban submaksimal. Dengan beban submaksimal, kecepatan kontraksi

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.

Hubungan gaya-kecepatan telah dites untuk otot skeletal, otot polos (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

kecepatan zero dan nilai maksimum dari kecepatan pada beban minimal adalah

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 maksimum. Bagaimanapun juga, pencapaian level gaya

yang tinggi nampak pada electrical stimulasi terhadap motor neuron. Gaya eksentrik

maksimal yang dihasilkan adalah sama dengan isometrik maksimum. Hal ini

memungkinkan karena sistem saraf memberikan inhibisi melalui jalur refleks untuk

melindungi injury otot dan tendon. Produksi gaya akan meningkat dibawah kondisi

148

148

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.

Secepatnya beban diangkat, maka otot mulai terjadi pemanjangan. Penelitian

menunjukkan bahwa tipe training ini lebih efektif daripada training konsentrik

didalam meningkatkan ukuran dan strength otot. Bagaimanapun juga, jika

dibandingkan training konsentrik dan isometrik, maka training eksentrik juga

berhubungan dengan meningkatnya nyeri otot dan kerusakan struktural.

2. Hubungan panjang otot dan ketegangan

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

keadaan stretch atau memendek). Ketika panjang otot meningkat atau menurun

melewati resting length, gaya maksimum otot dapat menghasilkan penurunan,

mengikuti bentuk kurva bell.

Didalam tubuh manusia, kapabilitas pembangkit gaya dapat meningkat 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

menambah ketegangan yang ada pada otot ketika otot terulur. Penelitian

menunjukkan bahwa latihan eksentrik dapat menghasilkan sedikit peningkatan dan

peningkatan yang sementara dalam panjang otot sehingga dapat mengganggu

perkembangan gaya ketika derajat sendi menyebabkan otot tidak cukup dalam posisi

stretch.

3. Siklus stretch-shortening

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

149

149

siklus stretch-shortening (SSC). Secara substansial, suatu otot dapat melakukan kerja

yang lebih besar ketika otot secara aktif terulur sebelum kontraksi memendek

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

pada kerja mekanikal juga berkurang ketika SSC ikut terlibat daripada tanpa

keterlibatan SSC.

E. Kekuatan (strength), daya ledak (power), dan daya tahan (endurance) otot

Dalam evaluasi praktis terhadap fungsi otot, karakteristik pembangkit gaya pada

otot telah dibahas dalam konsep strength, power, dan endurance otot. Karakteristik

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, mempertahankan strength dan endurance otot yang cukup adalah esensial untuk

melakukan aktivitas kegiatan sehari-hari dan menghindari injury.

Kekuatan (strength) otot

Ketika para ahli memotong suatu otot dari percobaan binatang dan memberikan

electrical stimulasi pada otot tersebut dalam laboratorium, mereka langsung dapat

mengukur gaya yang dibangkitkan oleh otot.

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.

150

150

Kapabiltas otot membangkitkan tension berkaitan dengan area cross-sectional otot

dan kondisi training yang diberikan. Kapabilitas pembangkit gaya per area cross-

sectional otot adalah sekitar 90 N/cm2. Dengan training strength konsentrik dan

eksentrik, perolehan strength diatas sekitar 12 minggu pertama kelihatannya

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 power adalah produk dari gaya dan kecepatan. Oleh karena itu, power

otot merupakan produk gaya otot dan kecepatan kontraksi memendek dari otot. Power

maksimum terjadi sekitar 1/3 kecepatan maksimum dan sekitar 1/3 gaya 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

diukur secara langsung pada tubuh mannusia, maka power otot secara umum

didefinisikan sebagai kecepatan produksi torque pada sendi, atau produk resultan

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 diperlukan sebagai pelempar terbaik, karena kemampuan untuk akselerasi

melempar peluru merupakan komponen utama dalam kesuksesan pertandingan.

Beberapa olahraga yang memerlukan gerakan dengan daya ledak yang tinggi, seperti atlit

151

151

angkat berat, pelempar, peloncat, dan atlit sprint (lari jarak pendek) didasarkan pada

kemampuan untuk membangkitkan power otot.

Semenjak serabut FT (fast-twitch) menghasilkan 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

tinggi. Setiap individu dengan komposisi serabut FT yang tinggi juga dapat

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 jangka waktu yang lama. Ketegangan/kontraksi dapat terjadi secara konstan,

sebagaimana ketika atlit gymnastik melakukan aksi melintasi besi secara berulang kali,

atau berputar-putar yang beragam, selama mendayung, berlari, dan bersepeda. 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

spesifik, daya tahan otot kurang dipahami dengan baik karena tuntutan gaya dan

kecepatan dalam aktivitas secara dramatis mempengaruhi panjangnya waktu yang dapat

dipertahankan.

Training untuk daya tahan otot secara khusus melibatkan sejumlah repetisi yang

besar melawan tahanan/beban yang relatif ringan. Tipe training ini tidak meningkatkan

diameter serabut otot.

152

152

BIOMEKANIK ELBOW DAN FOREARM (LENGAN BAWAH) KOMPLEKS

A. Bagian-bagian tulang yang membentuk Elbow dan Forearm Kompleks adalah os

humerus bagian distal, os radius dan ulna.

B. Sendi-sendi dan Gerakannya

1. Kapsul elbow joint membungkus 3 sendi, yaitu :

a. Humeroulnar joint, yang merupakan sendi utama untuk gerakan fleksi dan

ekstensi elbow.

b. Humeroradial joint, yang ikut bergerak saat gerakan fleksi dan ekstensi tetapi

sendi ini terutama mempengaruhi pronasi dan supinasi.

c. Proximal radioulnar joint, yang berpartisipasi dalam gerakan pronasi dan

supinasi.

2. Distal radioulnar joint

Secara struktural sendi ini terpisah dari elbow kompleks tetapi bergerak secara

simultan dengan proximal radioulnar joint sebagai suatu unit fungsional untuk

gerakan pronasi dan supinasi.

3. Karakteristik elbow joint

Elbow joint adalah sendi gabungan dengan kapsul sendi yang lentur/kendor,

distabilisasi oleh 2 ligamen utama yaitu ligamen collateral medial (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 atau ligamen Bardinet yang diperkuat oleh serabut transversal

dari ligamen Cooper. Sedangkan ligamen collateral lateral terdiri atas : serabut

anterior yang memperkuat ligamen annular kearah anterior, serabut intermediate

yang memperkuat ligamen annulare kearah posterior, dan serabut posterior. Kearah

anterior kapsul sendi diperkuat oleh ligamen anterior dan ligamen anterior oblique

serta kearah posterior diperkuat oleh serabut ligamen posterior.

153

153

a. Humeroulnar joint

1) Sendi ini merupakan modifikasi hinge joint. Kearah medial terdapat trochlea

humeri yang berbentuk hourglass pada ujung distal humerus dengan

permukaan konveks. Permukaan trochlea humeri menghadap ke anterior dan

bawah membentuk 45o dari shaft/corpus humerus. Fossa trochlearis yang

konkaf pada ujung proximal ulna menghadap ke atas dan anterior membentuk

45o dari ulna.

2) Diduga bahwa sulcus trochlearis terletak dalam bidang sagital tetapi dalam

fakta sulcus trochlearis terletak secara oblique dan bukan vertikal. Hal ini

bervariasi pada setiap orang. Pada umumnya bagian anterior sulcus nampak

vertikal dan bagian posterior sulcus nampak berjalan oblique kearah distal

lateral, sehingga pada saat ekstensi full terbentuk carrying angle pada lengan

(carrying angle normal = 15o).

3) Gerakan utama adalah fleksi dan ekstensi; fossa yang konkaf slide dalam arah

yang sama dengan gerakan ulna.

4) Pada gerakan fleksi - ekstensi terjadi juga sedikit slide ke medial dan lateral

untuk memberikan gerakan full ROM; hal 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 permukaan konveks,

sedangkan sulcus trochlearis adalah permukaan konkaf sehingga sliding ulna

dalam arah yang berlawanan dengan gerakan tulang.

Gerak Fisiologis ulna Arah slide ulna terhadap trochlea Fleksi Distal/anterior 45o

Varus angulasi Lateral Ekstensi Proximal/posterior 45o

Valgus angulasi Medial

b. Humeroradial joint

1) Sendi ini adalah hinge-pivot joint. Kearah lateral terdapat capitulum humeri

yang berbentuk bola pada ujung distal humerus dengan permukaan konveks.

Tulang pasangannya yang konkaf adalah caput radius pada ujung proksimal

radius.

154

154

2) Pada saat fleksi dan ekstensi elbow, caput radius yang konkaf akan slide

dalam arah yang sama dengan gerakan tulang. Saat gerakan pronasi dan

supinasi forearm (lengan bawah), caput radius akan mengalami spin terhadap

capitulum humeri.

Gerak fisiologis radius Arah slide radius terhadap capitulumFleksi AnteriorEkstensi Posterior

4. Karakteristik forearm (lengan bawah) joint

Baik proksimal radioulnar dan distal radioulnar joint adalah uniaxial pivot joint yang

berfungsi sebagai satu sendi untuk menghasilkan pronasi dan supinasi (rotasi)

forearm (lengan bawah).

a. Proksimal (superior) radioulnar joint

1) Sendi ini didalam kapsul elbow joint tetapi merupakan suatu sendi yang

berbeda. Sendi ini diperkuat oleh ligamen 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.

3) Cincin caput radius yang konveks bersendi dengan fossa radialis ulna yang

konkaf sehingga saat rotasi radius cincin caput radius yang konveks bergerak

dalam arah yang berlawanan dengan gerakan tulang.

Gerak fisiologis radius Arah slide proksimal radius terhadap ulnaPronasi Posterior (dorsal)Supinasi Anterior (volar

4) Saat rotasi caput radialis terjadi spin pada ligamen annularis dan berlawanan

arah dengan capitulum humeri.

b. Distal (inferior) radioulnar joint

1) Fossa ulnaris radius yang konkaf pada ujung distal radius bersendi dengan

bagian caput ulna yang konveks.

2) Saat gerakan fisiologis, permukaan sendi dari radius akan slide dalam arah

yang sama.

155

155

Gerak fisiologis radius Arah slide distal radius terhadap ulnaPronasi Anterior (volar)Supinasi Posterior (dorsal)

C. Fungsi Otot pada Elbow dan Forearm

1. Otot-otot Fleksor Elbow

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 supinator forearm (lengan bawah). Otot ini berfungsi paling efektif

sebagai fleksor elbow antara fleksi 80o dan 100o. Untuk menghasilkan hubungan

panjang otot - ketegangan otot yang optimal maka sebaiknya shoulder

diextensikan untuk memanjangkan otot biceps ketika otot tersebut berkontraksi

sangat kuat untuk fungsi elbow dan forearm (lengan bawah).

c. Brachioradialis

Saat insersionya dari elbow dengan jarak yang luas ke distal radius, 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 Ekstensor Elbow

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.

156

156

b. Anconeus

Otot ini menstabilisasi elbow selama supinasi dan pronasi serta membantu

gerakan ekstensi elbow.

3. Otot-otot supinator forearm

a. Biceps brachii

b. Supinator

Perlekatan proksimal dari otot supinator pada ligamen annular dan collateral

lateral dapat berfungsi untuk menstabilisasi aspek lateral dari elbow.

Efektifitasnya sebagai supinator tidak dipengaruhi oleh posisi elbow sebagaimana

biceps brachii.

4. Otot-otot pronator forearm

a. Pronator teres

Otot ini menghasilkan gerak pronasi serta menstabilisasi proksimal radioulnar

joint dan membantu humeroradialis joint.

b. Pronator quadratus

Pronator quadratus adalah otot one-joint dan bekerja aktif selama semua aktivitas

pronasi.

D. Otot-otot Wrist dan Tangan

Beberapa otot yang bekerja pada wrist dan tangan melekat pada bagian distal

(epicondylus) dari humerus. Otot-otot tersebut memberikan gerakan pada jari-jari dan

wrist, apakah forearm dalam posisi pronasi atau supinasi.

1. Yang berorigo pada epicondylus medial humeri adalah fleksor carpi radialis, fleksor

carpi ulnaris, palmaris longus, serta fleksor digitorum superfisialis dan profundus.

2. Yang berorigo pada epicondylus lateral humeri adalah ekstensor carpi radialis longus

dan brevis, ekstensor carpi ulnaris, dan ekstensor digitorum.

3. Otot-otot tersebut memberikan stabilitas pada elbow joint tetapi sedikit memberikan

kontribusi terhadap gerakan pada elbow. Posisi elbow akan mempengaruhi hubungan

panjang ketegangan dari otot selama aksi otot-otot tersebut pada wrist dan tangan.

157

157

E. Analisis gerak

1. Ada 2 permukaan sendi yang konkaf pada humeroulnar joint yaitu fossa coronoid

dan fossa olecranon. Kearah anterior processus coronoid akan masuk ke fossa

coronoid selama gerak fleksi, dan kearah posterior processus olecranon akan masuk

ke fossa olecranon selama gerak ekstensi. Kedua fossa tersebut 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 saat gerak ekstensi dihambat oleh kontak processus olecranon pada fossa

olecranon, ketegangan ligamen anterior sendi, stretch otot fleksor elbow. ROM

ekstensi 0o - 5o/10o.

3. Pada saat gerak fleksi aktif dihambat oleh pertemuan otot anterior lengan (biceps

brachii) dengan otot anterior lengan bawah, sedangkan gerak fleksi pasif terjadi

relaksasi otot sehingga lebih utama dihambat oleh kontak caput radii melawan fossa

radialis humeri dan processus coronoid melawan fossa coronoid 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 saat supinasi membran interosseous, kapsul ligamen bagian anterior dan

ligamen annulare menjadi tegang sehingga menghambat gerak tersebut.

5. Pada saat pronasi, secara mekanikal dibatasi oleh gerak radius yang menyilang diatas

ulna dan kontak melawan ulna.

F. Asas

158

158

BIOMEKANIK WRIST DAN TANGAN

A. Bagian-bagian Tulang

1. WristBagian-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 (tangan)Bagian-bagian tulang pada hand terdiri atas 5 tulang metacarpal dan 14 phalangeal yang membentuk tangan dan 5 jari-jari.

B. Sendi-sendi Wrist Kompleks dan Gerakannya

1. Wrist KompleksWrist 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. Radiocarpal jointa. Sendi ini terbungkus oleh kapsul yang lentur tapi kuat, diperkuat oleh ligamen-

ligamen yang juga memperkuat midcarpal joint. Ligamen yang memperkuat radiocarpal joint adalah ligamen collateral lateral (radial) dan medial (ulnar), serta ligamen anterior (memiliki 2 serabut yaitu serabut radiocarpal anterior dan serabut ulnocarpal anterior) dan posterior.

b. Permukaan sendi yang bikonkaf adalah ujung distal radius dan diskus radioulnar (diskus artikularis); permuakaan sendi ini menghadap sedikit kearah volar/palmar dan ulnar.

c. Permukaan sendi yang bikonveks adalah kombinasi permukaan proksimal dari scaphoid, lunatum dan triquetrum. Triquetrum secara utama bersendi dengan diskus. Tiga tulang carpal tersebut terikat secara bersamaan dengan sejumlah ligamen interosseous.

d. Saat terjadi gerakan-gerakan wrist, baris proksimal tulang carpal yang konveks akan slide dalam arah yang berlawanan dengan gerak fisiologis tangan.Gerak fisiologis wrist Arah slide dari carpal terhadap radius

atau diskusFleksi DorsalEkstensi VolarRadial deviasi Ulnar Ulnar deviasi Radial

e. Selama radial deviasi ligamen collateral medial menjadi tegang, dan selama ulnar deviasi ligamen collateral lateral menjadi tegang.

f. Selama gerak fleksi wrist ligamen posterior radiocarpal menjadi tegang, selama gerak ekstensi wrist ligamen anterior radiocarpal dan ulnocarpal menjadi tegang.

159

159

3. Midcarpal jointa. Sendi ini merupakan sendi gabungan antara 2 baris carpal. Sendi ini memiliki

kapsul yang juga bersambung dengan sendi-sendi intercarpal. Sendi ini diperkuat oleh ligamen interosseous dan ligamen-ligamen midcarpal yang berjalan dari baris proksimal ke distal.

b. Kombinasi permukaan distal dari scaphoid, lunatum dan triquetrum bersendi dengan kombinasi permukaan proksimal dari trapezium, trapezoid, capitatum dan hamatum.1) Permukaan sendi dari capitatum dan hamatum adalah konveks dan slide

terhadap permukaan sendi yang konkaf pada bagian scaphoid, lunatum dan triquetrum.

2) Permukaan sendi dari trapezium dan trapezoid adalah konkaf dan slide terhadap permukaan distal yang konveks pada scaphoid.

c. Saat terjadi gerak fisiologis dari wrist, suatu gerakan kompleks terjadi antara tulang-tulang carpal.Gerak fisiologis dari wrist Arah slide dari tulang-tulang carpal

Bagian distal kaitannya dengan tulang-tulang carpal bagian proksimal

Fleksi C dan H - dorsalTm dan Tz - volar (palmar).

Ekstensi C dan H - volar (palmar)Tm dan Tz - dorsal.

Radial deviasi C dan H - ulnarTm dan Tz - dorsal.

Ulnar deviasi C dan H - radialTm dan Tz - volar (palmar).

d. Midcarpal joint memberikan kontribusi yang besar saat gerakan fleksi wrist (palmar fleksi) dan ekstensi wrist (dorsofleksi).

4. PisiformPisiform dikategorisasikan sebagai tulang carpal dan sebaris dengan triquetrum pada bagian volar (palmar) di baris proksimal dari tulang carpal. Pisiform bukan merupakan bagian dari wrist joint tetapi berfungsi sebagai tulang sesamoid pada tendon fleksor carpi ulnaris.

5. Ligamen-ligamenStabilitas dan beberapa gerakan pasif dari wrist kompleks dihasilkan oleh sejumlah ligamen-ligamen yaitu ligamen collateral ulnar dan radial, ligamen radiocarpal dorsal dan volar (palmar), ligamen ulnocarpal dan ligamen intercarpal.

C. Sendi-sendi Hand (tangan) Kompleks dan Gerakannya

1. Carpometacarpal (CMC) joint pada jari 2 - 5a. Sendi-sendi ini terbungkus dalam suatu cavitas (rongga) sendi secara umum dan

mencakup sendi-sendi setiap metacarpal yang bersendi dengan baris distal tulang carpal dan sendi-sendi antara setiap basis metacarpal.

160

160

b. Sendi-sendi jari 2, 3 dan 4 merupakan plane uniaxial joint; sendi jari 5 adalah biaxial joint. Sendi-sendi tersebut distabilisasi oleh ligamen-ligamen transversal dan longitudinal. Metacarpal V adalah sendi yang paling mobile (paling luas gerakannya), diikuti oleh metacarpal IV yang merupakan sendi mobile berikutnya.

c. Fleksi semua metacarpal ditambah dengan adduksi metacarpal V dapat memberikan kontribusi terbentuknya cupping/arching (mangkok/lengkung) pada tangan, sehingga dapat memperbaiki gerakan memegang/menjepit (prehension).

Gerak fisiologis dari metacarpal Arah slide dari metacarpal terhadap Tulang-tulang carpal

Fleksi (cupping/lengkung) Volar (palmar)Ekstensi (flattening/datar) Dorsal

2. Carpometacarpal (CMC) joint pada ibu jaria. Sendi ini adalah berbentuk saddle biaxial joint antara trapezium 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).

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 gerakan abduksi-adduksi ibu jari, terjadi dalam bidang 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.Gerak fisiologis dari metacarpal I Arah slide Basis MetacarpalFleksi UlnarEkstensi RadialAbduksi DorsalAdduksi Volar (palmar)

3. Metacarpophalangeal (MCP) jointsa. Sendi-sendi MCP joint adalah biaxial condyloid joint dengan ujung distal setiap

metacarpal adalah konveks dan phalanx proksimal adalah konkaf, distabilisasi oleh ligamen-ligamen volar (palmar) dan 2 ligamen collateral. Ligamen-ligamen collateral menjadi tegang saat gerakan full fleksi serta mencegah abduksi dan adduksi dalam posisi full fleksi.

b. MCP ibu jari berbeda dengan yang lainnya karena diperkuat oleh 2 tulang sesamoid serta memiliki gerak abduksi dan adduksi yang minimal saat posisi ekstensi.Gerak fisiologis dari Phalanx I Arah slide dari Phalanx IFleksi Volar (Palmar)Ekstensi Dorsal

161

161

Abduksi Menjauh dari pusat tanganAdduksi Kearah pusat tangan.

4. Interphalangeal (IP) jointsa. Interphalangeal joint terdiri dari proximal interphalangeal (PIP) 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 joint. Permukaan sendi pada ujung distal setiap phalanx adalah konveks; permukaan sendi pada ujung proksimal setiap phalanx adalah konkaf.

b. Setiap kapsul sendi diperkuat oleh ligamen-ligamen collateral.c. Berjalan dari radial ke ulnar, terjadi peningkatan ROM fleksi-ekstensi pada sendi-

sendi tersebut. Hal ini dapat memberikan gerakan opposisi yang lebih besar pada jari-jari sisi ulnar sampai ibu jari dan juga menyebabkan genggaman yang lebih kuat pada sisi ulnar.Gerak fisiologis dari setiap phalanx Arah slide dari Basis PhalanxFleksi Volar (palmar)Ekstensi Dorsal.

D. Fungsi Tangan

1. Hubungan panjang otot - ketegangan ototPosisi wrist mengontrol panjang otot-otot ekstrinsik pada jari-jari tangan.a. Pada saat jari-jari atau ibu jari fleksi, wrist harus distabilisasi oleh otot-otot

ekstensor wrist untuk mencegah fleksor digitorum profundus dan superfisialis atau fleksor pollicis longus menghasilkan gerak fleksi wrist secara simultan. Pada saat genggaman menjadi lebih kuat, maka secara sinkronisasi terjadi ekstensi wrist dengan memanjangkan tendon-tendon fleksor ekstrinsik yang melewati wrist dan mempertahankan semua unit musculotendinogen yang lebih baik untuk kontraksi yang lebih kuat.

b. Untuk gerakan ekstensi jari-jari atau ibu jari yang kuat, otot-otot fleksor wrist menstabilisasi atau memfleksikan wrist sehingga otot 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 (lengkung) dan flattening (datar)Gerak cupping dari tangan terjadi saat fleksi jari-jari tangan, dan gerak flattening dari tangan terjadi saat ekstensi jari-jari tangan. Gerak cupping dapat memperbaiki mobilitas tangan untuk penggunaan fungsional tangan dan gerak flattening untuk membebaskan objek-objek.

3. Mekanisme ekstensorSecara struktural, sarung ekstensor dibentuk oleh tendon ekstensor digitorum communis, jaringan konnektifnya meluas, dan serabut-serabut dari tendon interossei dorsal dan volar (palmar) serta lumbrical. Setiap struktur memiliki efek terhadap mekanisme ekstensor.

162

162

a. Kontraksi yang terisolir dari otot ekstensor digitorum dapat menghasilkan gerak clawing dari jari-jari tangan (MCP hiperekstensi disertai dengan fleksi IP karena adanya tarikan pasif tendon-tendon fleksor ekstrinsik).

b. Ekstensi PIP dan DIP terjadi secara bersamaan dan dapat disebabkan oleh otot-otot interossei atau lumbrical melalui tarikan otot tersebut pada sarung ekstensor.

c. Disana harus terjadi ketegangan pada tendon ekstensor digitorum communis untuk menghasilkan gerakan ekstensi interphalangeal. Hal ini terjadi karena adanya kontraksi aktif dari otot, yang menyebabkan ekstensi MCP secara bersamaan dengan kontraksi otot intrinsik, atau karena adanya stretch (penguluran) dari tendon yang terjadi saat fleksi MCP.

4. Pola menggenggam dan memegang/menjepit Sifat alamiah dari aktivitas yang diharapkan dapat menjelaskan tipe genggaman yang digunakana. Power grip melibatkan gerakan menjepit suatu objek dengan 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 sesuai dengan object yang dipegang. Ibu jari memperkuat jari-jari 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 precision melibatkan gerakan memanipulasi 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 mempengaruhi penyesuaian yang nyaman (enak). Dengan objek yang kecil, pegangan yang tepat terjadi secara utama antara ibu jari dan jari telunjuk. Beberapa variasi adalah pad-to-pad, tip-to-tip, dan pad-to-side prehension.

c. Kombinasi grip melibatkan jari tangan 1 dan 2 (kadang-kadang jari 3) dalam melakukan aktivitas yang tepat/sesuai, sedangkan jari tangan 3 - 5 menambah/ melengkapi power genggaman.

E. Kontrol Tangan

1. Kontrol tangan tanpa beban (bebas)Melibatkan faktor-faktor anatomik, kontraksi otot dan unsur-unsur viskoelastik dari otot.a. Gerakan clawing hanya terjadi dari kontraksi otot ekstrinsik.b. Gerakan menutup hanya dapat terjadi dari kontraksi otot ekstrinsik tetapi juga

memerlukan gaya viskoelastik dari interossei biartikular.c. Gerakan membuka memerlukan kontraksi yang sinergis dari otot ekstensor

ekstrinsik dan lumbrical.d. Gerakan reciprokal dari fleksi MCP dan ekstensi IP disebabkan oleh otot

interossei. Otot lumbrical melepaskan ketegangan viskoelastik dari tendon profundus dan membantu ekstensi IP.

163

163

2. Power gripa. Otot fleksor ekstrinsik menghasilkan gaya menggenggam yang utama.b. Otot ekstensor ekstrinsik menghasilkan gaya kompressi untuk mencegah

subluksasi sendi jari-jari tangan.c. Otot interossei merotasikan phalanx I untuk posisi menekan objek eksternal dan

juga memfleksikan MCP joint.d. Otot lumbrical tidak berpartisipasi dalam power grip (kecuali jari IV).e. Otot-otot thenar dan adductor pollicis menghasilkan gaya-gaya kompressi

melawan objek yang sedang digenggam.

3. Pegangan yang tepata. Otot-otot ekstrinsik menghasilkan gaya kompressi untuk mempertahankan objek

antara jari-jari dan ibu jari.b. Untuk manipulasi suatu objek, otot interossei menghasilkan abduksi dan adduksi

jari-jari, otot-otot thenar mengontrol gerakan ibu jari, dan otot-otot lumbrical membantu menggerakkan objek menjauh dari palmar tangan. Besarnya partisipasi setiap otot bervariasi, sesuai dengan besar dan arah gerakan.

4. Mencubit/menjepitGaya kompressi antara ibu jari dan jari-jari dihasilkan oleh otot-otot thenar yang menonjol, adduktor pollicis, interossei dan otot-otot fleksor ekstrinsik. Otot-otot lumbrical juga berpartisipasi.

F. Analisis gerak1. Selama gerakan radial deviasi (abduksi) dan ulnar deviasi (adduksi) 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. Gerakan radial deviasi (abduksi) memiliki ROM yang lebih terbatas daripada 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. Selama gerakan fleksi dan extensi wrist, midcarpal joint juga ikut berperan. Pada gerak fleksi wrist dengan ROM 50o pada radiocarpal joint juga menghasilkan ROM 35o pada midcarpal joint. Sedangkan pada gerak ekstensi wrist, terjadi sebaliknya dimana ROM pada radiocarpal joint sebesar 35o dan midcarpal joint terjadi ROM sebesar 50o.

G. Asas

164

164

165

165