Biomekanik Vertebra

1

BIOMEKANIK VERTEBRA Columna vertebralis terdiri dari 33 tulang vertebra yang membentuk kurva dan secara struktural terbagi atas 5 regio. Dari superior ke inferior, mulai dari 7 segmen vertebra cervical, 12 segmen vertebra thoracal, 5 segmen vertebra lumbal, 5 vertebra sacral yang menyatu dan 4 vertebra coccygeus yang menyatu. Karena terdapat perbedaan struktural dan adanya sejumlah costa, maka besarnya gerakan yang dihasilkan juga beragam antara vertebra yang berdekatan pada regio cervical, thoracal, dan lumbal. Pada setiap regio, 2 vertebra yang berdekatan dan jaringan lunak antara kedua vertebra tersebut dikenal dengan segmen gerak (Segmen Junghan’s). Segmen gerak tersebut merupakan unit fungsional dari spine (vertebra). Setiap segmen gerak terdiri atas 3 sendi. Corpus vertebra terpisah oleh adanya diskus intervertebralis yang membentuk tipe symphysis dari amphiarthrosis. Facet joint kiri dan kanan antara processus artikular superior dan inferior adalah tipe plane/glide joint dari diarthroses yang dilapisi oleh cartilago sendi. Lebih jelasnya, unit fungsional dari columna vertebralis terdiri dari anterior pillar dan posterior pillar. Anterior pillar dibentuk oleh corpus vertebra dan diskus intervertebralis yang merupakan bagian hidraulik, weight bearing, dan shock absorbing. Posterior pillar dibentuk oleh processus artikular dan facet joint, yang merupakan mekanisme slide untuk gerakan. Juga dibentuk oleh 2 arkus vertebra, 2 processus transversus, dan processus spinosus.

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

2

A. Anterior Pillar Corpus vertebra pada regio cervical lebih kecil daripada vertebra thoracal dan lumbal. Secara progresif, corpus vertebra semakin besar ke bawah dari regio cervical sampai regio lumbal. Pada regio lumbal, corpus vertebranya besar dan lebih tebal daripada regio diatasnya. Hal ini sesuai dengan tujuan fungsional, bahwa pada saat posisi tubuh tegak maka setiap vertebra harus menopang semua berat trunk, lengan dan kepala sehingga area permukaan vertebra lumbal yang luas/besar akan mengurangi besarnya stress yang terjadi. Diskus intervertebralis merupakan fibrocartilago compleks yang membentuk articulasio antara corpus vertebra, dikenal sebagai symphisis joint. Diskus intervertebralis pada orang dewasa memberikan kontribusi sekitar ¼ dari tinggi spine. Diskus intervertebralis merupakan salah satu komponen three-joint kompleks antara 2 vertebra yang berdekatan dan makin ke caudal makin tebal. Diskus intervertebralis mulai ada pada segmen C2-C3 sampai segmen L5-S1. Peran diskus intervertebralis adalah memberikan penyatuan yang sangat kuat, derajat fiksasi intervertebralis yang penting untuk aksi yang efektif dan proteksi alignmen dari canal neural. Diskus juga dapat memungkinkan gerak yang luas pada vertebra. Setiap diskus terdiri atas 2 komponen yaitu: 1. Nukleus pulposus ; merupakan substansia gelatinosa yang berbentuk jelly transparan, mengandung 90% air, dan sisanya adalah collagen dan proteoglycans yang merupakan unsur-unsur khusus yang bersifat mengikat atau menarik air. Nukleus pulposus merupakan hidrophilic yang sangat kuat & secara kimiawi di susun oleh matriks mucopolysaccharida yang mengandung ikatan protein, chondroitin sulfat, hyaluronic acid & keratin sulfat. Nukleus pulposus tidak mempunyai pembuluh darah dan saraf. Nukleus pulposus mempunyai kandungan cairan yang sangat tinggi maka dia dapat menahan beban kompresi serta berfungsi untuk mentransmisikan beberapa gaya ke annulus & sebagai shock absorber. 2. Annulus fibrosus ; tersusun oleh sekitar 90 serabut konsentrik jaringan collagen yang nampak menyilang satu sama lainnya secara oblique & menjadi lebih oblique kearah sentral. Karena serabutnya saling menyilang secara vertikal sekitar 30o satu sama lainnya maka struktur ini lebih sensitif pada strain rotasi daripada beban kompresi, tension, dan shear. Orientasi serabutnya juga memberikan kekuatan tension ketika vertebra mengalami beban kompressi, twisting, atau pembengkokan sehingga membantu mengendalikan gerakan vertebra yang beragam. Serabut-serabutnya sangat penting dalam fungsi mekanikal dari diskus intervertebralis, memperlihatkan suatu perubahan organisasi dan orientasi saat pembebanan pada diskus dan saat degenerasi diskus. Susunan serabutnya yang kuat

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

3

melindungi nukleus di dalamnya & mencegah terjadinya prolapsus nukleus. Secara mekanis, annulus fibrosus berperan sebagai coiled spring (gulungan pegas) terhadap beban tension dengan mempertahankan corpus vertebra secara bersamaan melawan tahanan dari nukleus pulposus yang bekerja seperti bola. Diskus intervertebralis memiliki nukleus pulposus yang berbentuk bulat ibarat bola yang terletak antara 2 papan, sehingga memiliki 6 derajat gerak yaitu : •

Tilting depan-belakang dlm bid sagital sbg fleksi– ekstensi. • Gliding kedepan-belakang dlm bidang sagital sbg anterior – posterior glide. • Tilting kesamping kanan-kiri dlm bidang frontal sbg Fleksi lateral kanan-kiri • Gliding kesamping kanan-kiri dlm bid. frontal sbg gerak geser kanan-kiri • Rotasi kanan-kiri dlm bid. transversal sbg rotasi ka-ki. • Gliding sumbu longitudinal sbg traksi–kompresi.

Cartilaginous end-plate menutup nukleus pulposus kearah superior dan inferior, terletak antara nukleus dan corpus vertebra. Setiap cartilaginous dikelilingi oleh cincin apophyseal dari masing-masing corpus vertebra. Serabut-serabut collagen dari lapisan dalam annulus fibrosus berinsersio didalam cartilaginous end-plate dan membentuk sudut kearah sentral, sehingga membentuk kapsul pada nukleus pulposus. Nutrisi akan berdifusi dari sumsum corpus vertebra ke diskus melalui cartilaginous end-plate. Ligamen-ligamen yang memperkuat diskus intervertebralis adalah ligamen longitudinal anterior dan posterior. Ligamen longitudinal anterior merupakan ikatan padat yang panjang dari basis occiput ke sacrum pada bagian anterior vertebra. Dalam perjalanannya ke sacrum, ligamen ini masuk ke dalam bagian anterior diskus intervertebralis dan melekat pada antero-superior corpus vertebra, sedangkan pada tepi antero-inferior corpus vertebralis terdapat suatu space potensial dimana ligamen ini tidak melekat sehingga sering terbentuk osteofit pada OA. Ligamen longitudinal posterior memanjang dari basis occiput ke canal sacral pada bagian posterior vertebra, tetapi ligamen ini tidak melekat pada permukaan posterior corpus vertebra sehingga nampak suatu space yang dilewati oleh plexus venous

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

4

paravertebra. Pada regio lumbal, ligamen ini mulai menyempit dan semakin sempit pada lumbosacral, sehingga ligamen ini lebih lemah daripada ligamen longitudinal anterior.

B. Posterior Pillar Bagian posterior pillar yang paling penting adalah facet joint (sendi facet) yang dibentuk oleh processus artikularis superior vertebra bawah dan processus artikularis inferior vertebra atas. Sendi facet termasuk dalam non-axial diarthrodial joint. Setiap sendi facet mempunyai cavitas articular dan terbungkus oleh sebuah kapsul. Gerakan yang terjadi pada sendi facet adalah gliding (gerak geser), menekuk dan rotasi sehingga memungkinkan terjadi gerak tertentu yang lebih dominan pada segmen tertentu. Fungsi mekanis sendi facet adalah mengarahkan gerakan. Besarnya gerakan pada setiap vertebra sangat ditentukan oleh arah permukaan facet articular. Arah facet pada cervical dalam bidang transversal, pada thoracal dalam bidang frontal, dan pada lumbal dalam bidang sagital. Sendi facet dan diskus memberikan sekitar 80% kemampuan spine untuk menahan gaya rotasi torsion dan shear, dimana ½-nya diberikan oleh sendi facet. Sendi facet juga menopang sekitar 30% beban kompresi pada spine, terutama pada saat spine hiperekstensi. Gaya kontak yang paling besar terjadi pada sendi facet L5-S1. Struktur lainnya pada bagian posterior adalah canalis spinalis yang berisi spinal cord, foramen intervertebralis yang merupakan tempat keluarnya radiks (akar) saraf vertebra, costovertebral dan costotransversal pada regio thoracal, processus spinosus

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

5

Sistem Ligamenter pada Vertebra Struktur ligamen-ligamen yang memperkuat vertebra adalah : 1. Ligamen Longitudinal Anterior Ligamen ini melekat dari basis occiput ke sacrum pada bagian anterior vertebra. Ligamen longitudinal anterior merupakan ligamen yang tebal dan kuat, dan berperan sebagai stabilisator pasif saat gerakan ektensi. 2. Ligamen Longitudinal Posterior Ligamen ini melekat dari basis occiput ke canalis sacral pada bagian posterior vertebra tetapi pada regio lumbal, ligamen longitudinal posterior mulai menyempit dan semakin sempit pada lumbosacral sehingga ligamen ini lebih lemah daripada ligamen longitudinal anterior, dan diskus intervertebralis lumbal pada bagian posterolateral tidak terlindungi oleh ligamen longitudinal posterior. Ligamen ini sangat sensitif karena banyak mengandung serabut saraf afferent nyeri (A delta dan tipe C) dan memiliki sirkulasi darah yang banyak. 3. Ligamen Flavum Ligamen ini sangat elastis dan melekat pada arcus vertebra tepatnya pada setiap lamina vertebra. Ke arah anterior dan lateral, ligamen ini menutup capsular dan ligamen anteriomedial sendi facet. Ligamen ini mengandung lebih banyak serabut elastin daripada serabut kolagen dibandingkan dengan ligamen-ligamen lainnya pada vertebra. 4. Ligamen Interspinosus Ligamen ini sangat kuat yang melekat pada setiap processus spinosus dan memanjang kearah posterior dengan ligamen supraspinosus. 5. Ligamen Supraspinosus Ligamen ini melekat pada setiap ujung processus spinosus. Ligamen ini menonjol secara meluas pada regio cervical, dimana dikenal sebagai ligamen nuchae atau ligamen neck. Pada regio lumbal, ligamen ini kurang jelas karena menyatu dengan serabut insersio otot lumbodorsal. Bersama dengan ligamen longitudinal posterior, ligamen flavum, dan ligamen interspinosus bekerja sebagai stabilisator pasif pada gerakan fleksi. 6. Ligamen Intertransversal

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

6

Ligamen ini melekat pada tuberculum asesori dari processus transversus dan berkembang baik pada regio lumbal. Ligamen ini berperan sebagai stabilisator pasif pada gerakan lateral fleksi.

Sistem Muscular pada Vertebra Otot-otot spine terdiri atas otot-otot intrinsik dan extrinsik dengan fungsi utama sebagai stabilisator, disamping sebagai penggerak. Pada bagian depan regio cervical terdapat m. rectus capitis anterior, m. rectus capitis lateralis, m. longus capitis, m. longus colli dan 8 buah otot hyoideus. Pada abdominal terdapat m. rectus abdominis, m. obliquus externus dan internus. Bagian belakang regio cervical terdapat m. splenius capitis, m. splenius cervicis sebagai ekstensor utama. Pada thoracalis dan lumbal terdapat mm. thoracalis posterior, m. sacrospinalis, m. semispinalis, m. spinalis, m. longissimus dan m. iliocostalis, dan otot-otot spinalis dalam mm. multifidi, mm. rotatores, mm. interspinalis, mm. intertransversarii, m. levatores costarum.

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

7

Bagian lateral daerah cervical terdapat m. sternocleidomastoideus, m. levator scapulae, dan m. scalenus anterior, posterior dan medius. Pada lumbal terdapat m. quadratus lumborum dan psoas mayor.

Gerak Spine (Vertebra) Tiap gerak melibatkan 3 sendi (three joint kompleks), corpus vertebra yg dibatasi oleh diskus intervertebralis, sepasang sendi facet yg dibentuk oleh proc. articularis superior pada vertebra bawah dengan proc. articularis inferior vertebra atasnya. Pada cervical ditambah dengan uncinate joint. Secara umum diskus intervertebral memungkinkan terjadinya gerak yang luas, facets joint mengarahkan dan membatasi serta menstabilisasi gerakan per segment. Costae membatasi dan menstabilisasi gerakan pada thoracal spine.

C. Kurva Spinal Dilihat dari bidang sagital, vertebra memperlihatkan 4 kurva normal. Kurva vertebra thoracal dan sacrum adalah konkaf kearah anterior (kiposis) yang nampak pada saat lahir dan dikenal sebagai kurva utama. Kurva vertebra lumbal dan cervical adalah konkaf kearah posterior (lordosis), yang berkembang sebagai penopang tubuh dalam posisi tegak setelah anak mulai belajar duduk dan berdiri. Kurva ini tidak nampak saat anak lahir, yang dikenal sebagai kurva spinal sekunder. Meskipun kurva cervical dan

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

8

thoracal sedikit berubah selama tahun-tahun pertumbuhan, kurvatur lumbar spine akan meningkat sekitar 10% antara usia 7 tahun dan 17 tahun. Kurvatur spinal (postur) dipengaruhi oleh herediter (faktor keturunan), kondisi-kondisi patologis, keadaan mental seseorang, dan gaya yang secara habitual (kebiasaan) sering terjadi pada spine (vertebra). Secara mekanikal, kurva-kurva vertebra dapat memungkinkan vertebra lebih besar berperan sebagai shock absorber tanpa injury daripada jika vertebra dalam keadaan lurus. Keempat kurva spinal dapat menjadi distorsi (penyimpangan) ketika spine (vertebra) secara habitual mengalami gaya asimetris. Kurva lumbal yang berlebihan atau hiperlordosis seringkali berkaitan dengan kelemahan otot abdominal dan tilting pelvic ke anterior. Penyebab hiperlordosis adalah deformitas kongenital spine, kelemahan otot abdominal, kebiasaan postur jelek dan overtraining dari aktivitas olahraga yang memerlukan gerakan hiperekstensi lumbal secara berulang-ulang seperti gimnastik, skating, lempar lembing, atau berenang gaya kupu-kupu. Adanya lordosis yang berlebihan dapat menimbulkan stress kompressi yang besar sehingga dapat menjadi faktor resiko berkembangnya low back pain (nyeri pinggang). Wanita cenderung mengalami hiperlordosis daripada laki-laki, dan lordosis cenderung lebih besar terjadi saat terjadi peningkatan tinggi badan dan penurunan berat badan. Abnormalitas lainnya pada kurvatur spine adalah kiposis yang berlebihan pada thoracal. Kiposis berkembang pada awal masa remaja, dengan insiden sampai 8% pada populasi umum dan distribusi yang sama antara laki-laki dan wanita. Kiposis seringkali akibat dari penyakit Scheuermann’s. Lateral deviasi atau deviasi kurvatur spine dikenal sebagai skoliosis. Deformitas lateral sering membentuk kopel dengan deformitas rotasi dari vertebra yang terlibat, dimana kondisi skoliosis memiliki range dari ringan ke berat (keras). Scoliosis nampak kurvanya berbentuk huruf “C” atau “S” pada thoracal spine, atau lumbal spine, atau kedua-duanya.

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

9

D. Vertebra Cervical Secara keseluruhan, vertebra cervical terdiri atas 2 segmen anatomikal dan fungsional yang berbeda yaitu : 1. Segmen superior atau suboccipital, yang terdiri dari vertebra C1 atau atlas dan vertebra C2 atau axis. Kedua vertebra tersebut terhubung satu sama lain dan pada occiput melalui rantai sendi-sendi yang kompleks dengan 3 axis gerak dan 3 DKG. 2. Segmen inferior memanjang dari permukaan inferior axis ke permukaan superior Th1. Seluruh vertebra cervical adalah sama, kecuali atlas dan axis yang berbeda satu sama lain dan dengan vertebra cervical lainnya. Sendi-sendi pada segmen inferior hanya memiliki 2 tipe gerakan yaitu fleksi dan ekstensi, dan lateral fleksi yang disertai dengan rotasi. Secara fungsional, kedua segmen tersebut saling melengkapi untuk menghasilkan gerakan yang sebenarnya yaitu rotasi, lateral fleksi, fleksi dan ekstensi kepala. Atlas (C1) berbentuk cincin dengan diameter transversal lebih besar daripada diameter anteroposterior. Atlas memiliki 2 massa lateral yang berbentuk oval dan berjalan secara oblique, anterior dan medial ; kedua massa tersebut memiliki permukaan yang bikonkaf yaitu facies artikular superior yang menghadap kearah superior – medial dan bersendi dengan condylus occipital, dan permukaan yang konveks kearah anteroposterior yaitu facies artikular inferior yang menghadap kearah inferior – medial dan berhubungan dengan facet superior axis. Pada arkus anterior terdapat facet artikular yang berbentuk oval kecil dan dilapisi oleh kartilago serta bersendi dengan processus odontoid axis. Arkus posterior pada awalnya datar tetapi menjadi lebih tebal kearah posterior untuk membentuk tuberculum posterior pada bagian tengah. Processus transversal memiliki foramen untuk lintasan arteri vertebralis. Permukaan superior dari corpus axis terdapat processus odontoid yang bertindak sebagai pivot untuk atlanto-axial joint, dan kearah lateral terdapat 2 facet artikular yang menghadap kearah superior – lateral dan konveks kearah anteroposterior serta datar kearah transversal. Arkus posterior terdiri dari 2 lamina yang sempit dan processus spinosus memiliki 2 tuberculum, seperti pada vertebra cervical lainnya. Processus artikular inferior dilapisi oleh kartilago dan menghadap kearah inferior – anterior serta

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

10

bersendi dengan processus artikular superior C3. Processus transversus memiliki foramen yang vertikal untuk lintasan arteri vertebralis. Vertebra C3 sama dengan 4 vertebra cervical dibawahnya dengan karakteristik vertebra cervical. Vertebra C3 – C7 memiliki corpus vertebra yang lebih lebar. Permukaan superior atau plateau superior kearah lateral membentuk processus unciform/uncinatus yang menghadap kearah superior – medial dan bersendi dengan 2 processus unciform/ uncinatus vertebra atas yang menghadap kearah inferior. Khusus C3, processus unciform bagian superior bersendi dengan 2 proyeksi tulang yang datar dari permukaan inferior axis. Pada arkus posterior terdapat processus artikular yang memiliki facet artikular superior yang menghadap kearah superior – posterior dan bersendi dengan facet artikular inferior vertebra atasnya. Facet artikular inferior menghadap kearah inferior – anterior dan bersendi dengan facet artikular superior vertebra bawahnya. Processus transversus dan pedicle juga melekat pada corpus vertebra. Processus transversus memiliki foramen didekat corpus vertebra untuk lintasan arteri vertebralis. Kedua lamina berjalan oblique kearah inferior – lateral dan membentuk processus spinosus ditengahnya dengan 2 tuberculum Cervical spine memiliki mobilitas dan stabilitas besar karena terdiri atas atlanto occipital (upper), atlanto axial (mid) dan intervertebral joint C2 – 3, sampai dengan C6 – 7 (lower) (lihat gambar dibawah ini). Pada segmen C1 – C7 memiliki diskus intervertebralis, dimana diskus memiliki peran yang besar dalam menghasilkan gerakan yang luas.

Karena susunan anatomis dan fungsi yang berbeda, maka dapat dipilih dalam segmentasi sebagai berikut :

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

11

1. Atlanto-occypital joint (C0 – C1) Merupakan sendi sinovial jenis ovoid yang dibentuk facies articular inferior occyput yang cembung dan facies articular atlas yang cekung. Gerak utama fleksi-ekstensi sehingga dikenal sebagai “yes joint”. Secara arthrokinematika, gerakan occiput terhadap atlas memerlukan slide pada sendi lawanannya berkaitan dengan gerakan fisiologis. Sendi ini divergen sekitar 30°, sehingga permukaan sendi sebenarnya bukan dalam bidang sagital. Menurut Higelmark derajat sagital axis sendi dari condylus occipital adalah 28° divergen dari permukaan anterior sendi. Warner menjelaskan sendi ini seperti condyloid sehingga gerakan flexi ekstensinya menjadi luas dan lateral fleksi terbatas. Gerakan flexi ekstensi terjadi disekitar axis transversal dan lateral flexi disekitar axis sagital. ROM flexi extensi pada sendi ini adalah 16° – 20° dan dibatasi oleh ligamen alar. Menurut Fielding, White and Panjabi and Paning tidak ada gerakan rotasi pada segmen C0 – C1 sedangkan menurut Whereas Depreux and Mesidagh terjadi gerakan rotasi 5° pada segmen tersebut. 2. Atlanto-axial joint (C1 – C2) Merupakan sendi sinovial jenis sendi putar, dibentuk oleh atlas arc dengan dens dimana gerak utamanya rotasi kiri dan kanan, sehingga dikenal sebagai “no joint”. Bersama-sama diperkuat oleh : a. Pada bagian depan: ligamen cruciate, ligamen apical pada proc. odontoid, ligamen axial occypito median, Capsular ligamen pada atlanto occipital, ligamen longitudinal posterior, ligamen atlanto occipital anterior, dan ligamen longitudinal anterior. b. Pada bagian belakang terdapat : membran atlanto occipital posterior, ligamen atlanto axial posterior, ligamentum nuchae, ligamen cervical posterior, Capsular ligamen dan ligamen Plaval. Atlanto axial joint memiliki 4 sendi untuk menghasilkan gerakan yaitu bursa atlanto dentalis yang berhubungan dengan

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

12

artikulatio bagian tengah dan 2 bagian lateral. Bursa atlanto dentalis merupakan ruang antara lig transversal dari atlas dan dents axis. Articulatio middle atlanto axial terletak diantara dents axis dan permukaan posterior dari arcus anterior atlas. Sebagian besar gerakan pada atlanto axial joint terjadi pada articulatio lateral atlanto axial, yaitu sendi yang dibentuk dipermukaan articular superior anterior atlas dan axis. ROM pada setiap sisi 40° – 50°, dimana menghasilkan setengah total rotasi cervical spine. Seperti pada atlanto occipital joint, rotasi pada sendi ini terutama dibatasi oleh ligament alar. Gerakan flexi ekstensi pada segmen ini hanya minimal yaitu 10o – 15°. Lateral flexi pada segmen ini hanya terjadi secara simultan dengan gerakan rotasi pada axis. Lewit and Jirout menggambarkan gerakan ini sebagai hasil dari force rotasi sehingga dapat terjadi pergeseran ke lateral pada tepi articular sendi bagian lateral dari atlas dibandingkan tepi lateral dari axis. 3. Intervertebral joint (C2 – C7) Gerakan ke segala arah dengan gerakan dominan seperti ekstensi 12°, fleksi 10°, lateral fleksi 16o.

a. Gerakan segmen C2 – C3 Gerakan pada segmen C2 – C3 adalah representatif dari segmen vertebra cervical yang khas dengan discus intervertebralis dan 8 bidang sendi, terdiri dari 4 sendi facet dan 4 sendi uncovertebralis (joint of Van Lesckha). Axis gerak melalui nukleus pulposus dan memberikan kebebasan gerak pada 3 bidang gerak. Karena orientasi pada sendi facet maka gerakan lateral flexi dan rotasi selalu terjadi secara bersamaan dalam arah yang sama. Karena gerakan selalu beriringan maka

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

13

tidak mungkin terjadi gerakan rotasi murni atau lateral flexi murni. Gerakan slide pada permukaan sendi tergantung pada rotasi yang tegak lurus pada axis. Besarnya gerakan rotasi atau lateral flexi bergantung pada susunan oblique dari permukaan sendi dalam bidang frontal. Permukaan sendi yang lebih horizontal maka lebih terjadi gerakan rotasi, sedangkan permukaan sendi yang vertikal maka lebih besar terjadi gerakan flexi. Pada vertebra C2 terjadi 2 axial rotasi yang seiring dengan setiap 30° lateral flexi. b. Gerakan segmen C3 – C7 Mid cervical spine dapat memberikan ROM yang paling luas pada leher. Inklinasi dari permukaan facet pada segmen vertebra ini adalah 45° pada bidang horizontal. Segmen bawah lebih curam daripada segmen atas. Seperti pada segmen C2 – C3 lateral flexi dan rotasi terjadi secara bersamaan dalam arah yang sama karena bidang oblique dari permukaan sendi. Meskipun demikian pada setiap segmen gerak terjadi slide yang berlawanan arah dalam permukaan sendi. Sebagai contoh, pada saat rotasi ke kanan maka facet articular bagian kanan akan slide kearah posterior dan inferior pada permukaan sendi bagian inferior. Total ROM pada regio ini 35o – 37° dari total rotasi adalah 45°. Pada saat flexi dan ekstensi murni maka kedua facet superior pada setiap segmen gerak akan slide kearah superior. Pada saat flexi, kedua facet akan slide kearah superior, dan pada saat extensi kedua facet slide kearah inferior. Total ROM flexi ekstensi pada lower cervical 100 – 120°. 4. Facet joint dan Uncovertebral joint Mulai dari C2 ke bawah membentuk intervertebral joint atau facet dimana terletak lebih pada bidang transversal. Facet dibentuk oleh proc. articular inferior vertebra atasnya dengan proc. articular superior vertebra dibawahnya, sehingga memungkinkan gerakan leher ke segala arah. (lihat gambar)

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

14

Uncovertebral (uncinate) joint bukan merupakan sendi yang sebenarnya tetapi merupakan pertemuan tepi lateral corpus vertebra cervical. Uncovertebral joint hanya terdapat pada cervical spine, berfungsi sebagai stabilisasi dan mengarahkan gerak segmental sehingga lebih dominan fleksi-ekstensi. 5. Muscular Fungsi utama otot leher adalah sebagai stabilisasi aktif dan menahan kepala. Sebagian besar otot leher kearah tipe I atau tonik, sering dijumpai patologi tightness (ketegangan otot yang berlebihan), kontaktur (pemendekan otot) dan tendomyosis. Otot-otot pada cervical spine meliputi : a. Bagian anterior : m. sternocleidomastoid, m. longus cercivis (descending, ascending dan longitudinal), m. rectus capitis anterior, m. rectus capitis anterior minor, m. rectus capitis lateralis, m. scalenus anterior, m. scalenus medius, m. scalenus posterior. b. Bagian posterior : ms. rectus capitis major dan minor, ms. obligus capitis superior dan inferior, m. cervical transverso spinalis, m. interspinosus, ms. semispinalis capitis dan cervicis, ms. transversal thoracis dan longissimus thoracis, m. levator scapula, dan m. trapezius.

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

15

E. Vertebra Thoracal Secara khas, vertebra thoracal tersusun oleh beberapa bagian yang sama seperti vertebra lumbal tetapi terdapat perbedaan struktural dan fungsional yang penting. Corpus vertebra thoracal secara kasar memiliki diamater transversal dan anteroposterior yang sama. Secara proporsional, corpus vertebra thoracal lebih besar daripada corpus vertebra lainnya, kemudian permukaan anterior dan lateral corpus membentuk cekungan. Tepi posterolateral dari vertebra plateau (dataran vertebra) membentuk suatu facet artikular yang oval disebut dengan facet artikular costal yang berhubungan dengan costovertebral joint. Kearah posterolateral dari corpus vertebra membentuk 2 buah pedicle. Kemudian kearah posterior dari pedicle terdapat 2 buah lamina yang membentuk bagian terbesar dari arkus vertebra. Kedua lamina tersebut lebih tinggi daripada lamina vertebra lainnya. Didekat pedicle pada tepi superior lamina terdapat processus artikular superior yang membentuk facet artikular. Facet tersebut dilapisi oleh kartilago dan berbentuk oval, datar atau sedikit konveks kearah transversal dan menghadap kearah posterior, sedikit superior – lateral. Pada tepi inferior lamina didekat pedicle terdapat processus artikular inferior yang membentuk facet artikular. Facet tersebut juga dilapisi oleh kartilago dan berbentuk oval, plane (datar) atau sedikit konkaf kearah transversal dan menghadap kearah anterior, sedikit inferior – medial ; facet ini bersendi dengan processus artikular superior dari vertebra bawahnya. Processus transversus pada thoracal menghadap kearah lateral dan sedikit posterior, dimana ujungnya membentuk facet artikular yang kecil dan berhubungan dengan tuberculum costalis. Processus spinosus pada thoracal lebih panjang daripada vertebra lainnya serta berbentuk tajam yang berinklinasi kearah inferior dan posterior, dimana ujungnya terdapat tuberculum. (lihat gambar)

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

16

Vertebra Th12 bekerja sebagai bridge (jembatan) antara regio thoracal dan lumbal, serta memiliki karakteristik tertentu yaitu : 1. Corpusnya hanya memiliki 2 facet costal yang berhubungan dengan Costa XII, terletak pada sudut posterolateral dari vertebral plateau. 2. Processus artikular superior bersendi dengan processus artikular inferior dari vertebra thoracal atasnya, yang menghadapa kearah posterior, sedikit superior – lateral, sedangkan processus artikular inferior bersendi dengan processus artikular superior vertebra L1. Oleh karena itu, untuk menyesuaikan dengan processus artikular superior vertebra lumbal maka processus artikular inferior Th12 menghadap kearah lateral – anterior serta sedikit konveks kearah transversal. 1. Costovertebral dan costotransversal joint Pada setiap level vertebra thoracal terdapat sepasang costa yang bersendi dengan vertebra, dan terdapat 2 sendi yaitu costovertebral joint antara caput costa, diskus intervertebralis dan corpus vertebra, serta costotransversal joint antara tuberculum costa dan processus transversus vertebra bawahnya. Costovertebral joint merupakan sendi sinovial yang terbentuk dari 2 facet costal pada sisi vertebra, salah satu pada tepi superior vertebra bawah dan lainnya pada tepi inferior vertebra atas. Kedua facet tersebut membentuk sudut yang solid, dimana dasarnya terdapat annulus fibrosus dari diskus intervertebralis. Facet dari caput costa sedikit konveks dan juga membentuk sudut yang solid antara satu dengan lainnya dimana tepat masuk kedalam sudut yang dibentuk oleh facet costal vertebra. Ligamen interosseous melekat pada caput costa antara 2 facet artikular dan pada diskus intervetebralis, membagi sendi ini kedalam 2 cavitas yang berbeda yaitu cavitas superior dan inferior, serta dibungkus oleh kapsul tunggal. Costovertebral joint diperkuat oleh ligamen radiate yang terdiri dari 3 serabut yaitu serabut superior dan serabut inferior yang melekat pada corpus vertebra yang saling berdekatan serta serabut intermediate yang melekat didalam annulus fibrosus dari diskus intervertebralis. Costotransversal joint juga merupakan sendi sinovial yang terdiri dari 2 facet artikular yang oval, salah satunya pada ujung processus transversus dan lainnya pada tuberculum costa. Sendi ini dibungkus oleh kapsul tetapi diatasnya diperkuat oleh 3 ligamen costotransversal yaitu : a. Ligamen costotransversal interosseous ; ligamen ini sangat pendek dan kuat, berjalan dari processus transversus ke permukaan posterior dari collum costa.

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

17

b. Ligamen costotransversal posterior ; berbentuk rectangular, panjangnya 1,5 cm dan lebarnya 1 cm, berjalan dari ujung processus transversus ke tepi lateral tuberculum costal. c. Ligamen costotransversal superior ; sangat tebal dan kuat, datar dan quadrilateral, lebarnya 8 mm dan panjangnya 10 mm, berjalan dari tepi inferior processus transversus ke tepi superior dari collum costa dibawahnya. Menurut beberapa peneliti juga terdapat ligamen costotransversal inferior yang terletak pada sendi dibawahnya. Secara keseluruhan, costa bersendi dengan vertebra thoracal dengan 2 buah sendi sinovial yaitu costotransversal joint (sendi yang sederhana), dan costovertebral joint (sendi ganda) yang lebih solid dan saling mengunci. (lihat gambar)

2. Gerakan Ada 3 DKG yang terjadi pada vertebra thoracal yaitu : a. Fleksi – Extensi Selama ekstensi, vertebra bergerak kearah posterior dan diskus sisi posterior menyempit. Akibatnya diskus melebar kearah anterior dan nukleus pulposus bergeser kearah anterior. Ekstensi dibatasi oleh terbenturnya processus artikular dan processus spinosus yang tajam berinklinasi kearah inferior dan posterior, yang secara normal hampir menyentuh. Ligamen longitudial anterior mengalami

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

18

penguluran sementara ligamen longitudinal posterior, ligamen flavum dan ligamen interspinosus menjadi relaks. Selama fleksi, terjadi interspace antara 2 vertebra yang membuka pada bagian posterior dan nukleus bergeser kearah posterior. Permukaan dari processus artikular akan slide kearah atas dan processus artikular inferior pada vertebra atasnya cenderung bergantung diatas processus artikular superior pada vertebra bawahnya. Fleksi dibatasi oleh ketegangan yang berkembang pada ligamen interspinosus, ligamen flavum, kapsular ligamen sendi antara processus artikular dan ligamen longitudinal posterior. Sebaliknya ligamen longitudinal anterior menjadi relaks. Gerakan fleksi – ekstensi thoracal juga berhubungan dengan sangkar thoraks. Selama fleksi, semua sudut yang dibentuk antara segmen-segmen thoraks yang beragam dan antara thoraks dengan vertebra thoracal akan membuka keluar. Sudut-sudut yang terbuka keluar adalah sudut costovertebral, sudut sternocostalis superior dan inferior dan sudut chondrocostal. Sebaliknya selama ekstensi, semua sudut tersebut menjadi lebih kecil b. Lateral fleksi Selama lateral fleksi, facet artikular pada kedua vertebra yang berdekatan akan slide satu sama lain. Pada sisi kontralateral facet akan slide ke atas seperti pada saat fleksi, sedangkan pada sisi ipsilateral facet akan slide ke bawah seperti pada saat ekstensi. Lateral fleksi dibatasi oleh terbenturnya processus artikular pada sisi gerakan (sisi ipsilateral), dan juga dibatasi oleh ligamen flavum dan ligamen intertransversal pada sisi kontralateral. Gerakan lateral fleksi thoracal juga berhubungan dengan sangkar thoraks. Selama lateral fleksi, sisi kontralateral thoraks akan elevasi, space intercostal akan melebar, sangar thoraks membesar dan sudut chondrocostal pada costa X cenderung membuka. Pada sisi ipsilateral terjadi sebaliknya yaitu sangkar thoraks mengecil dan menyusut, space intercostal menjadi sempit dan sudut chondrocostal menjadi lebih kecil c. Rotasi Ketika satu vertebra berotasi terhadap vertebra lainnya, maka facet artikular akan slide satu sama lain dan ini menyebabkan rotasi corpus vertebra yang relatif terhadap vertebra lainnya. Hal ini diikuti oleh rotasi dan twisting dari diskus intervertebralis dan bukan gerakan shearing pada diskus seperti pada regio lumbal. Rotasi dan twisting pada diskus memiliki ROM yang besar, khususnya rotasi murni pada vertebra thoracal adalah kurang lebih 3 kali lebih besar dari vertebra lumbal. Bagaimanapun juga, rotasi thoracal akan lebih besar jika vertebra thoracal tidak dihubungkan dengan kuat oleh tulang thoraks. Dalam

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

19

kenyataannya, suatu gerakan pada setiap columna vertebralis akan menyebabkan gerakan yang sama pada beberapa costa yang berhubungan, tetapi gerak sliding dari costa berpasangan terhadap pasangan costa diatasnya dibatasi oleh tulang sternum dimana setiap level costa melekat pada sternum melalui cartilago costal. Oleh karena itu, rotasi vertebra akan menyebabkan distorsi pada pasangan costa yang berhubungan. Distorsi terjadi karena adanya elastisitas costa khususnya cartilagonya, dimana distorsi yang terjadi adalah : 1) Penonjolan konkavitas costa pada sisi rotasi vertebra. 2) Pendataran konkavitas costa pada sisi lawanannya 3) Penonjolan konkavitas sudut chondrocostal pada sisi lawanan dari rotasi vertebra 4) Pendataran konkavitas sudut chondrocostal pada sisi rotasi. Selama rotasi, sternum mengalami gaya shearing dan posisinya menjadi oblique kearah superior-inferior sebagaimana mengikuti gerakan rotasi dari corpus vertebra. Tahanan mekanikal dari thoraks berperan cukup besar membatasi ROM vertebra thoracal. Ketika thoraks masih fleksibel seperti pada usia muda maka gerakan vertebra thoracal memiliki ROM yang cukup besar tetapi pertambahan usia dimana terjadi ossifikasi cartilago costal akan menyebabkan penurunan elastisitas chondrocostal. Akibatnya, thoraks menjadi hampir kaku dan gerakan yang berhubungan menjadi menurun. 3. Muskular Pada daerah thoracal, otot yang utama adalah otot respiratorius yaitu : a. Otot levator costa, yang melekat pada ujung processus transversus dan tepi superior dari costa bagian bawah. Fungsinya bekerja mengangkat (elevasi) costa. b. Otot eksternal intercostal, yang serabutnya berjalan paralel terhadap otot levator costa sebagaimana otot tersebut berjalan oblique kearah superior – medial. Otot ini bersama-sama dengan levator costa berfungsi untuk mengangkat (elevasi) costa dan bekerja sebagi otot inspirasi. c. Otot internal intercostal, yang serabutnya oblique berjalan kearah superior – lateral, berfungsi untuk menurunkan (depressi) costa dan bekerja sebagai otot ekspirasi. d. Otot sternocostalis merupakan otot yang kecil, biasanya diabaikan karena lokasinya yang retro-sternal. Otot ini terletak pada permukaan dalam sternum dan serabutnya melekat pada costa II – VI, berjalan oblique kearah inferior – medial. Kontraksi dari seluruh serabut otot ini dapat menurunkan (depressi) cartilago costal yang relatif terhadap sternum sehingga otot ini merupakan otot ekspirasi.

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

20

e. Diaphragma merupakan kubah muskulo-tendinogen yang membentuk lantai thoraks dan pemisah antara thoraks dan abdomen (lihat gambar).

Ketika diaphragma berkontraksi maka tendon sentral akan tertarik ke bawah sehingga meningkatkan diamater vertikal dari thoraks. Elevasi dari costa bagian bawah menyebabkan diaphragma meningkatkan diameter transversal thoraks bagian bawah dan secara simultan (bersamaan) terjadi juga elevasi costa bagian atas sehingga meningkatkan diameter anteroposterior thoraks. Oleh karena itu, diaphragma dikatakan sebagai otot utama respirasi karena menghasilkan peningkatan 3 diamater rongga thoraks yaitu :  Peningkatan diameter vertikal karena tertariknya tendon sentral ke bawah.  Peningkatan diameter transversal karena adanya elevasi costa bagian bawah.  Peningkatan diameter anteroposterior karena adanya elevasi costa bagian atas dengan bantuan sternum.

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik

21

F. Vertebra Lumbal Vetebra lumbal juga memiliki karakteristik seperti pada vertebra thoracal, meskipun secara keseluruhan hampir sama dengan struktur vertebra thoracal.

G. Sacroiliaca Joint dan Tulang Pelvis

By Sudaryanto, S.St Dosen Biomekanik