TINJAUAN PUSTAKA
1. Prinsip-prinsip mekanik
Mekanik itu sendiri berhubungan dengan tindakan dari tekanan pada bodi. Biomekanik berhubungan dengan tindakan dari kekuatan fisik pada tubuh manusia dan yang digunakan. Biomekanik berhubungan juga dengan banyak faktor yang mempengaruhi sistem otot kerangka seperti aktivitas elektronik dalam otot, tekanan dari luar yang menghasilkan perubahan kulit, jumlah energi, untuk daya gerak, dan pola gerakan yang ektrim dari analisa kinematik atau gerak. Kekuatan adalah tindakan atau gerakan dari bagian tubuh atau lainnya yang cenderung merubah bentuk gerak dari bagian tubuh berikutnya. Lebih dari satu bagian tubuh selalu terlibat setiap membicarakan kekuatan. Kekuatan antara bagian-bagian tubuh selalu dalam bentuk berpasangan. Merupakan hukum gerak Newton ketiga. “Untuk tiap kekuatan gerakan ada kesamaan dan reaksi kekuatan yang bertolak belakang”.
Beberapa kasus gerakan akan lebih disadari misal ketika menarik beban berupa kereta barang. Kasus lain, reaksi lebih berupa bukti sama dengan reaksi dorongan pada mesin jet. Hal ini sering terasa nyaman dalam menganalisa kekuatan untuk mengamati gerakan dan reaksi secara terpisah. Bagian tubuh sangat banyak digunakan dalam analisa teknik seperti menunjukkan efek-efek dari gerakan dan reaksi secara terpisah. Mempertimbangkan situsasi dimana tubuh menarik beban. Teknik
mengisolasi bagian tubuh dari tiap-tiap hal disekitarnya dan menunjukkan kekuatan yang digunakan untuk mendorong dari bagian- bagian tubuh yang lain disebut diagram bagian tubuh bebas. Teknik ini akan digunakan secara manusiawi untuk analisa kekuatan kontak dari socket pada stump. Vektor-vektor merupakan kuantitas-kuantitas yang bisa diukur besarannya dan arah yang bisa disajikan secara grafik dengan anak panah. Besaran dari kuantitas vektor seperti kekuatan ditunjukkan secara skala arbitrasi dengan panjang oleh anak panah. Arah ditunjukkan dengan garis dari batang dan kepala dari anak panah.
Jika konsep-konsep dari kekuatan vektor dari diagram bagian tubuh bebas dikombinasikan, hubungan kuantitatif dari beberapa kekuatan bertindak secara simultan. Berat dalam bagian tubuh adalah sepasang kekuatan tarik menarik antara tubuh dan bumi. Manusia menarik bumi dengan kekuatan yang sama dengan besarnya berat tubuh. Analisis masalah-masalah prosthetic kebalikan dari prinsip ini sering digunakan. Jika tubuh diketahui dalam keadaan equilibrium, poligon kekuatan yang terdekat bisa sangat membantu dalam menyelesaikan kekuatan yang tidak diketahui. Kekuatan yang memiliki efek yang sama pada kotak sebagai keseluruhan kombinasi dari tiga kekuatan yang bergerak secara simultan. Momen dari kekuatan cenderung untuk memproduksi rotasi dari tubuh mengenai poin referensi. Tiap-tiap besarannya adalah produk dari kekuatan dikali jarak tegak lurus dari garis arah kekuatan menuju poin referensi. Pertimbangkan batang keseimbangan dari jungkat jungkit. Jika kekuatan F diterapkan pada jarak d, totasi batang kearah jarum jam. Jika baik kekuatan F atau jarak dari d meningkat, kecenderungan rotasi meningkat secara proporsional. Jika kekuatan diukur dengan pon dan jarak dengan feet, momen ditunjukkan dalam lb-ft searah jarum jam.
xxvii
Gambar 2.17 Kekuatan momen
Sumber: C.W. Radcliffe and J. Foort, 1961
Untuk menjaga rotasi selama gerakan dari kekuatan F, aksi berbalik harus diterapkan. Tambahkan sedetik kekuatan P dengan lengan pengungkit b. Kekuatan P sekarang menghasilkan kebalikan arah jarum jam yang mana momen produk dari P kali b [lb-ft]. Untuk membuat momen equilibrium, untuk menjaga rotasi, produk dari F kali d harus sama dengan P kali b. 2. Tingkat berjalan normal
Kekomplekan proses daya gerak terbukti ketika mempertimbangkan enam faktor utama yang mempengaruhi bentuk gerakan yaitu interaksi sendi lutut, flexi lutut, flexi hip, rotasi panggul poros vertikal, kemiringan lateral dari panggul dan pergeseran lateral dari panggul. Melalui daya penggerak, tubuh manusia melibatkan pengaruh dari total pola pergeseran dari faktor–faktor bentuk gerakan sejumlah otot utama dari bagian tubuh yang lebih rendah. Terdapat dua fase saat kaki berjalan yaitu fase berdiri dan fase berayun. Fase berdiri (stance phase) merupakan bagian siklus dimana tungkai acuan berkontak dengan lantai, terbagi menjadi fase heel contact, foot flat, midstance point, dan heel off. Fase berdiri dimulai saat tumit menyentuh lantai (heel contact), kemudian dilanjutkan dengan kaki yang menapak penuh ke lantai (foot-flat). Midstance dimulai saat posisi foot- flat dan berakhir saat heel-off. Push-off dimulai saat heel-off dan berakhir saat toe- off bergerak. Fase berayun (swing phase) merupakan bagian siklus dimana tungkai acuan tidak menyentuh lantai. Fase ini dimulai dengan tidak tersentuhnya kaki ke lantai dan berakhir saat tumit menempel ke lantai (heel contact). Gambar 2.18 menunjukkan siklus berjalan manusia normal. Gambar 2.19 menunjukkan fase berdiri dan berayun secara keseluruhan.
Gambar 2.18 Siklus berjalan normal
Sumber: C.W. Radcliffe, J. Foort, 1961
Gambar 2.19 Fase berdiri dan berayun
xxix
Momen lutut merupakan gerakan pada kelompok otot dimana lutut cenderung berubah sudutnya, baik flexi atau extensi. Momen sendi merujuk pada gerakan otot dari keseluruhan sendi yang menyebabkan fleksibilitas plantarflexion atau dorsiflexion. Mekanisme dari kelompok otot-otot utama dari extremity-lower ditunjukkan pada gambar 2.20.
Gambar 2.20 Mekanisme otot-otot kaki Sumber: C.W. Radcliffe, J. Foort, 1961
Tahap-tahap dalam siklus berjalan dijelaskan dengan beberapa bagian. Mulai dari saat belum bergerak, melangkah, dan saat kedua kaki kembali seperti posisi semula. Beberapa bagian tersebut dijelaskan, sebagai berikut:
1. Kejadian-kejadian awal sebelum kontak tumit pertama,
Referensi pada gambar 2.18 khususnya pada kurva di bagian yang berhubungan dengan akhir dari tahapan mengayun (sekitar 95% siklus lengkap) dapat dicatat bahwa gerakan sendi lutut mencapai extensi maksimal ketika sebelum kontak tumit dan periode dari fleksibilitas lutut yang telah terjadi dimana berlanjut menjadi tahap cara berdiri. Penurunan pada tingkat extensi lutut ini di akhir tahap mengayun, persiapan pada kaki sebelum membuat kontak dengan lantai,
tergantung pada gerakan dari kelompok otot-otot hamstring seperti yang terlihat pada kurva aktivitas otot. Kelompok otot hamstring mengikat sampai panggul bagian belakang pada persendian dan sampai tibia dan fibula di bawah sendi lutut. Tensi atau tekanan dalam kelompok hamstring dapat menyebabkan ekstensi pangkal paha, fleksibilitas lutut atau keduanya secara berurutan.
2. Tahap kontak tumit,
Ketika tumit membuat kontak, gerakan otot hamstring cenderung memberikan kekuatan ke belakang sehingga terjadi kontak dengan lantai. Lutut bergerak dengan cepat selama tahap ini. Aktivitas dalam kelompok otot hamstring ini terus berlanjut tetapi dengan besaran yang terus menurun sedangkan gerakan otot quadriceps mulai terjadi dengan cepat. Kelompok otot quadriceps bergerak ke depan sendi otot dan kelompok otot pretibial bergerak sekitar persendian, menjalankan fungsi interaksi lutut dan menjadi efek dari gerakan lembut dari kaki depan ke lantai. Funsi utama dari lutut dan sendi selama kontak tumit adalah penyerapan goncangan kontak tumit dan menjaga langkah lembut dari pusat gravitasi dari keseluruhan tubuh. Studi energi menunjukkan bahwa lutut dan sendi memberikan kontribuisi yang sama dalam fungsi kontak tumit. Fungsi dari lutut sama dengan penyerapan goncangan yang seringkali diabaikan.
3. Tahap tengah berdiri atau midstance point,
Gerakan fleksibel lutut yang terkendali dari tahap kontak tumit menjadi tahap midstance (antara kaki datar dan tumit lepas). Sudut maksimal dari flexi lutut sekitar 20 derajat dan muncul dalam bagian pertama tahap midstance. Ketika tubuh bergerak melewati lutut yang stabil, bagian atas daya tolak dari rekasi lanatai bergerak ke depan pada sol dari kaki, kemudian meningkat ke gerakan dorsifleksion pergelangan kaki dan menyebabkan lutut memulai periode gerak
xxxi
extensi. Pada periode ini, kendali pada kaki dilakukan melalui interaksi sendi lutut, dengan aktivitas otot minimal dalam kelompok yang berfungsi pada pangkal paha dan lutut. Lutut mencapai posisi gerak extensi maksimalnya ketika tumit meninggalkan tanah, dengan kelompok otot calf yang memberikan ketahanan pada ekstensi lutut dan gerakan dorsifleksi sendi. Ketika tumit menginggalkan tanah, lutut memulai kembali periode flexinya, menghasilkan gerakan otot utama dari sendi pangkal paha atau panggul. Urutsan dari kendali gerakan fleksibel pada kontak tumit, menghasilkan perluasan sedikit demi sedikit dalam tahap midstance dan gerakan flexi yang terkendali sebagai persiapan untuk mengayun dalam menyelesaikan gerakan lutut atau cara berjalan yang menghemat energi pada orang normal. 4. Fase push-off,
Selama tahap push-off, lutut terbawa ke depan oleh gerakan sendi panggul dan keseimbangan sensitif sehingga harus dijaga agar terjadi interaksi pangkal paha, lutut, dan sendi pergelangan kaki. Kombinasi gerak ini memiliki dua tujuan yaitu menjaga gerakan halus ke depan dari tubuh secara keseluruhan dan mengawali gerakan angular dalam mengayun.
Ketika lutut memulai gerak flexi, (sesaat sebelum tumit meninggalkan tanah), otot lutut pertama harus menahan efek eksternal dari kekuatan bola kaki yang melewati ruang di bagian sendi lutut. Jadi, ketika lutut digerakkan ke depan oleh gerakan sendi pangkal paha, lutut harus membalik tiap gerakan untuk meberikan ketahanan yang terkendali pada fleksibilitas dengan meningkatkan aktivitas otot quadriceps. Beberapa hal yang bersifat tidak tetap pada aktivitas otot hamstring dicatat sebagai antagonistik. Kelompok otot calf berlanjut memberikan plantarlexion aktif selama tahap push-off. Pada waktu jari kaki meninggalkan lantai, lutut telah bergerak secara flexi dengan sudut 40
sampai 45 derajat pada maksimum 65 derajat yang mana akan tercapai pada tahap ayunan.
Perbaikan kaki prosthetic ke dalam fungsi yang normal pada fase push- off sangat sulit dilakukan. Posisi lutut sangat penting, sama seperti sumber aktif dari energi pergelangan kaki. Karena kurangnya sumber aktif dari energi pergelangan kaki, awalan dari gerak fleksi pada lutut pasien amputasi yang memakai prosthetic harus berasal dari gerakan flexi pangkal paha.
5. Fase mengayun gerakan quadriceps,
Tujuan keseluruhan dari fase mengayun adalah mendapatkan kaki dari satu posisi ke posisi berikutnya dengan gerakan yang lembut. Pada awal tahap ayunan, kaki harus menyelesaikan periode peningkatan kecepatan dalam energi geraknya yang disebabkan oleh gerakan ekstensi aktif dari pergelangan kaki dan flexi dari pangkal paha selama tahap push-off. Lutut melakukan gerakan flexi dan berlanjut menjadi menegang setelah jari kaki lepas dari pijakan. Selama melakukan jalan cepat, akan dihasilkan gerakan flexi lutut yang berlebih dan tumit meningkat tetapi hal ini tidak berlaku untuk gerakan kelompok otot quadriceps dalam membatasi sudut flexi lutut sekitar 65 derajat dan kemudian memulai gerakan extensi lutut. Gerakan extensi lutut berlanjut sebagai hasil dari kombinasi efek pendulum, dimana kecenderungan gerak terdapat pada bagian shank, kaki dan otot. Gerakan kecil otot quadriceps dibutuhkan karena faktor- faktor lainnya juga sama pentingnya. Misalnya otot iliopsoa memberikan kontribusi dengan mengembangkan flexi pangkal paha secara aktif yang mana mendorong akselerasi lutut ke depan dan ke belakang.
xxxiii
Selama midswing, terdapat periode dimana aktivitas otot minimal dan akselerasi kaki ke belakang dan ke depan seperti pendulum dengan kekuatan gerakan yang disebut pivot point.
7. Terminal deceleration-hamstring action,
Pada akhir ayunan, tingkat dari extensi gerakan lutut harus dikurangi dalam rangka untuk menurunkan kaki pada awal kontak tumit. Penurunan akselerasi terminal ini pada kaki normal untuk menahan gerakan extensi dari kelompok otot hamstring.
8. Gerakan lutut dalam gaya berjalan pasien amputasi,
Penyebab kesulitan dalam penggunaan prosthetic muley (bawah lutut tanpa ada sendi bantu sisi) adalah kerusakan stump, khususnya sendi lutut. Penyebab dari kesulitan karena tegangan yang berlebih pada struktur ligamen dari lutut oleh extensi berlebih dari lutut yang menerima beban. Melindungi struktur ligamen pada sisi yang teramputasi, penting untuk menjaga dimana batas keamanan dari kekuatan dan momen dari lutut yang cenderung menekan lutut sampai posisi extensi yang berlebihan. Pada orang normal, rasa yang nyaman akan posisi lutut membatasi momen gerak yang berlebih dengan menjaga pusat lutut pada garis dimana kekuatan di kirim melalui kaki. Cara ini lutut untuk bergerak lebih terkendali.
2.4ANALISIS GAYA PADA SAAT BERJALAN
Saat kaki dipakai untuk menopang tubuh dan berjalan terjadi pemindahan gaya, pemindahan gaya tersebut ditunjang dengan kerjasama otot-otot kaki. Saat seseorang mengalami amputasi bawah lutut, kerja otot dan sendi terganggu dan pemindahan gaya ke anggota gerak bawah lutut menjadi tidak berfungsi, akibatnya tubuh menjadi tidak seimbang. Keseimbangan tubuh saat berdiri dan berjalan tercapai apabila resultan gaya pada kaki adalah nol. Prosthetic bawah lutut sebagai
pengganti alat gerak tubuh bagian bawah lutut minimal harus dapat menyeimbangkan gaya-gaya tersebut. Analisis mengenai gaya pada kaki dan gaya pada prosthetic dijabarkan, sebagai berikut:
