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

3

ilmu dan bidang profesional yang berbeda. Biomekanik memiliki latar belakang 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

Biomekanik

Adapted Physical Education

Fisiologi Latihan

Perilaku motorik

Atletic training

Sejarah Olahraga

Pedagogy

Filosofi Olahraga

Seni Olahraga

Psikologi Olahraga

Bagan cabang ilmu Sport medicine Sport Medicine

Biomekanik

Atletic Medicine

Fisiologi Latihan

Fisioterapi

Rehabilitasi Jantung

Perilaku Motorik

Sport Nutrition

Psikologi Olahraga

Atletic training

Spesialis medis lainnya

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 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 terusmenerus. 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 bendabenda 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 pushoff 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. 2. 3. 4. 5. 6. Mengapa berenang bukan merupakan bentuk latihan yang terbaik bagi orangApa yang merupakan prinsip biomekanik yang melandasi mesin/peralatan Apa yang termasuk cara teraman untuk mengangkat objek/barang yang berat ? Strategi apa yang dapat dilakukan oleh orang usia lanjut atau pemain Mengapa beberapa orang tidak mampu untuk mengapung ? Dan lain-lain. orang yang mengalami osteoporosis ? latihan tahanan yang beragam ?

sepakbola didalam memaksimalkan stabilitas ?

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. 3. Pendekatan Fisiologis ; dimana mempelajari tentang proses terjadinya Pendekatan Psikologis ; dimana mempelajari berbagai sensasi, persepsi dan gerakan, kontinuitas gerakan dan kontrol gerakan. motivasi yang menstimulasi terjadinya gerakan serta mekanisme neurologis yang mengontrolnya 4. 5. Pendekatan Mekanik ; dimana menjelaskan adanya gaya, waktu dan jarak Pendekatan Sosiologis ; mempertimbangkan arti beragam gerakan pada yang berhubungan dengan gerakan tubuh manusia. 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 seharihari. 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 skillskill (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 faktorfaktor seperti gaya gravitasi. Ketiga, semua unit pengukuran kecuali pengukuran waktu berkaitan dengan faktor angka 10, sebaliknya banyak faktor-faktor konversi yang perlu mengkonversikan dengan unit pengukuran English. Terakhir, sistem tersebut digunakan secara internasional. 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 Jarak Unit Metric Sentimeter Meter Kilometer Meter/detik Kilogram Newton Joule Watt Joule Kilogram-meter/sec Newton-second Kilogram-m2/second Kilogram-meter2 Newton-meter Dikali dengan Dibagi dengan 2,54 0,3048 1.609 0,447 14,59 4,448 1,355 745,63 1,355 4,448 4,448 1,355 1,355 1,355 Unit English Inchi Feet/kaki Mil Mil/jam Slug Pound Foot-pound Horsepower Foot-pound Slug-feet/sec Pound-second Slug-feet2/sec. Slug-feet2 Foot-pound

Kecepatan Massa Gaya Kerja Power Energi Linear momentum Impulse Angular momentum Moment of inersia Torque

D. Kesimpulan REFERENSI : Susan J. Hall, 2003, Basic Biomechanics, Fourth Edition, McGraw-Hill Company, New York

BAB II GERAKAN

PENGERTIAN DAN TIPE GERAKANGerakan 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 Jika titik referensinya adalah rel kereta api, maka yang dikatakan bergerak kereta api 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. b. 2. Gerakan rectilinear, misalnya orang yang berjalan, bersepeda, Gerakan kurvalinear, yang membentuk garis lengkung tergelincir, dan lain-lain. misalnya gerakan bola yang ditendang, gerakan melompat, dan lain-lain. 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 MANUSIASistem 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 berbedabeda. 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 receptorreceptor 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. Komponenkomponen 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 GERAKANGerakan 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 (meniruniru) 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 Gerakan Motorik Kasar (gerak kasar) Motorik halus (gerak halus)

1

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

Memberikan reaksi dengan melihat kearah sumber cahaya

2 3

Idem Idem

4

Dapat meraih benda/mainan yang terjangkau olehnya Idem

5

6

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 mempertahankan kepala + badan tetap tegak Idem Idem

Memindahkan benda/mainan dari tangan yang satu ke tangan yang lain Idem Idem Mengambil benda kecil sebesar biji jagung atau manik-manik dengan gerakan meraup. Idem

7 8 9

10

Posisi duduk sudah stabil, dapat membalikkan badan ke samping kirikanan ketika duduk. Dapat berdiri dengan berpegangan Berusaha untuk merangkak Berdiri dan berjalan berpegangan dengan

11 12

Berdiri dengan berpegangan sambil bermain memegang benda Berjalan disekitar meja atau kursi Dapat berjalan beberapa langkah

Idem

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

BAB III PRINSIP-PRINSIP MEKANIKAL

GAYA DAN GERAKYang 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 + m2r22 + + mnrn2 I = mr2 I = moment inersia r = jarak tegak lurus massa dari axis49

m = massa

Bab 5. PosturAdanya 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 = m

a = percepatan F = gaya m = massa

Suatu dorongan yang besar terhadap obyek yang kecil akan menggerakkan obyek dengan cepat (=percepatan). Sebaliknya, suatu dorongan yang kecil terhadap obyek yang besar akan menggerakkan obyek dengan lambat (=perlambatan). 3. Hukum 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 GAYAMomentum 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 STABILITASJika 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 fulcrum52

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. b. c. Titik berat tubuh terletak lebih rendah atau dekat sekali dengan dasar Proyeksi garis gravitasi jatuh dekat atau pada pusat dasar tumpuan. Dasar tumpuan yang luas. tumpuan.

d. Berat badan yang relatif besar.

USAHA DAN ENERGIUsaha 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 = jarakUsaha 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. PosturKetika 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.

EnergiEnergi 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 = 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 LEVERTubuh 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 tersebut54

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. Atlantooccipital 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 R55

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. 2. Meningkatkan resisten atau berat beban. 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 3.1 Dengan demikian, cara menentukan titik berat bagian adalah : Mtot = M1 + M2 + + Mn. Jika hanya melibatkan 2 segmen tubuh maka : Mtot = M1 + M2 Ftot x dtot = (F1 x d1) + (F2 x d2) Contoh : Tentukan titik berat total pada 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 M = 0 dan F = 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 gayagaya external terhadap titik putar (axis) juga mempengaruhi besarnya gaya otot tersebut. Sedangkan gaya reaksi di titik putar (gaya reaksi sendi) dipengaruhi oleh gaya external dan gaya otot. Kita dapat mengatakan bahwa gaya ini adalah suatu reaksi terhadap gaya external dan gaya otot. Gaya reaksi ini terutama terjadi pada sendi, tulang, kapsul dan ligamen, yang biasa dinamakan dengan gaya reaksi sendi. Gaya reaksi sendi dan gaya otot merupakan gaya internal, yang umumnya menghasilkan gaya yang lebih besar daripada gaya external. Untuk menghitung gaya otot dan gaya reaksi sendi digunakan rumus M = 0 dan F = 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 . Coeffisien friction untuk kruk yang berujung rubber di atas permukaan lantai keramik adalah 0,30 040 , sedangkan co-effisien friction pada kruk yang sama di atas kayu atau papan59

Bab 5. Postur

yang kasar adalah 0,70 0,75 . 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 unsurunsur dan konfigurasinya jika terjadi kerusakan (fraktur). Perubahan bentuk tulang dapat diobservasi selama proses penyembuhan tulang dan setelah operasi tertentu. Strength dan stiffnes merupakan unsur mekanikal yang penting dari tulang ketika beban diaplikasikan pada struktur tulang. Adanya deformasi pada struktur tersebut dapat diukur dan tergambar dalam kurva load deformasi, serta kapasitas strength dan stiffnes dari struktur tersebut dapat ditentukan. Pada kurva load deformasi menunjukkan tiga parameter untuk menentukan strength dari struktur tersebut. 1) Struktur tersebut dapat menahan beban sebelum failure, 2) Struktur tersebut dapat menahan deformasi sebelum failure, 3) Struktur tersebut dapat menyimpan energi sebelum failure.Kurva load deformasi berguna untuk menunjukkan strength dan stiffness dari seluruh struktur tulang. Untuk memeriksa sifat mekanikal dari bahan/unsur yang menyusun sebuah struktur dan membandingkannya dengan bahan 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 mempunyai61

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 otototot 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. Ketika63

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 tersebut64

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 otot67

Bab 5. Postur

Hilangnya kapasitas penyimpanan energi

Perubahan pola berjalan

Pembebanan yang abnormal Perubahan distribusi stress Compressi yang tinggi Keretakan sel oblique Kombinasi Tension yang tinggi Pemisahan sel sel tulang. Terjadi keretakan sel transversal Fraktur transversal

Fraktur oblique 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 jari