bahan yanti 1

5/27/2018 bahan yanti 1

1/193

PENGANTAR BIOMEKANIK

A. Definisi dan Pandangan BiomekanikSelama 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 !isik yang mempelajari aksi "kerja# dari gaya, dan mempelajari aspek anatomi dan

!ungsional dari organisme hidup. Statik dan dinamik merupakan $ 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. %inamik merupakan ilmu yang mempelajari

sistem-sistem yang menimbulkan percepatan. %inamik merupakan cabang ilmu mekanik

yang mempelajari tentang sistem-sistem yang berkaitan dengan percepatan.

&emudian, kinematik dan kinetik merupakan sub-bagian dari ilmu biomekanik.

&inematik merupakan gambaran gerakan yang mencakup pola dan kecepatan gerakan

yang berurutan dari segmen-segmen tubuh yang sering dianggap sebagai derajat

koordinasi pada setiap indi'idu. &inematik menggambarkan gerakan yang terjadi,

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

dengan gerakan. (adi kinematik adalah ilmu yang mempelajari tentang deskripsi

gambaran gerakan mencakup spaceruang dan waktu, sedangkan kinetik adalah ilmu yang

mempelajari tentang aksi dari gaya. )lmu biomekanik pada manusia mencakup

pertanyaan-pertanyaan seperti apakah besarnya gaya otot yang dihasilkan adalah optimal

untuk tujuan yang diharapkan dari pergerakan. *aktor-!aktor antropometrik mencakup

ukuran, bentuk dan berat dari segmen-segmen tubuh merupakan pertimbangan pentinglainnya dalam analisis kinetik. +ntropometrik berkaitan dengan dimensi-dimensi dan

berat dari segmen-segmen tubuh.

eskipun biomekanik relati! muda sebagai bidang ilmu pemeriksaan ilmiah yang

diakui tetapi ilmu biomekanik merupakan hal yang menarik perhatian beberapa disiplin


2/193

ilmu dan bidang pro!esional yang berbeda. Biomekanik memiliki latar belakang

akademik dalam ilmu hewan orthopedic, cardiac "jantung#, atau sport medicine

biomedis atau biomekanik mesin "berkaitan dengan mesin# !isioterapi atau kinesiologi

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

aspek biomekanik yang menyangkut struktur dan !ungsi organisme hidup.

Biomekanik dari gerakan manusia merupakan salah satu sub-disiplin ilmu

kinesiologi dimana kinesiologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang gerakan

manusia. eskipun 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 di!okuskan pada biomekanik gerakan manusia dari

pandangan analisis gerakan.Biomekanik juga merupakan cabang ilmu dari sport medicine. Sport medicine

telah dide!inisikan oleh /amb sebagai istilah sebuah payung yang mencakup aspek klinis

dan ilmiah dari latihan dan olahraga.

Bagan Sub-disiplin ilmu &inesiologi

&inesiologi

Biomekanik+dapted hysical

ducation

*isiologi /atihan erilaku motorik +tletic training

Sejarah 2lahraga edagogy

*iloso!i 2lahraga Seni 2lahraga sikologi 2lahraga


3/193

Bagan cabang ilmu Sport medicine

Sport edicine

Problem-problem masala!" #ang dipela$ari dalam biomekanik

&arena berbagai disiplin ilmu dan bidang pro!esional 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.

ara ahli menyimpulkan bahwa sebagian besar hewan bertulang belakang termasuk

manusia memilih pola berjalan dengan energi yang ekonomis optimal, atau konsumsi

energi metabolik. ara peneliti menjelaskan bahwa besarnya produksi gaya otot secara

utama membangun besarnya energi untuk berlari. 3al 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. 3al-hal

Biomekanik +tletic edicine

*isiologi /atihan *isioterapi 4ehabilitasi (antung

erilaku otorik Sport 5utrition

sikologi 2lahraga +tletic trainingSpesialis medis

lainnya


4/193

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.

%iantara manusia, meskipun besarnya energi untuk lari meningkat secara linear

dengan kecepatan lari tetapi cukup besar perbedaan setiap orang menyangkut besarnya

energi untuk berlari. eskipun beberapa orang kelihatannya berlari dengan lebih halus

dan enak daripada yang lainnya, tetapi tidak ada !aktor biomekanik tertentu yang

berkaitan dengan ekonomis lari yang baik atau yang jelek.

3al yang menarik juga adalah terjadinya perubahan transisi dalam akti'itas

berjalan anak-anak karena mereka mengalami perubahan perkembangan dalam proporsitubuh dan ketrampilan motorik yang sejalan dengan usia. +ntara usia 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 tahun serta 6 tahun akan berjalan dengan

kecepatan yang tercepat tetapi kurang e!isien, dimana tingkat energi 70 lebih besar

daripada orang dewasa.

5+S+ telah mensponsori penelitian biomekanik untuk meningkatkan pemahaman

tentang e!ek-e!ek mikrogra'itasi pada sistem muskuloskeletal manusia. +danya !akta

bahwa para astronot yang keluar dari pengaruh gra'itasi bumi selama beberapa hari maka

saat kembali ke bumi terjadi penurunan kepadatan tulang, penurunan mineralisasi dan

kekuatan, khususnya pada e8tremitas in!erior. 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

akti'itas pemeliharaan tulang normal diatas bumi. enelitian baru-baru ini telah

mem!okuskan pada desain treadmill yang digunakan didalam ruang hampa dengan

derajat beban de!ormasi dan strain yang optimal diaplikasikan pada tulang e8tremitas

in!erior untuk merangsang !ormasi "pembentukan# tulang baru. Baru-baru ini, para ahli

telah menemukan bahwa dengan mengaplikasikan gaya horiontal pada bagian anterior

setiap orang saat lari dengan lingkungan gra'itasi rendah dapat membangkitkan e!ek gaya


5/193

yang jauh lebih sama dengan e!ek gaya ketika berlari diatas bumi. 3al ini merupakan

penemuan penting, sejak beban strain pada tulang e8tremitas in!erior dapat dipercaya

sebagai mata rantai utama dalam stimulasi mekanik terhadap pertumbuhan dan

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

menerus.

emeliharaan kepadatan mineral tulang yang cukup juga merupakan topik yang

berkaitan dengan bumi. 2steoporosis merupakan kondisi dimana massa mineral tulang

dan kekuatan tulang menurun berat sehingga dalam akti'itas sehari-hari dapat

menyebabkan nyeri tulang dan patah tulang. ada wanita yang memiliki le'el akti'itas

!isik yang rendah selama masa remaja maka cenderung berkaitan dengan meningkatnya

resiko terjadinya osteoporosis pada usia tua. *aktor-!aktor resiko lainnya yang diketahuidapat menimbulkan perkembangan osteoporosis adalah inakti'itas !isik selama masa

hidupnya, perokok, de!isiensi estrogen, kalsium dan 'itamin %, serta konsumsi protein,

ca!!ein dan alkohol yang berlebihan. %engan demikian sangat penting yaitu program

weight-bearing e8ercise yang teratur seperti berjalan pada setiap orang yang osteoporosis

karena dapat meningkatkan kesehatan dan kekuatan tulang.

roblem lainnya yang menantang para ahli biomekanik dalam meneliti usia lanjut

adalah gangguan mobilitas. :sia 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. (atuh

dan khususnya jatuh yang berkaitan dengan !raktur hip adalah problem medis yang

sangat serius dan mahal diantara kelompok usia lanjut. Setiap tahun, jatuh menyebabkan

persentase yang besar dari !raktur wrist, injury "cidera# kepala, !raktur 'ertebra dan luka

sobek, serta diatas 90 mengalami !raktur hip yang terjadi setiap tahun di +merika

Serikat. ;im peneliti biomekanik menyelidiki !aktor-!aktor 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. ada

perkembangan strategi inter'ensi telah menunjukkan bahwa latihan berjalan dapat e!ekti!


6/193

memperbaiki keseimbangan dan menurunkan kemungkinan jatuh diantara kelompok usia

dewasa tua yang statis.

Biomekanik yang berkaitan dengan pekerjaan adalah suatu bidang ilmu yang

mem!okuskan pada pencegahan injuri-injuri akibat kerja dan perbaikan kondisi kerja

serta per!ormans "penampilan# pekerja. ara 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. ara ahli biomekanik kerja

memperkenalkan bagaimana pentingnya biomekanik bagi pekerja baik secara !isik dan

mental dalam mempersiapkan pekerjaan pada suatu industri untuk mencegah terjadinya

nyeri pinggang. ada tahun baru-baru ini, meskipun sejumlah injuri-injuri akibat kerjamenurun, carpal tunnel syndrome merupakan gangguan neurologis pada wrist yang

seringkali berkaitan dengan o'eruse "penggunaan yang berlebihan# dalam pekerjaan yang

telah meningkat !rekuensinya. 2leh 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 'ertikal

keyboard dalam keadaan alignmen sehingga memberikan pemeliharaan wrist dalam

posisi netral.

ara ahli biomekanik juga memberikan kontribusi terhadap perbaikan per!ormans

"penampilan# pada olahraga pilihan melalui desain peralatan baru yang inno'ati!. Salah

satu contoh adalah &lapskate, yaitu suatu skate cepat yang dilengkapi dengan engsel

didekat jari-jari kaki sehingga dapat memberikan gerakan plantar !leksi ankle selama

push-o!! pada pemain skate, menghasilkan sampai


7/193

jumping# oleh Bobbert dan 'an )ngen Schenau. Berbagai inno'asi dalam peralatan dan

pakaian olahraga juga dihasilkan dari penemuan-penemuan ahli biomekanik. >ontoh

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.

ara ahli biomekanik olahraga juga mengarahkan pada usaha-usaha perbaikan

biomekanik atau teknik, dan komponen-komponen per!ormans "penampilan# atletik.

Sebagai contoh, mereka telah mempelajari !aktor-!aktor yang memberikan kontribusi

terhadap per!ormans puncak dalam lompatan yang jauh, lompatan yang tinggi, dan loncat

galah yang mencakup kecepatan horiontal yang besar pada saat takeo!! "terbang# dan

langkah terakhir yang pendek sehingga mem!asilitasi ele'asi "pengangkatan# yangberkesinambungan dari pusat massa tubuh. enelitian terhadap pelempar baseball juga

ditemukan bahwa pelempar yang memiliki kecepatan tinggi dengan melakukan gerakan

e8ternal rotasi shoulder yang besar, trunk'ertebra 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 pel'is dan batang tubuh "trunk# bagian atas.

%ari contoh-contoh diatas menunjukkan adanya keanekaragaman topik-topik

dalam penelitian biomekanik, mencakup beberapa contoh yang berhasil serta area-area

tantangan yang berkelanjutan. %engan jelas, para ahli biomekanik dapat memberikan

kontribusi terhadap pengetahuan dasar tentang gerakan manusia, dari pola berjalan yang

merupakan tantangan secara !isik pada anak ke teknik-teknik tertentu dari atlit pilihan.

eskipun beragam, pernyataan seluruh peneliti berdasarkan pada aplikasi prinsip-prinsip

mekanik terhadap pemecahan problem-problem khusus pada organisme hidup. %engan

demikian, prinsip-prinsip biomekanik dapat diaplikasikan dalam menganalisis gerakan

manusia.

Alasan Mempela$ari Biomekanik

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, prinsip-prinsip biomekanik dapat

diterapkan oleh ilmuwan dan pro!esional dalam berbagai bidang yang ditujukan pada

problem-problem yang berkaitan dengan kesehatan dan per!ormans manusia.

engetahuan tentang konsep dasar biomekanik juga esensial "penting# bagi pengajar


8/193

pendidikan !isik yang kompeten "physical education#, !isioterapi, 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. ara analis gerakan manusia memiliki banyak pengetahuan sehingga

mampu menjawab pertanyaan berikut ini yang berkaitan dengan biomekanik ?

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

yang mengalami osteoporosis @

$. +pa yang merupakan prinsip biomekanik yang melandasi mesinperalatan latihan

tahanan yang beragam @

. +pa yang termasuk cara teraman untuk mengangkat objekbarang yang berat @6. Strategi apa yang dapat dilakukan oleh orang usia lanjut atau pemain sepakbola

didalam memaksimalkan stabilitas @


9/193

&ita sudah mengetahui tentang anatomi terapan yang terdiri atas ? sistem otot,

sistem tulang dan sendi serta sistem sara! yang menyebabkan manusia dapat bergerak dan

dapat melakukan +&S "akti'itas kegiatan sehari-hari#, tetapi tidak terlepas dari pengaruh

lingkungan manusia tersebut. =erakan manusia dapat dilihat dari beberapa sudut pandang

atau beberapa pendekatan didalam mempelajari gerakan pada manusia, yaitu ?

1. endekatan +natomi dimana menggambarkan "menjelaskan# tentang struktur tubuh

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

gerakan.

$. endekatan *isiologis dimana mempelajari tentang proses terjadinya gerakan,

kontinuitas gerakan dan kontrol gerakan.

. endekatan sikologis dimana mempelajari berbagai sensasi, persepsi dan moti'asiyang menstimulasi terjadinya gerakan serta mekanisme neurologis yang

mengontrolnya

6. endekatan ekanik dimana menjelaskan adanya gaya, waktu dan jarak yang

berhubungan dengan gerakan tubuh manusia.


10/193

+nalisis gerakan manusia dapat bersi!at kuantitati! atau kualitati!. &ata

kuantitati! menyatakan adanya jumlahangka, dan kualitati! menjelaskan pada

deskripsi "gambaran# dari kualitas tanpa menggunakan angka-angka. Setelah melihat

per!ormans dari lompatan jauh dalam posisi berdiri "standing long jump#, seorang

pengamat mungkin menyatakan secara kualitati! dengan kata lompatannya sangat

baikC. engamat lainnya mungkin menyatakan secara kuantitati! pada lompatan yang

sama dengan ukurang $.1 meter panjangnya.

3al ini penting untuk mengenal istilah kualitati! bukan berarti general.

=ambaran kualitati! mungkin general, tetapi juga dapat secara detail sekali. 3al ini

dapat dinyatakan secara kualitati! dan secara general, sebagai contoh seorang laki-laki

yang berjalan lambat di jalan raya. (uga dapat dinyatakan pada laki-laki yang samayaitu berjalan sangat lambat, kelihatannya cenderung ke kiri, dan tertumpu berat

badannya pada tungkai kanan selama waktu yang sesingkat mungkin. =ambaran

kedua adalah semuanya kualitati! tetapi memberikan suatu gambaran yang lebih

detail dari gerakan.

Baik gambaran kualitati! dan kuantitati! berperan penting dalam analisis

biomekanik dari gerakan manusia. ara peneliti biomekanik sangat percaya pada

teknik kuantitati! dalam usaha menjawab pertanyaan-pertanyaan khusus yang

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

akti'itas !isik yang teratur melakukan obser'asi kualitati! terhadap pasiennya,

atlitnya, atau siswanya untuk merumuskan pendapat atau pemberian nasehat.

*. Peme&a!an problem k(ali%a%if

roblem-problem kualitati! umumnya muncul selama akti'itas kegiatan sehari-

hari. +nalisis gerakan manusia, apakah untuk mengidenti!ikasi gangguan pola

berjalan atau untuk menyempurnakan teknik pelajar, merupakan suatu proses

pemecahan masalah yang esensial "penting#. +pakah analisis tersebut bersi!at

kualitati! atau kuantitati!, analisis tersebut mencakup identi!ikasi, kemudian

mempelajari atau menganalisis, dan pada akhirnya menjawab suatu pertanyaan atau

memecahkan problem yang menarik.


11/193

:ntuk menganalisis gerakan secara e!ekti!, 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 spesi!ik. Sebagai contoh, pertanyaan yang bersi!at general

"umum# adalah sebagai berikut ?

a. +pakah gerakan yang dilakukan dengan gaya yang cukup atau optimal @

b. +pakah gerakan yang dilakukan melalui 42 yang sesuai @

c. +pakah gerakan tubuh yang berurutan cocok "atau optimal# untuk pelaksanaan

skill "ketrampilan motorik# @

d. engapa wanita usia lanjut memiliki kecenderungan untuk jatuh @

e. engapa pemain tolak peluru tidak mengambil jarak yang lebih jauh @ertanyaan yang lebih spesi!ik adalah ?

a. +pakah terjadi pronasi yang berlebihan selama stance phase "!ase menumpu# dari

pola berjalan @

b. +pakah saat melempar bola terjadi dengan segera gerakan !ull ekstensi elbow

"siku# @

c. +pakah pemilihan latihan strengthening pada otot 'astus medialis obliDuus dapat

mengurangi alur patella yang salah pada setiap orang @

&etika satu atau lebih pertanyaan telah diidenti!ikasi, tahap selanjutnya dalam

menganalisis gerakan manusia adalah mengumpulkan data. Sebagian besar bentuk

data yang dikumpulkan oleh pengajar, terapis, dan pelatih adalah data obser'asi

'isual yang kualitati!. aka dari itu, analis gerakan sangat teliti mengobser'asi

gerakan yang dilakukan dan membuat tulisan atau catatan mental. :ntuk memperoleh

data obser'asi yang terbaik, maka perlu untuk merencanakan ke depan tentang jarak

dan pandangan optimal dari data obser'asi yang dibuat.

+. Peme&a!an problem-problem formal k(an%i%a%if

roblem-problem !ormal merupakan sarana e!ekti! 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


12/193

problem-problem !ormal 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 cermatteliti

b. ;ulislah in!ormasi-in!ormasi yang didapatkan

c. ;ulislah in!ormasi yang diinginkan "tidak diketahui# untuk pemecahannya

d. Buatlah diagram tentang keadaan problem yang menunjukkan in!ormasi yangdiketahui dan tidak diketahui

e. ;ulislah rumus yang mungkin akan digunakan

!. )denti!ikasi rumus yang akan digunakan

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

in!ormasi tambahan yang dibutuhkan dapat disimpulkan.

h. emasukkan atau menggantikan dengan teliti in!ormasi tersebut ke dalam rumus

i. ecahkan persamaannya untuk mengidenti!ikasi 'ariabel yang tidak diketahui

"in!ormasi yang diinginkan#

j. eriksa atau cek bahwa jawaban tersebut sudah cocoklayak dan sempurna

k. Beri kotak dengan jelas jawaban tersebut.

,. is%em Peng(k(ran Dalam Biomekanik

emberian unit-unit pengukuran yang tepatbenar yang berkaitan dengan jawaban

terhadap problem kuantitati! adalah penting sekali. Secara jelas, suatu jawaban $

sentimeter adalah sungguh berbeda dengan jawaban $ kilometer. 3al ini juga penting

untuk mengenal unit-unit pengukuran yang berkaitan dengan kuantitas !isik tertentu.

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

jelas tidak tepatbenar.


13/193

Sistem pengukuran utama yang masih digunakan di +merika Serikat adalah

sistem nglish ")nggris#. Sistem nglish dari ukuran berat dan ukuran-ukuran yang

muncul selama beberapa abad terutama untuk tujuan komersial "perdagangan#.

Semenjak adanya sistem metrik "sistem perpuluhandasar 10# yang telah dinikmati

seluruh dunia karena beberapa alasan. ertama, sistem ini hanya memerlukan 6 unit dasar

yaitu ? meter menyangkut panjang kilogram menyangkut massa detik menyangkut

waktu dan derajat &el'in menyangkut temperatur. &edua, unit dasar tersebut memiliki

batasan yang jelastepat, dapat menghasilkan kuantitas "jumlah# yang bebas dari !aktor-

!aktor seperti gaya gra'itasi. &etiga, semua unit pengukuran kecuali pengukuran waktu

berkaitan dengan !aktor angka 10, sebaliknya banyak !aktor-!aktor kon'ersi yang perlu

mengkon'ersikan dengan unit pengukuran nglish. ;erakhir, sistem tersebut digunakansecara internasional.

Berdasarkan alasan-alasan tersebut serta adanya !akta bahwa sistem metrik

hampir secara e8klusi! digunakan oleh masyarakat ilmiah sehingga sistem ini yang

digunakan dalam berbagai buku. Bagi orang yang tidak !amiliar terhadap sistem metrik

maka mereka dapat mengenal sistem nglish yang eDui'alen dengan kuantitas metrik.

+da $ !aktor kon'ersi yang secara khusus bermakna yaitu $,


14/193

;abel 1. :nit-unit engukuran Eang :mum

Fariabel :nit etric %ikali dengan

%ibagi dengan

:nit nglish

(arak Sentimeter eter

&ilometer

$,


15/193

BAB II

GERAKAN

PENGERTIAN DAN TIPE GERAKAN

=erakan adalah suatu perubahan tempat atau perpindahan dari satu tempat ke tempat

lain dengan sebuah titik re!erensinya "titik orientasi#. Sebagai contoh, orang yang berjalan

didalam kereta api pada saat kereta api berjalan diatas rel kereta api, maka ?

(ika titik re!erensinya adalah kereta api, maka orang yang berjalan didalam kereta api

dikatakan bergerak.

(ika titik re!erensinya adalah rel kereta api, maka yang dikatakan bergerak adalah

kereta api yang berjalan diatas rel kereta api.

+dapun tipe gerakan terdiri atas $, yaitu ?

1. =erakan linear "gerakan translasi#, yaitu gerakan yang terjadi pada satu titik ke titik

yang lain tetapi tetap kontak dengan titik re!erensinya.

=erakan linear terdiri atas $, yaitu ?

a. =erakan rectilinear, misalnya orang yang berjalan, bersepeda, tergelincir, dan

lain-lain.

b. =erakan kur'alinear, yang membentuk garis lengkung misalnya gerakan bola

yang ditendang, gerakan melompat, dan lain-lain.

$. =erakan angular "gerakan rotasi#, yaitu gerakan yang terjadi pada satu titik yang

ter!iksir dimana obyek berputar disekitar titik tersebut dan tetap kontak dengan titik

re!erensinya. Sebaga contoh ? gerakan pendular, gerakan pintu, gerakan menekuk

siku, dan lain-lain.

ada umumnya, dalam akti'itas kegiatan sehari-hari selalu terjadi perpaduan diantara

kedua gerakan tersebut.


16/193

DASAR NEUROLOGI GERAKAN MANUSIA

is%em araf P(sa% dan is%em araf Tepi

Sistem sara! pusat adalah otak dan spinal cord "medulla spinalis#. 2tak terdiri atas

otak besar "cerebrum#, otak kecil "cerebellum# dan batang otak. Semua neuron yang

berada di kawasan Sistem Sara! usat yang menyalurkan impuls motorik disebut

dengan Upper Motor Neuron (UMN).

Sedangkan Sistem Sara! ;epi "eri!er# adalah sara! spinal dan sara! cranial serta sara!

otonom "sara! simpatik dan parasimpatik#. Semua neuron yang berada dalam kawasan

Sistem Sara! ;epi yang menyalurkan impuls motorik ke sel otot skeletal disebut

denganLower Motor Neuron (LMN).

5euron "sel sara!# adalah struktur elemen dasar dari sistem sara!. 5euron merupakan sel yang sangat e8itable, yang menerima berita

atau in!ormasi dari neuron lainnya atau receptor sensorik. 5euron mempunyai ukuran bentuk dan jumlah percabangan yang berbeda-beda. Sebagai contoh, a8on 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. %idalam synaps, impuls-impuls dapat

terkirim melalui suatu mediator kimiawi "at transmitter kimiawi# seperti acetilkholin.

Setiap neuron atau serabut sara! ada yang bersi!at a!!eren dan ada yang bersi!at

e!!erent. Serabut sara! a!!eren ber!ungsi untuk membawa in!ormasi dari receptor-

receptor sensorik yang beragam ke Sistem Sara! usat, sedangkan serabut sara!

e!!erent ber!ungsi untuk mengirimkan impuls motorik dari Sistem Sara! usat ke otot.

5euron yang menyalurkan impuls motorik adalah motoneuron. ada :pper otor

5euron ":5# terdapat system atau susunan piramidalis dan e8trapiramidalis,

berdasarkan perbedaan anatomik dan !isiologik.

a. Sistem Piramidalis

5euron-neuron yang mencetuskan impuls somatomotorik adalah sel-sel di lamina

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

sebagai sel piramidal dari Bet yang terdapat didalam area 6 lobus !rontalis.

&emudian a8on-a8onnya berproyeksi secara teratur ke corpus striatum, thalamus,


17/193

batang otak dan medulla spinalis. +8on-a8on tersebut muncul dari girus

temporalis dan girus !rontalis "area , area 6 dan area A#.

+rea 6 dan area A terletak didalam lobus !rontalis. +rea 6 merupakan area motorik

primer yang berada tepat di girus presentralis "gbr. $.1#. ada area ini terdapat

peta daerah perwakilan bagian-bagian tubuh sisi kontralateral yang dikenal

dengan homunculus motorik "gbr. $.$#. Sedangkan area A merupakan area

premotorik yang ikut terlibat didalam menstimulasi gerakan.

=ambar $.1

&emudian serabut-serabut kortiko!ugal yang berasal dari corteks cerebri

memasuki inti-inti di pes pontis menjadi traktus parietotemporopontinus dan

traktus !rontopontinus. Sedangkan serabut-serabut kortiko!ugal yang melanjutkan

diri ke medulla oblongata terdiri dari traktus kortikobulbar dan traktus

kortikospinalis, yang terkumpul dalam piramis. ;raktus kortikospinalis yang

menuju ke medulla spinalis terbagi kedalam traktus kortikospinalis lateral yang

menuju ke !unikulus posterolateral kontralateral medulla spinalis "yang

menyilang# dan traktus kortikospinalis 'entralis yang menuju ke !unikulus

'entralis ipsilateral medulla spinalis "gbr. $.#


18/193

Sementara serabut-serabut dari traktus kortikobulbar berjalan menyilang garis

tengah dan menuju ke motoneuroninti-inti sara! cranial motorik "n.))), n.)F, n.F,

n.F), n.F)), n.)I, n.I, n.I) dan n.I))#.

erjalanan traktus kortikospinalis lateral dan 'entral, semakin ke caudal semakin

kecil jarasnya, karena banyak serabut sudah mengakhiri perjalanannya. ada

bagian cer'ical terdapat


19/193

lobus !rontalis "area 6 dan area A#. %engan demikian, dapat dikatakan bahwa

serabut-serabut e!!erent dari daerah kortikal "corteks# itu merupakan penyalur

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

e8trapiramidalis berikut pesan dari nucleus dentatus "cerebellum# dan !ormatio

retikularis batang otak. 2leh karena itu, traktus kortikorubral, kortikoretikularis,

kortikotalamik dan kortikosubtalamik, yang semuanya berasal dari corteks tempat

sirkuit striatal berproyeksi merupakan sistem outputC 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

'estibulospinalis "gbr. $.6 dan $.


20/193

striatal "susunan e8trapiramidal#. ola itu mencakup program untuk menggalakkan

dan menghambat sejumlah motoneuron dan motoneuron tertentu. (ika mereka

dibebaskan dari pengaruh sistem piramidal dan e8trapiramidal maka mereka masih

dapat menggalakkan sel-sel serabut otot, tetapi corak gerakan otot yang terjadi tidak

sesuai dengan kehendak dan si!atnya tidak tangkas. =erak otot tersebut bersi!at

re!lektorik, kasar dan massi!.

Secara singkat, proses terjadinya gerakan yang disadari berawal dari sistem

somatosensorik yang memberikan inputC kepada berbagai Sistem Sara! usat

sehingga menghasilkan penyadaran terhadap in!ormasi yang berasal dari dunia luar.

&egiatan pada berbagai pusat pengolah inputC tersebut menelurkan suatu niat untuk

berekspresi ke dunia luar. %engan timbulnya niat itu maka rencana untuk

mengadakan gerakan otot disiapkan oleh sistem somatomotorik. &omponen-

komponen yang membentuk sistem tersebut adalah susunan piramidal dan

e8trapiramidal. &edua perancang sebuah pola impuls motorik itu mencetuskan sebuah

pola impuls yang disampaikan kepada sejumlah motoneuron "- dan -motoneuron#.

ada gilirannya, motoneuron menggiatkan satuan-satuan motoriknya "motor unit#

untuk menghasilkan gerakan yang diinginkan dan tangkas.

;ugas 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 e8itasi atau pusat inhibisi, yang berlokasi di !ormatio

retikularis batang otak. )nterneuron tersebut dikenal sebagaisel Renshaw. Berikut ini

mekanisme dasar dari gerakan yang dikenal dengan yotatic 4e!le8 System ?

a. Reipro!e "nhibisi

&etika sebuah neuron a!!eren dari muscle spindle yang akti!, masuk ke dalam

medulla spinalis, maka neuron tersebut bercabang dan bersinaps dengan sebuah

interneuron inhibitor. &emudian interneuron tersebut bersinaps dengan -

motoneuron dari otot antagonist sehingga menyebabkan otot tersebut menjadi


21/193

relaks. %engan demikian, otot-otot primemo'ernya dapat menghasilkan gerakan

yang diinginkan.

b. #ol$i tendon or$an % auto$eni! inhibisi

=olgi tendon organ, seperti muscle spindle merupakan receptor-receptor sensorik

yang terdapat pada bagian otot. =olgi tendon organ terletak disepanjang inter!ace

musculotendinogen dan didalam tendonnya sendiri. 4eceptor-receptor sensorik ini

adalah responsi'e terhadap perubahan tension yang mungkin terjadi dari kontraksi

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

muncul akan menginhibisi akti'itas otot yang langsung berhubungan dengan golgi

tendon organ tersebut. ekanisme ini dinamakan dengan auto$eni! inhibisiC.

. "nte$rasi Spinalada saat impuls-impuls a!!eren dari muscle spindle tiba di medulla spinalis,

impuls tersebut tidak hanya mempengaruhi akti'itas 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. engaruh ini diatur oleh

interneuron-interneuron didalam medulla spinalis yang mungkin terlokalisir pada

satu segmen spinal atau mungkin meluas.

d. &rus Re'le!s

+dalah unit dasar dari akti'itas neural yang diintegrasi. +rcus re!leks terdiri dari ?

1# sebuah organ sensorik "receptor#, $# neuron sensorika!!eren, # mekanisme

SS yang melibatkan sejumlah interneuron, yang tersebar ke atas pada beberapa

le'el SS, 6# neuron motorike!!erent,


22/193

interaksi kompleks dari re!leks-re!leks tersebut dengan kontrol akti'itas otot yang

disadari untuk mempertahankan posisi tegak seseorang.

PERKEMBANGAN GERAKAN

=erakan mulai terjadi didalam kandungan ibu sampai anak lahir. =erakan mengalami

proses perkembangan secara berkesinambungan sampai usia dewasa dan mengalami

penurunan pada saat memasuki usia tua.

erkembangan kemampuan motorik dasar merupakan suatu gambaran perkembangan

pada tahun-tahun awal "balita#. erkembangan kemampuan motorik "gerakan# dapat

diobser'asi selama masa kehidupan awal "0 J $ tahun#, dengan memeriksa perubahan

perkembangan motorik yang terjadi.

rinsip-prinsip perkembangan yang disesuaikan dengan )llingworth adalah sebagai

berikut ?

1. erkembangan merupakan suatu proses yang berkesinambungan, dimana terjadi

continuitas perkembangan pada bayi setiap bulan.

$. erkembangan utamanya bergantung pada kematangan "maturasi# dari sistem sara!.

&ematangan "maturasi# adalah perkembangan struktur dan !ungsi sistem sara! secara

bertahap mendekati sempurna seperti pada orang dewasa.

. %ari serangkaian perkembangan, banyak yang sama pada semua anak, tetapi yang

ber'ariasi pada setiap anak adalah kecepatan perkembangan.

6. +rah perkembangan selalu dari arah kepala ke kaki "cephalocaudal#. Bayi terlebih

dahulu memperoleh kontrol kepala sebelum dia dapat duduk.


23/193

tahun, dia sudah dapat mengambil sebuah manik-manik "butiran kecil# dengan

gerakan pincer-like yang halus pada jari telunjuk dan ibu jari.

erkembangan kemampuan motorik "gerakan# mulai usia 1 bulan sampai $ tahun dapat

dilihat pada ;abel $.1

Tabel 2.1

Perkembangan Kemampuan Moor!k "Gerakan# U$!a 1 % 12 &ulan:sia

"bulan#

erkembangan &emampuan =erakan

otorik &asar "gerak kasar# otorik halus "gerak halus#


24/193

1

$

6

ontoh le'er tk. ) adalah posisi

mempertahankan kepala tetap tegak, dimana le'ernya adalah tengkorak. +tlanto-occipital joint sebagai !ulcrum "a8is#, kontraksiakti'itas otot e8tensor leher untuk

mempertahankan posisi kepala tetap tegak merupakan gaya "*#, dan resistennya

adalah gaya berat dari kepala bagian anterior.

/e'er ;k. )) resisten terletak diantara !ulcrum dan gaya, dimana resisten selalu dekat

dengan !ulcrum. ada le'er ini selalu terbentuk sistem le'er untuk meningkatkan

gaya atau usaha dari otot. Sebagai contoh, berjinjit dimana !oot kompleks merupakan

le'ernya, metatarsophalangeal joint sebagai !ulcrum "a8is#, kontraksi otot triceps

surae sebagai gaya "*#, dan resisten berasal dari gaya berat tubuh yang diproyeksikan

ke kaki.

/e'er ;k. ))) gaya terletak diantara !ulcrum dan resisten. /e'er ini sering terjadi pada

akti'itas kegiatan sehari-hari, karena sebagian besar le'er pada tubuh manusia adalah

le'er tk. ))).

!isiensi dari suatu le'er bergantung pada dimana gaya tersebut bekerja kaitannya

dengan !ulcrum. 3al ini ditentukan oleh kalkulasi echanical +d'antage "+#C yang

dinyatakan dengan rumus ?

+rm *

+ M -------

+rm 4


33/193

ab *. Postur

(ika lengan gaya lebih besar daripada lengan resisten maka + O 1, dan sistem

le'er ini bertujuan untuk meningkatkan gaya atau usaha. ;etapi jika lengan resisten lebih

besar daripada lengan gaya maka + P 1, sehingga sistem le'er ini bertujuan untuk

meningkatkan kecepatan gerak dan 42.

Sebagian besar le'er dalam tubuh manusia mempunyai + P 1.

Prinsip Lever dalam FisioterapiSistem le'er sering diterapkan pada metode Strengthening 8ercise. :ntuk

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

kemajuan yang maksimal. +da $ !aktor yang dapat meningkatkan kekuatan otot yaitu ?

1. eningkatkan resisten atau berat beban.

$. eningkatkan panjang lengan resisten "peningkatan le'erage#

Sebagai contoh, +bduksi shoulder dengan elbow !leksi dapat menurunkan le'erage, dan

secara relati! kontraksi otot yang dihasilkan kurang maksimal sehingga otot-otot yang

agak lemah dapat melakukan gerakan ini, sedangkan jika le'erage ditingkatkan dengan

cara mengekstensikan elbow maka akan menghasilkan kontraksi otot yang kuat sekali.

TITIK BERAT TUBUH

;itik berat adalah suatu titik dimana gaya berat "gaya gra'itasi# bekerja pada

sebuah obyekbenda. ada benda padat yang bersi!at homogen dan bentuknya teratur,

maka titik beratnya selalu berada ditengah atau dapat ditentukan dengan cara +ljabar.

;etapi hal ini tidak dapat diterapkan pada benda atau obyek yang bersi!at heterogen atau

bentuknya tidak teratur. ;ubuh 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.

%alam posisi berdiri, titik berat tubuh "pusat gra'itasi# terletak didalam pel'is

yakni disekitar upper sacrum "tepat berada di depan Fert. S$#. (ika terjadi perubahan

posisi maka titik berat tubuh tersebut akan mengalami perpindahan. Sedangkan titik berat

pada setiap segmen tubuh terletak disekitar 67dari ujung distal segmen tersebut. (ika


34/193

ab *. Postur

tubuh kita mengalami amputasi atau memakai corset pada punggung maka titik berat

tubuh tersebut akan mengalami perubahan.

;ubuh manusia memiliki beberapa segmen tubuh dan masing-masing segmen

mempunyai titik berat bagian yang dapat ditentukan letaknya.:ntuk mencari atau

menentukan titik berat bagian yang melibatkan $ atau segmen tubuh maka kita harus

menentukan gaya berat pada setiap segmen tersebut. =aya berat pada setiap segmen

tubuh dapat diperoleh berdasarkan persentase massa bagian-bagian tubuh menurut

%emster "gbr. .1#.

=ambar .1

%engan demikian, cara menentukan titik berat bagian adalah ?

totM 1L $L N L n.

(ika hanya melibatkan $ segmen tubuh maka ?

totM 1 L $*tot8 dtotM "*18 d1# L "*$8 d$#

>ontoh ? ;entukan titik berat total pada seluruh lengan dalam posisi abduksi 90 oQ


35/193

ab *. 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 $ syarat

keseimbangan yaitu R M 0 dan R* M 0. &eseimbangan suatu tubuh merupakan resultan

dari berbagai gaya yang bekerja pada tubuh tersebut.

:ntuk menganalisa gaya-gaya yang bekerja pada sendi dan otot dalam keadaan

statis maka digunakan sistem keseimbangan dimana keseimbangan tubuh dipengaruhi

oleh gaya e8ternal dan gaya internal. =aya e8ternal yang sangat mempengaruhi sistem

keseimbangan adalah gaya berat "*w# dan gaya normal "*n#. =aya normal akandiperhitungkan jika anggota gerak tubuh menumpu berat badan di atas lantaitanah,

sedangkan gaya berat selalu diperhitungkan didalam menentukan besarnya gaya pada otot

dan sendi.

=aya otot merupakan reaksi terhadap gaya e8ternal. ;anpa gaya e8ternal maka

gaya otot tidak dapat ditentukan. %isamping gaya e8ternal, besarnya sudut pada saat otot

bekerja sangat menentukan besarnya gaya otot tersebut. Begitupula jarak antara gaya-

gaya e8ternal terhadap titik putar "a8is# juga mempengaruhi besarnya gaya otot tersebut.

Sedangkan gaya reaksi di titik putar "gaya reaksi sendi# dipengaruhi oleh gaya e8ternal

dan gaya otot. &ita dapat mengatakan bahwa gaya ini adalah suatu reaksi terhadap gaya

e8ternal dan gaya otot. =aya reaksi ini terutama terjadi pada sendi, tulang, kapsul dan

ligamen, yang biasa dinamakan dengan gaya reaksi sendi. =aya reaksi sendi dan gaya

otot merupakan gaya internal, yang umumnya menghasilkan gaya yang lebih besar

daripada gaya e8ternal.

:ntuk menghitung gaya otot dan gaya reaksi sendi digunakan rumus R M 0 dan

R* M 0. (ika sudut tarikan otot membentuk sudut 90omaka 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.


36/193

ab *. Postur

&omponen rotasi adalah komponen gaya yang tegak lurus dengan garis

penghubung yang dibentuk oleh garis gaya otot yang bekerja dan komponen stabilisasi.

&omponen gaya ini yang menghasilkan gerakan rotasi disekitar a8is sendi. Sedangkan

komponen stabilisasi adalah komponen gaya yang arahnya selalu ke titik putar "a8is

sendi#. &omponen ini tidak memiliki moment gaya tetapi hanya menimbulkan tekanan

pada sendi. (ika sudut tarikan otot kurang dari 90omaka komponen ini mempunyai e!ek

stabilisasi yang besar dan jika lebih dari 90o maka komponen ini menghasilkan e!ek

distraksitraksi pada sendi.

(ika kita menggunakan komponen rectangular didalam menghitung gaya otot dan

gaya reaksi sendi maka kita harus mempertimbangkan rumus ythagoras dan

;rigonometry.>ontoh ? 3itunglah besar gaya otot biceps brachii dan gaya reaksi sendi elbow pada 42

sendi 0o.

RI,TION Ga#a riksi"

*riction adalah gaya tahanan yang muncul ketika suatu tubuh bergerak atau cenderung

bergerak melalui permukaan sanggahan. &emampuan untuk berjalan dan untuk

menggenggam berbagai obyek dengan kedua tangan adalah bergantung pada gaya !rictional.

=aya !riction dapat mencegah terjadinya gerakan seperti penggunaan rubber "karet#

pada permukaan sanggahan. =aya !riksional yang dihasilkan selama gerakan dinamakan

dynamic !riction, sedangkan limiting !riction adalah gaya !riksional yang dihasilkan ketika

terjadi slide disekitar permukaan sanggahan. /imiting !riction mempunyai gaya !riction yang

lebih besar sampai mencapai nilai maksimum daripada dynamic !riction.

=aya !rictional maksimal "limiting !riction# bergantung pada ?

Besarnya tahanan "pressure# dari permukaan sanggahan

Si!at materialbahan dari permukaan dan e!ek yang ditimbulkan berkaitan dengan derajatkekasaran permukaan.

3al ini dinamakan dengan >o-e!!isien !riction dan dinyatakan dengan simbol . >o-

e!!isien !riction untuk kruk yang berujung rubber di atas permukaan lantai keramik adalah

0,0 J 060 , sedangkan co-e!!isien !riction pada kruk yang sama di atas kayu atau papan


37/193

ab *. Postur

yang kasar adalah 0,70 J 0,7< . %engan demikian, gaya !rictional yang besar dapat terjadi

pada permukaan yang kasar. enggunaan talcum powder "bedak# atau oil "minyak# pada

permukaan sanggahan dapat lebih besar menurunkan gaya !riction dan menghasilkan gerakan

yang lebih mudah, sedangkan penggunaan suspension dapat mengeliminir seluruh tahanan

!rictional. %engan meningkatkan gaya !rictional, 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.

%alam praktek, gaya !riction dapat dimodi!ikasi dengan cara ?

1. engubah si!at permukaan kontak dengan menggunakan bahanmaterial yang

mempunyai co-e!!isien !riction "gaya !riction# yang besar atau kecil. Sebagai contoh,

tapak sepatu yang rubber mungkin lebih e!ekti! daripada tapak sepatu yang berkulitkeras tetapi gaya !riction yang dihasilkan akan bergantung pada permukaan jalan.

$. engubah 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.

=a

.

BAB I4

BIOMEKANIK TR3KT3R PENGGERAK PAI

A0


38/193

ab *. Postur

A. BIOMEKANIK T30ANG DAN 5ARINGAN T30ANG

*ungsi dari sistem skeletal adalah untuk melindungi organ J organ internal,

memberikan perlengketan terhadap otot, me!asilitasi kerja otot dan gerakan tubuh "alatgerak pasi!#. ;ulang mempunyai unsur mekanikal yang unik dan dapat berubah unsur-

unsur dan kon!igurasinya jika terjadi kerusakan "!raktur#. erubahan bentuk tulang dapat

diobser'asi selama proses penyembuhan tulang dan setelah operasi tertentu.

Stren$th dan sti''nesmerupakan unsur mekanikal yang penting dari tulang ketika

beban diaplikasikan pada struktur tulang. +danya de!ormasi pada struktur tersebut dapat

diukur dan tergambar dalam kur'a load J de!ormasi, serta kapasitas strength dan sti!!nes

dari struktur tersebut dapat ditentukan. ada kur'a load J de!ormasi menunjukkan tiga

parameter untuk menentukan strength dari struktur tersebut. 1# Struktur tersebut dapat

menahan beban sebelum !ailure, $# Struktur tersebut dapat menahan de!ormasi sebelum

!ailure, # Struktur tersebut dapat menyimpan energi sebelum !ailure.

&ur'a load de!ormasi berguna untuk menunjukkan strength dan sti!!ness dari seluruh struktur tulang. :ntuk memeriksa si!at

mekanikal dari bahanunsur yang menyusun sebuah struktur dan membandingkannya dengan bahan atau unsur yang berbeda makadigunakan tes spesimen yang standar dengan memakai kur'a stress J 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 5cm$atau 5m$dan lainnya.

Strain adalah de!ormasi yang terjadi pada suatu titik dalam struktur tersebut

akibat pengaruh pembebanan. +da $ jenis dasar dari strain yakni ?

1# 5ormal strain adalah besarnya de!ormasi yang dapat merubah panjang struktur

tersebut "memanjang#.

$# Shear strain adalah besarnya de!ormasi angular yang terjadi pada struktur tersebut

sehingga terjadi perubahan sudut pada struktur tersebut.

Skeleton "tulang# tersusun dari tulan$ !orti!al dan tulan$ anellous. &edua jenis

tulang ini mempunyai salah satu unsur atau bahan porosity "berpori J pori#. ada tulang

kortikal mempunyai porous sekitar < J 0 sedangkan tulang cancellous mempunyai

A1


39/193

ab *. Postur

porous sekitar 0 J 90. &arena 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.

=aya dan momen dapat diaplikasikan pada sebuah struktur tulang dalam berbagai

arah, sehingga menghasilkan beban tention, kompresi, bending "pembengkokan#, shear,

torsion dan kombinasi beban "gbr 6.1#

'. Tension

ada 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 dide!inisikan sebagaibeberapa gaya kecil yang arahnya menjauh dari permukaan struktur tulang. aksimal

stress tensile terjadi pada bidang tegak lurus terhadap beban tension "gbr. 6.$#.

%ibawah pengaruh beban tensile maka struktur tulang akan memanjang dan menipis.

ekanisme kerusakan dari jaringan tulang akibat beban tension adalah terutama

terpecahnya garis-garis semen didalam tulang dan tertarik keluar dari sel J sel tulang.

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

cancellous. Sebagai contoh, !raktur pada basis metatarsal F yang berdekatan dengan

perlekatan tendon peroneus bre'is dan !raktur pada calcaneus yang berdekatan

dengan perlekatan tendon +chilles. Suatu !raktur pada calcaneus akibat kontraksi

yang kuat dari otot trisep surae dapat menghasilkan beban tensile yang tinggi pada

tulang tersebut.

*. Kompresi

ada 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. aksimal stress kompresi terjadi

pada bidang tegak lurus dengan beban yang teraplikasi "gbr. 6.#. %ibawah beban

kompresi maka struktur tulang akan memendek dan melebar. ekanisme kerusakan

A$


40/193

ab *. Postur

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

obliDue.

*raktur yang dihasilkan oleh beban kompresi biasanya dijumpai pada 'ertebra,

dimana menunjukkan suatu pemendekan dan pelebaran yang terjadi pada 'ertebra

manusia akibat beban compresi yang tinggi.

Beban compresi yang dapat merusak suatu sendi dihasilkan oleh kontraksi kuat yang

abnormal dari otot J otot disekitarnya. Sebagai contoh, !raktur bilateral subcapital

pada neck !emur yang terjadi selama electrical shock terapi, dimana kontraksi otot-

otot disekitar hip joint menghasilkan beban compresi pada caput !emur melawan

acetabulum.

+. !earada 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. 6.6#. &etika terjadi

shear, akan menyebabkan de!ormasi structural secara internal dalam pola angular,

sudut siku-siku "900# menjadi tumpul atau akut.

*raktur shear biasanya terlihat didalam tulang cancellous. >ontohnya pada !raktur

condylus !emur dan dataran tibia.

Stress yang terjadi pada tulang kortikal orang dewasa berbeda pada setiap

pembebanan "beban compresi, tensile dan shear#. ;ulang 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 "4eilly and

Burstein, 197


41/193

ab *. Postur

tulang mengalami beban bending, stress tensile dan strain bekerja pada satu sisi dari

a8is netral, serta stress compressi dan strain bekerja pada sisi lain, tetapi disana tidak

terjadi stress dan strain pada a8is netral.

&arena tulang tidak simetris maka stress tensile dan compressi tidak mungkin sama.

+da dua type bending yaitu bending yang dihasilkan oleh tiga gaya "three J point

bending# dan bending yang dihasilkan oleh empat gaya "!our J point bending#.

*raktur J !raktur yang dihasilkan oleh kedua type bending tersebut umumnya dapat

diobser'asi. ;hree point bending terjadi ketika gaya yang bekerja pada struktur

tersebut menghasilkan $ momen gaya yang sama "gbr. 6.


42/193

ab *. Postur

mengalami beban torsion, maka stress shear didistribusi keseluruh struktur tersebut

"gbr 6.A#.

%ibawah pengaruh beban torsion, maka stress shear yang maksimal bekerja pada

bidang paralel dan tegak lurus dengan a8is netral struktur tersebut. Selain itu, stress

tensile dan compressi yang maksimal bekerja pada bidang diagonal terhadap a8is

netral struktur tersebut. ola !raktur pada tulang yang mengalami beban torsion

adalah tulang pertama kali rusak pada beban shear, dengan !ormasi keretakan paralel

terhadap a8is netral tulang. Biasanya keretakan tulang terbentuk disepanjang bidang

stress tensile yang maksimal.

8. Kombinasi Beban

eskipun setiap bentuk beban telah dijelaskan secara terpisah, tetapi dalamkehidupan sehari J hari tulang jarang terbebani hanya dalam satu bentuk.

embebanan 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 J baru ini dilakukan pengukuran strain pada

permukaan antero-medial tibia orang dewasa selama akti!itas berjalan dan jogging

"/anyor el all, 197arter "197G# telah menghitung nilai stress dari pengukuran

strain tersebut. Selama akti!itas berjalan normal, stress compressi terjadi selama heel

strike, stress tensile terjadi selama stance phase, dan stress compressi juga terjadi

selama push o!! "gbr 6.7a#.

Secara relati!, stress shear yang tinggi terjadi pada bagian terakhir siklus berjalan,

merupakan beban torsion yang signi!ikan. Beban torsion ini ditunjukkan dengan

terjadinya e8ternal rotasi tibia selama stance phase dan push o!!.

Selama jogging pola stressnya berbeda "gbr 6.7b#. Stress compressi terutama terjadi

pada toe strike. 3al ini akan diikuti dengan stress tensile yang tinggi selama push o!!.

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

torsion yang minimal. Beban torsion ini ditunjukkan dengan terjadinya e8ternal dan

internal rotasi tibia dalam pergantian pola langkah jogging. emerikasaan klinis

terhadap beberapa pola !raktur menunjukkan bahwa hanya sedikit !raktur yang

A


43/193

ab *. Postur

dihasilkan oleh satu bentuk pembebanan atau dua bentuk pembebanan yang sama

dan paling banyak !raktur dihasilkan oleh kombinasi beberapa bentuk pembebanan.

Pengaruh Aktivitas Otot Terhadap Distribusi Stress Dalam Tulang

&etika tulang terbebani, kontraksi otot yang melekat pada tulang tersebut akan

mengubah distribusi stress dalam tulang. &ontraksi otot ini dapat menurunkan atau

mengeliminir stress tensile pada tulang dengan menghasilkan stress compressi baik

secara sebagian "parsial# maupun secara total menetralisir stress tersebut. !ek kontraksi

otot tersebut dapat dijelaskan pada tibia yang mengalami three J point bending. =br 6.Ga

menunjukkan tungkai pemain ski yang jatuh ke depan, terutama tibianya terjadi moment

pembengkokkan.

Stress tensile yang tinggi terjadi pada aspek posterior tibia, dan stress compressiyang tinggi bekerja pada aspek anterior. &ontraksi otot triceps surae menghasilkan stress

compressi yang tinggi pada aspek posterior tibia "gbr 6.Gb#, sehingga menetralisir stress

tensile yang tinggi dan dapat melindungi tibia dari kerusakan akibat tension. &ontraksi

otot ini mungkin menghasilkan stress compressi yang lebih tinggi pada permukaan

anterior tibia.

&ontraksi otot menghasilkan e!ek yang sama pada hip joint. Selama gerakan,

moment bending teraplikasi pada neck !emur, dan stress tensile terjadi pada corte8

superior. &ontraksi otot gluteus medius menghasilkan stress compressi sehingga dapat

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

tensile tidak bekerja pada corte8 superior. %engan demikian, kontraksi otot dapat

menyebabkan neck !emur mampu menahanmenopang beban yang lebih tinggi.

Kelelahan Tulang Dibawah Pembebanan Berulang

*raktur dapat dihasilkan oleh beban tunggal atau aplikasi suatu beban yang terjadi

secara berulang kali. Suatu !raktur akan terjadi pada aplikasi beban tunggal jika beban

tersebut melebihi kekuatan maksimal tulang. +plikasi beban yang rendah dan terjadi

secara berulang kali mungkin menghasilkan suatu !raktur !raktur tersebut dinamakan

dengan !atiDue !raktur. *atiDue !raktur khususnya dihasilkan oleh beban yang tinggi

dengan repetisi yang rendah atau beban yang relati! normal dengan repetisi yang tinggi.

AA


44/193

ab *. Postur

;es yang dilakukan pada tulang organ mati menunjukkan bahwa mikro!raktur

!atiDue mungkin terjadi pada tulang yang mengalami beban dengan repetisi yang rendah

">arter and 3ayes, 1977#. ada test tersebut juga mengungkapkan bahwa tulang

mengalami kelelahan dengan cepat ketika beban atau de!ormasi mendekati batas strength

tulang ">arter and 3ayes, 1977# yaitu diperlukan sejumlah repetisi untuk menghasilkan

suatu !raktur.

Beban repetisi pada tulang organ hidup, tidak hanya besarnya beban dan jumlah

repetisi yang mempengaruhi proses !atiDue, tetapi juga !rekwensi pembebanan. Semenjak

tulang organ hidup dapat memperbaiki strukturnya sendiri, maka suatu !atiDue !raktur

hanya terjadi ketika proses remodeling didahului oleh proses !atiDue, yaitu ketika

!rekwensi pembebanan menghambat kebutuhan remodeling untuk mencegah kerusakan.*atiDue !raktur biasanya terjadi secara terus menerus selama akti!itas !isik yang berat.

&etika 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. 3al ini menghasilkan perubahan distribusi stress

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

!atiDue !raktur mungkin terjadi. &erusakan mungkin terjadi pada sisi tulang yang

mengalami beban tensile atau sisi tulang yang mengalami beban compressi dan atau pada

kedua sisi tulang tersebut. &erusakan pada sisi tensile akan menghasilkan keretakan

tulang secara tran'ersal, dan tulang tersebut dengan cepat bertambah retak menjadi

!raktur yang sempurna. *atiDue !raktur pada sisi compressi terjadi lebih lambat proses

remodeling lebih cepat dari proses !atiDue sehingga tulang tidak mungkin mengalami

!raktur yang sempurna. ;eori kelelahan otot tersebut sebagai penyebab dari !atiDue

!raktur pada e8tremitas bawah dapat diuraikan pada skema berikut ini ?

8c yang berat

&elelahan otot

A7


45/193

ab *. Postur

3ilangnya kapasitas erubahan pola berjalan

penyimpanan energi

embebanan yang abnormal

erubahan distribusi stress

>ompressi yang tinggi &ombinasi ;ension yang tinggi

&eretakan sel obliDue emisahan sel J sel tulang.

;erjadi keretakan sel trans'ersal

*raktur obliDue *raktur trans'ersal

Penyembuhan Tulang

&etika tulang mulai sembuh setelah !raktur, callus "seperti mangkuk# terbentuk

disekitar tempat !raktur yang menstabilisasi area tersebut. Secara signi!ikan callus dapat

meningkatkan area dan polar moment inersia, sehingga dapat meningkatkan strength dan

sti!!ness tulang, khususnya pada beban bending dan torsion selama !ase penyembuhan.

ada saat !rakturnya sembuh maka secara bertahap tulang memperoleh kembali strength

normalnya, dan secara progresi! 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

!raktur dan banyaknya jaringan lunak yang rusak akibat !raktur. ada kecepatan

pembebanan yang rendah, terjadi !ormasi keretakan tunggal secara relati! tulang dan

jaringan lunak masih utuh, dan sedikit terjadi perpindahan atau tidak terjadi perpindahan.

ada kecepatan pembebanan yang tinggi, terjadi !raktur comminution serta kerusakan

jaringan lunak yang luas. 3al ini ditunjukkan pada tulang tibia in 'itro yang dites dengan

AG


46/193

ab *. Postur

beban torsion pada kecepatan pembebanan yang tinggi, menghasilkan !ragmen J !ragmen

tulang yang banyak, dan perpindahan tulang yang berat.

Perubahan Degeneratif Akibat sia

ada saat usia bertambah secara normal, dinding trabeculae didalam tulang

cancellous menjadi lebih tipis secara progresi!, dan mungkin beberapa dinding tersebut

mengalami reabsorbsi. 3asil tersebut ditandai dengan penurunan jumlah tulang

cancellous serta penurunan diameter dan ketebalan corte8. enurunan jumlah total

jaringan tulang tersebut, dan sedikit menurunnya ukuran tulang menyebabkan penurunan

kekuatan dan kekakuan tulang. >ur'a stress strain untuk tulang tibia dewasa in 'i'o

mempunyai dua kur'a yang berbeda antara usia tua dan muda, yang dites dengan beban

torsion, seperti yang ditunjukkan pada gbr 6.9. Stress yang terjadi kurang lebih sama padatulang muda dan tulang tua. Halaupun 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 ,ARTI0AGO ENDI

Sendi adalah hubungan !ungsional antara tulang-tulang skeleton yang berbeda.

ada sendi sino'ial atau sendi yang bergerak bebas, ujung tulang yang bersendi ditutup

oleh 1 J < mm lapisan putih yang tebal dari jaringan connecti'e yang disebut dengan

artila$o sendi. Secara !isiologis, sebenarnya cartilago sendi merupakan jaringan yang

terisolasi jaringan ini sama sekali tidak mendapat suplai darah dan limpatik serta sara!,

juga kepadatan selulernya kurang daripada jaringan lainnya. *ungsi utama dari cartilago

sendi adalah ?

1. :ntuk menyebarkan beban yang terjadi pada sendi sehingga beban tersebut akan

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

$. :ntuk memberikan gerakan relati! pada permukaan tulang lawanannya denganmeminimalkan gaya !riksi "gesekan# dan kerusakan.

Komposisi !artilago

A9


47/193

ab *. Postur

Solid matriks dari cartilago bertanggung jawab terhadap $0 J 60 berat air jaringan

tersebut, yang tersusun dari serabut collagen "A0# dan inter!ibrillar proteoglycan gel

"60# yang mempunyai daya tarik-menarik tinggi terhadap air, serta sel-sel chondrosit

"L $#. A0 J G0 dari jaringan tersebut mengandung banyak air, yang dapat ditekan

keluar dibawah pengaruh beban.

Sifat Biomekanis !artilago Sendi

Si!at biomekanis dari cartilago sendi hanya dapat dipahami berdasarkan si!at-si!at

material jaringan tersebut dan interaksi yang terjadi selama pembebanan. Eang

menentukan si!at material jaringan tersebut adalah solid matriks "collagen dan

proteoglycan# dan interstitial water yang dapat bergerak bebas. %engan demikian,

cartilago sendi dapat dilihat sebagai suatu porous medium yang berisi cairan "analogdengan spon yang berisi penuh air#. *aktor-!aktor yang mempengaruhi si!at cartilago

dibawah pengaruh beban adalah karakteristik material dari solid matriks dan

permeabilitasnya.

Permeabilitas

ermeabilitas merupakan suatu parameter material di dalam jaringan cartilago yang

menggambarkan tahanan !riksional dari solid matriks yang memiliki porous material

sehingga cairan bisa mengalir melewatinya. ermeabilitas jaringan yang rendah akan

menghasilkan lebih besar tahanan terhadap gerakan cairan dibawah pengaruh beban,

begitu pula sebaliknya. %ibandingkan dengan spon biasa, maka cartilago sendi yang

normal memiliki permeabilitas yang sangat rendah.

+da $ cara mekanikal untuk mengalirkan cairan melalui media yang berporous seperti

cartilago sendi "ow and ;orilli, 197airan 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. 6.10a#.

$. (ika cartilago sendi berada dibawah balok kaku yang berporous, kemudian

dilakukan compressi maka cairan akan mengalir juga "gbr. 6.10b#.

70


48/193

ab *. Postur

%alam keadaan ini, gerakan cairan disebabkan oleh compressi yang menghasilkan

peningkatan tekanan secara lokal, dan menghasilkan gaya yang menyebabkan

eksudasi cairan dari jaringan tersebut.

&edua mekanisme ini bekerja secara simultan pada cartilago sendi selama gerakan

sendi. 3al ini telah ditunjukkan secara e8perimental oleh ansour and ow "197A#,

bahwa permeabilitas dari cartilago normal akan menurun secara dramatis pada saat

terjadi peningkatan tekanan dan de!ormasi.

%engan demikian, cartilago sendi mempunyai suatu mekanisme regulator !eedback

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 menahanbeban dan kelelahan jaringan.

ada umumnya, selama terjadi kondisi patologis maka continuitas dari solid matriks

"collagen dan proteoglycan# menjadi terganggu oleh adanya stress mekanikal atau

e!ek biochemis dari aksi enim yang abnormal. %engan 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 akti'itas !ungsional seperti melompat maka cairan interstitial tidak sempat

tertekan keluar sehingga jaringan cartilago akan bersi!at lebih elastis atau kurang

elastis. %engan demikian, akan terjadi perubahan bentuk pada saat pembebanan dan

dengan segera akan kembali ke bentuk semula pada saat tanpa beban. (ika beban

terjadi dengan perlahan dan tetap konstan terhadap jaringan cartilago "seperti selama

berdiri dalam waktu yang lama#, maka de!ormasi jaringan akan terus meningkat pada

saat cairan tertekan keluar.

"ubrication #Peminyakan$

+da $ jenis !undamental dari lubrication yakni ? Boundary lubrication dan *luid *ilm

lubrication. Boundary lubrication bergantung pada absorbsi kimia dari molekul-

molekul lubricant yang monolayer terhadap permukaan kontak padat "Bowden and

;abor, 19A7#. Secara relati!, selama gerakan terjadi maka permukaan komponen-

71


49/193

ab *. Postur

komponen yang menumpu dilindungi oleh molekul-molekul lubricant yang slide satu

sama lain di atas permukaan lawanannya, mencegah terjadinya adhesi! dan abrasi

"luka lecet# yang secara alamiah terjadi pada permukaan kontak. +da bukti

eksperimen yang kuat bahwa cairan sino'ial di dalam sendi sino'ial dapat bekerja

dibawah kondisi pembebanan, seperti halnya dengan boundary lubrication pada

cartilago sendi dimana kemampuan peminyakannya tidak bergantung pada 'iscositas

"kekentalan# cairan sino'ial. 3al ini memungkinkan terjadinya absorbsi chemis dari

cairan sendi ke permukaan sendi pada saat kondisi pembebanan yang berat.

(ika dalam kondisi pembebanan yang rendah dan atau terjadi gerakan oscilasi serta

kecepatan yang relati! tinggi pada permukaan kontak, maka kemungkinan !luid !ilm

lubrication sangat diperlukan oleh sendi dalam kondisi tersebut. %alam !luid !ilmlubrication, lapisan peminyakannya jauh lebih tebal daripada ukuran molekul

peminyakan boundary lubrication sehingga menyebabkan pemisahan yang relati!

besar dari kedua permukaan tumpuan. &apasitas pemumpuan beban dari cairan

tersebut dapat melalui mekanisme, yaitu ?

1. ekanisme hydrostatik lubrication ? ekanisme ini terjadi ketika tidak ada

gerakan slide dari permukaan tumpuan "cartilago sendi# sehingga tekanan didalam

!luid !ilm dapat dibangkitkan oleh tekanan e8ternal melalui mekanisme

hydrostatik lubrication "gbr. 6.11a#

$. ekanisme hydrodinamik lubrication ? ekanisme ini terjadi ketika permukaan

tumpuan bergerak secara tangensial terhadap permukaan tumpuan lawanannya

dan membentuk con'ergensi pada tepi cairan sehingga tekanan tersebut dapat

dibangkitkan oleh 'iskositas cairan yang menyebabkan cairan terserap ke dalam

celah diantara kedua permukaan tersebut "gbr. 6.11b#.

. ekanisme sDueee !ilm lubrication ? ekanisme 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 !luid !ilm lubrication untuk memaksa keluar peminyakan.

%engan demikian, beban tidak dapat disanggah dalam jangka waktu yang tidak

menentu oleh proses sDueee !ilm lubrication. ada akhirnya, !luid !ilm akan

7$


50/193

ab *. Postur

menjadi tipis ketika terjadi kontak yang tajam antara kedua permukaan sendi.

eskipun demikian, mekanisme ini cukup untuk menumpu beban yang tinggi

dalam durasi yang pendek "gbr. 6.11c#.

Kerusakan % kelelahan #&ear$

&erusakan adalah terjadinya pelepasan material dari permukaan solid oleh karena

adanya aksi mekanikal. &erusakan tersebut dapat dibagi kedalam $ komponen, yakni?

1# &erusakan inter!acial yang terjadi akibat adanya interaksi dari permukaan

tumpuan.

$# &erusakan !atigue yang terjadi akibat adanya de!ormasi dari body kontak

"permukaan sendi#.

(ika kedua permukaan tumpuan terjadi kontak maka kerusakan inter!acial dapatterjadi, oleh adanya adhesi! atau abrasi "luka lecet#. &erusakan adhesi! dapat terjadi

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

terletak di bawahnya. &emudian akan muncul !ragmen-!ragmen, sebagai akibat dari

kerobekan pada salah satu permukaan dan terjadi perlengketan satu sama lain. +brasi

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.

&erusakan permukaan cartilago dapat diobser'asi pada in 'itro. (ika terjadi kerusakan

ultrastruktural dan atau hilangnya massa permukaan, maka lapisan permukaan

cartilago menjadi lebih lunak dan lebih permeabel. %alam keadaan ini, tahanan

terhadap gerakan cairan akan berkurang, yang memungkinkan cairan bocor keluar

dari !luid !ilm melalui permukaan cartilago sehingga terpecah di atas permukaan.

3ilangnya cairan akan meningkatkan kemungkinan kontak yang tajam pada

permukaan solid cartilago dan akhirnya dapat lebih memperberat terjadinya proses

abrasi.

&erusakan !atigue dapat terjadi pada permukaan tumpuan yang baik lubrication-nya.

&erusakan ini terjadi akibat adanya de!ormasi yang berulang secara periodik.

&erusakan !atigue terjadi karena adanya akumulasi dari kerusakan material secara

mikroskopik ketika terjadi stress secara berulang-kali. eskipun besarnya stress yang

7


51/193

ab *. Postur

terjadi jauh labih kecil daripada kekuatan material, tetapi pada akhirnya kerusakan

akan terjadi jika cukup sering mengalami stress. ada sendi sino'ial, adanya gerakan

rotasi dan slide dapat menyebabkan area permukaan sendi bergerak kedalam dan

keluar dari area kontak. roses ini menyebabkan stress yang berulang pada cartilago

dan dapat terjadi selama akti'itas !isiologis manusia. &etika cartilago terbebani,

beban akan disanggah oleh matriks collagenproteoglycan dan disanggah pula oleh

adanya tahanan "resisten# dari gerakan cairan yang melewati cartilago. %engan

demikian, beban yang berulang dan gerakan sendi dapat menyebabkan stress yang

berulang pada solid matriks serta terjadi e8udasi dan inhibisi yang berulang dari

cairan interstitial jaringan.

Stress yang berulang pada matriks collagenproteoglycan akan menyebabkankerusakan pada ?

1# Serabut collagen

$# (aringan makromolekul proteoglycan, atau

# )nter!ace "ruang# antara serabut-serabut dan matriks inter!ibrillar.

%ari 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. erubahan ini merupakan bagian dari akumulasi kerusakan pada

jaringan tersebut.

8udasi dan inhibisi cairan interstitial yang terjadi secara berulang-kali dapat

menyebabkan pengeluaran molekul proteoglycan dari matriks cartilago mendekati

permukaan sendi. %engan kata lain, gerakan cairan akan jauh dari area stress yang

terkonsentrasi "area kontak#. enurut 4adin and aul "1977# bahwa !enomena 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 collagenproteoglycan.

76


52/193

ab *. Postur

&erusakan struktural pada cartilago dapat diobser'asi melalui I-!oto. Bagian 'ertikal

dari cartilago yang memperlihatkan keretakan disebut dengan !ibrillasi, yang akhirnya

dapat meluas melewati lapisan cartilago yang sangat dalam. &adang-kadang, lapisan

cartilago mengalami lebih banyak erosi daripada retak. Sekali terjadi kerusakan

mikrostruktur pada cartilago, maka mekanisme kerusakan yang bersi!at mekanikal

akan terjadi secara progresi! terjadi pengeluaran molekul proteoglycan oleh gerakan

cairan yang keras dan kemampuan sel! lubrikasi dari cartilago mengalami kerusakan.

roses ini mempercepat kerusakan inter!asial dan terjadi kelelahan cartilago yang

telah merusak matriks collagenproteoglycan.

Biomekanik Degenerasi !artilago

>artilago sendi mempunyai kapasitas yang terbatas untuk perbaikan dan regenerasi. (ikastress yang besar terjadi pada cartilago maka kerusakan total dapat terjadi dengan sangat

cepat. Suatu hipotesis menyatakan bahwa peningkatan kerusakan secara progresi!

berkaitan dengan ?

1. Besarnya stress yang dialami

$. (umlah stress tinggi yang dialami

. olekul-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#. +da 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 !emur epi!isis yang

tergelincir keluar, atau !raktur intraartikular "urray, 19A


53/193

ab *. Postur

peningkatan beban total dan peningkatan konsentrasi stress akibat articulatio sendi yang

abnormal.

Secara makroskopik, konsentrasi stress mempunyai e!ek yang lebih besar. ;ekanan

kontak yang tinggi diantara kedua permukaan dapat menurunkan mekanisme !luid !ilm

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 !rekuensi 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.2steoarthrosis juga dapat terjadi secara sekunder akibat kelainan molekul-molekul

intrinsik dan struktur mikroskopik dari matriks collagenproteoglycan. Berbagai contoh

dari !enomena ini adalah degenerasi sekunder pada 4+, hemorrhages didalam ruang

sendi pada kondisi hemophilia "/ee et al., 1976#, gangguan metabolik collagen yang

beragam, dan kemungkinan juga degradasi cartilago "penurunan !ungsi# oleh enym

proteolytic "+li and 'ans, 197#. +danya kelemahan struktural pada cartilago akan

mudah mengalami kerusakan oleh beban stress yang normal dan !rekuensi beban yang

rendah.

,. BIOMEKANIK 5ARINGAN ,O00AGEN

(aringan collagen yang mengelilingi sistem skeletal adalah li$aman (termasu!

!apsul sendi), tendon dan !ulit. Struktur-struktur ini bersi!at pasi!, karena tidak dapat

menghasilkan gerakan akti!. (aringan 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 e8tensibilitas 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

!riction diantara serabut.

7A


54/193

ab *. Postur

Selama akti!itas, ligamen dan tendon utamanya mengalami beban tension.

=erakan sendi menghasilkan beban tensile pada ligamen, sedangkan kontraksi otot

menghasilkan beban yang sama pada tendon. &ulit mengalami beban dalam bentuk yang

lebih kompleks, yaitu menahan beban tensile, kompressi dan shear.

Sifat ' Sifat (ekanikal Dari )aringan !ollagen

Si!at-si!at jaringan collagen yang terbebani, dipengaruhi oleh tiga !aktor utama yaitu ?

1. 2rientasi structural dari serabut-serabut

2rientasi structural dari ketiga jaringan collagen adalah berbeda-beda dan sesuai

dengan !ungsi setiap jaringan "gbr. 6.1$#.

Serabut tendon mempunyai struktur serabut yang hampir paralel alignment, yang

membuat tendon sangat cocok untuk menahan beban tensile yang tinggi. Serabutligament termasuk kapsul sendi mempunyai struktur serabut yang kurang konsisten

"kurang paralel# dimana ber'ariasi pada setiap ligament, bergantung pada !ungsi

ligament tersebut "&ennedy et al, 197A#. Sebagian besar serabut-serabut ligament

hampir mendekati paralel, tetapi beberapa ligament mempunyai struktur yang tidak

paralel. &ulit mempunyai struktur serabut yang saling bertautan. Susunan struktur ini

memberikan si!at e8tensibilitas dalam segala arah.

$. Si!at serabut collagen dan serabut elastis

&omponen-komponen utama dari jaringan collagen adalah serabut collagen dan

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

collagen. &edua jenis serabut tersebut mempunyai si!at yang berbeda-beda dibawah

pengaruh beban karena serabut collagen tersusun dari unsur ductile J like "seperti

pipa# dan serabut elastis tersusun dari unsur brittle J like "seperti sapu# "=rood, 197G#.

Si!at 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. 6.1a#. &emudian terjadi de!ormasi sampai akhirnya

terjadi kerusakan yang berjarak dari A J G . Serabut elastis "pada otot#

memperlihatkan pemanjangan yang besar "dua kali lebih panjang dari panjang awal#

77


55/193

ab *. Postur

ketika terjadi beban yang rendah. ada saat beban meningkat, tiba-tiba serabut

menjadi kaku dan ru!tur secara tiba-tiba tanpa adanya de!ormasi "gbr. 6.1b#.

Serabut collagen relati! kuat dan dapat mentolerir sekitar setengah dari stress yang

ditolerir oleh tulang kortikal pada beban tension. Serabut elastis relati! lemah, hanya

dapat mentolelir sekitar 110dari stress yang ditolerir oleh tulang kortikal pada beban

tension.

. roporsi antara serabut collagen dan serabut elastis

roporsionya didalam jaringan collagen adalah ber'ariasi sesuai dengan !ungsi setiap

jaringan didalam melakukan dan mempengaruhi si!at mekanikal jaringan tersebut.

*ungsi utama tendon adalah untuk mentransmisi gaya-gaya otot ke tulang atau !ascia.

(aringan ini memiliki hampir seluruh serabut collagen, sehingga si!atnya hampiridentik dengan berkas serabut collagen dibawah pengaruh beban tensile.

*ungsi 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.

;etapi $ ligamen pada spine yakni ligamen nuchae dan ligamen !la'um tersusun dari

$serabut elastis dan menunjukkan hampir secara sempurna si!at elastisnya "*ielding

et al., 1970 5achemson dan 'ans, 19AG#. &edua ligamen ini mempunyai !ungsi

khusus yaitu untuk melindungi akar sara!-sara! 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 !la'um yang

mempunyai persentase serabut elastis yang tinggi "A0-70#. &edua ligamen tersebut

dites dengan beban tension sampai terjadi kerusakan. ada kur'a load-elongasi

menunjukkan perbedaan dari hasil tes kedua ligamen tersebut.

"*+A(,-T

+da !aktor-!aktor utama yang menentukan kekuatan ligamen dibawah pengaruh

beban ? u!uran dan bentu! li$amen serta !eepatan beban. +rea >ross Sectional dari

suatu ligamen dapat mempengaruhi kekuatannya. (umlah serabutnya yang banyak, lebih

7G


56/193

ab *. Postur

lebar dan lebih tebal serabutnya merupakan ligamen yang kuat. Seperti pada tulang,

ligamen akan meningkatkan kekuatan dan kekakuannya pada saat kecepatan beban

meningkat. &ennedy et al. "197A# menemukan bahwa hampir ooper K isol "1970# yang memeriksa insersio ligamen pada knee anjing

dengan cahaya dan mikroskop electron, bahwa ada 6 one di dalam insersio tersebut

berdasarkan basis histologiknya. :jung ligamen merupakan ona 1, serabut collagen

yang saling bertautan dengan !ibrocartilage merupakan ona $. Secara bertahap

!ibrokartilago tersebut menjadi mineral !ibrokartilago "ona #. &emudian mineral!ibrokartilago bersatu dengan tulang kortikal "ona 6#. !ek konsentrasi stress pada

insersio ligamen dapat dikurangi oleh adanya tiga unsur yang lebih kaku pada hubungan

tulang-ligamen "ona 1, $ K #.

Perpindahan sendi selama berusakan ligamen

&etika ligamen mengalami pembebanan, terjadi mikro!ailure "kerusakan kecil# sebelum

titik akhir tercapai. &etika melampaui titik akhir tersebut, ligamen mulai mengalami

kerusakan yang berat dan secara simultan sendi mulai bergeser secara abnormal. &arena

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. 5oyes "1977# mengaplikasikan tes klinis yaitu anterior

drawer test, pada knee cada'er sampai pada titik kerusakan ligament cruciatum anterior.

ada beban maksimum, sendi telah berpindah beberapa millimeter. /igamen tersebut

masih dalam kontinuitasnya meskipun telah mengalami makro!ailure dan mikro!ailure

yang luas serta elongasi "pemanjangan# yang berlebihan.

3asil dari tes in 'itro ini dapat dihubungkan dengan penemuan klinis. =ambar 6.16

menunjukkan kur'a study e8perimental yang terbagi dalam regio. 4egio pertama

berkaitan dengan banyaknya beban yang terjadi pada ligamen selama tes klinis stabilitas

sendi. 4egio kedua berkaitan dengan banyaknya beban yang terjadi pada ligamen selama

79


57/193

ab *. Postur

akti'itas !isiologis. 4egio ketiga berkaitan dengan banyaknya beban yang terjadi pada

bahan yanti 1

Documents

mempelajari aspek anatomi

isiologi atihan erila

ilmu hewan orthopedic

biomekanik menggunakan