Biomekanika Spine
Author : Husna Dharma Putera, Fak. Kedokteran Unair
Sistem muskuloskeletal batang tubuh terdiri dari spine (tulang belakang), tulang iga, pelvis dan fasia serta otot-otot yang terkait. Spine terdiri dari 24 semirigid presacral vertebra yang dipisahkan oleh diskus interveretebra yang relatif fleksibel, bersama 7 ligamen intervertebra yang terbentang pada setiap set vertebra, dan 2 sendi sinovial pada setiap vertebra yang disebut sebagai zygapofiseal atau sendi facet. Spine dibagi menjadi 4 regio : servikal, thoraks, lumbal dan sakral. Sakral-coccyx dibentuk oleh 9 vertebra yang terfusi menjadi satu tulang yang berartikulasi dengan dua tulang ilium (innominate bones) untuk membentuk pelvis.
Sistem muskuloskeletal batang tubuh terdiri dari spine (tulang belakang), tulang iga, pelvis dan fasia serta otot-otot yang terkait. Spine terdiri dari 24 semirigid presacral vertebra yang dipisahkan oleh diskus interveretebra yang relatif fleksibel, bersama 7 ligamen intervertebra yang terbentang pada setiap set vertebra, dan 2 sendi sinovial pada setiap vertebra yang disebut sebagai zygapofiseal atau sendi facet. Spine dibagi menjadi 4 regio : servikal, thoraks, lumbal dan sakral. Sakral-coccyx dibentuk oleh 9 vertebra yang terfusi menjadi satu tulang yang berartikulasi dengan dua tulang ilium (innominate bones) untuk membentuk pelvis.
Tulang dan Sendi
- Vetebra
Pengecualian pada vertebra servikal bagian atas (C1 dan C2) yang dikenal sebagai atlas dan aksis, setiap vertebra memiliki struktur anterior yang disebut sentrum vertebral dan sebuah kompleks konfigurasi dari struktur posterior dan lateral. Konfigurasi ini membentuk struktur penting seperti arkus neural yang dibangun oleh pedikel dan lamina, dan membentuk kanal spinal. Prosesus spinosus dan transversus merupakan tempat perlekatan otot. Setiap vertebra memiliki artikular prosesus superior kanan dan kiri serta inferior kanan dan kiri, yang secara berdampingan akan membentuk sendi facet kanan dan kiri.
Sentrum vertebra terdiri dari tulang trabekular yang dikelilingi oleh lapisan kortikal yang tipis. Sentrum merupakan penahan utama terhadap beban kompresi dan shear. Sisi superior dan inferior vertebra disebut vertebral end plate, dimana pada orang dewasa muda, di bagian tengah dari end plate ditutupi oleh lapisan tipis kartilago hyalin (1 mm).
- Segmen atas vetebra servikalis
Struktur C-1 dan C-2 sangat spesial karena memfasilitasi ruang gerakan yang luas bagi kepala. Vertebra C-1 yang menopang kepala adalah tulang yang berbentuk cincin yang memiliki sendi facet superior yang baik. Dens merupakan sentrum C-2, memanjang secara vertikal dan membentuk aksis longitudinal dengan C-1 dan rotasi kepala. Gerakan sekitar aksis ini ditopang oleh ligamen transversus dan ligamen odontoid yang kuat dan sendi facet occiput-C1 dan C1-2.
- Diskus Intervetebralis
Diskus intervertebralis merupakan struktur avaskukar terbesar di tubuh manusia, berperan sebagai pembatas yang fleksibel antar vertebra dan menahan beban kompresi yang disebabkan oleh gravitasi dan kekuatan otot. Diskus normal bersifat seperti sebuah dinding yang tebal yang dibentuk oleh anulus berisi cairan bertekanan. Diskus terdiri dari dua regio yakni nukleus pulposus bagian dalam dan anulus fibrosus.
Ketika beban aksial melewati diskus, kekuatan eksternal tersebut akan ditahan oleh beberapa mekanisme antara lain peningkatan tekanan nukleus. Ketika diskus dalam keadaan steady state hidrasi, tekanan osmotik dibangun oleh hydrated proteoglikan yang ada di dalam nukleus dan membuat keseimbangan dengan stres yang terjadi. Jika intensitas stres semakin meningkat, air akan didorong keluar dari diskus sampai steady state tercapai. Jika stres menurun maka diskus akan mengalami rehidrasi kembali.
Nutrisi diskus berasal dari difusi pembuluh darah yang ada di sekitar anulus dan melalui kapiler dasar yang berdekatan dengan kartilago end plate.
- Sendi Facet
Sendi facet khususnya pada kapsul sendinya kaya akan inervasi saraf sehingga bisa menjadi sember dari beberapa nyeri. Sendi facet secara serangkai menopang gerakan lekukan lateral dan torsi aksial. Permukaan sendi facet sendiri sangat kompleks dan nonplanar. Sebagai contoh, pada vertebra lumbalis bagian atas, permukaan sendi facet yang berlawanan cenderung pada bidang sagital sehingga aksial rotasi akan terbatas. Semakin ke kaudal, permukaan sendinya cenderung pada bidang frontal.
Berdasarkan pengukuran dengan menggunakan CT scan, rata-rata sudut antara permukaan facet kanan dan kiri pada bidang melintang meningkat dari 74o pada L3-4 menjadi 96o pada L4-5 dan 106o pada L5-S1. Meskipun demikian, terjadi variabilitas yang besar pada level L5-S1, dimana nilainya berkisar antara 36o – 180o. Luas area sendi facet pada vertebra lumbalis berkisar antara 100 sampai 350 mm2. Kedua sendi facet (kanan dan kiri) tidak selalu simetris. Ketidaksimetrisan ini disebut sebagai facet tropism.
Pada beberapa studi tentang sifat mekanikal sendi facet menunjukkan bahwa sendi facet mampu menahan 10% - 20% beban kompresi spinal pada posisi berdiri dan lebih dari 50% terhadap beban anterior shear pada posisi fleksi ke depan.
Tekanan kontak sendi facet juga bisa diukur dimana pada posisi torsi sendi facet menahan beban kompresi yang berat. Hasil pengukurannya berkisar antara 4 – 26 Nm/kPa. Tekanan facet yang tertinggi tercatat pada posisi torsi, fleksi dan kompresi. Tekanan sendi facet juga meningkat jika terjadi penurunan tinggi diskus, dimana rata-rata tekanan akan meningkat menjadi 36% untuk kehilangan setiap 1 mm ketinggian diskus dan 61% untuk kehilangan 4 mm ketinggian diskus.
Gerakan Kekakuan Segmen
Pengetahuan tentang sifat pemindahan beban (load-displacement behaviour) dari spine dan komponennya, diperlukan analisis biomekanikal fungsi spine. Uji mekanikal spine biasanya menggunakan 2 vertebra dan jaringan lunak yang terkait yang disebut sebagai gerak segmen spine atau unit fungsional spine. Menentukan kemampuan pemindahan beban didapatkan dengan cara memegang vertebra yang di bawah dan memberikan tekanan pada vertebra di atasnya, maka bisa diukur secara langsung hasil pemindahannya. Dengan cara ini bisa ditentukan koefisien fleksibilitas matriks.
- Vetebra Servikalis
Kemampuan kompleks occiput-C1-2 terhadap tes moment 0.3 Nm menghasilkan skala rotasi dari 3o pada lengkungkan lateral sampai 14.5o pada torsi aksial di C1-2, dan 16o pada ekstensi di occiput-C1.
- Vetebra Thorakalis
Rata-rata nilai kekakuan vertebra thorakalis berkisar dari 100 N/mm pada lateral shear sampai 900 N/mm pada anterior atau posterior shear, dan 1250 N/mm pada kompresi. Kekakuan rotasional sekitar 2 -3 Nm/deg pada fleksi, ekstensi, lengkungan lateral dan torsi aksial.
- Vetebra Lumbalis
Kekakuan gerak segmen lumbalis berkisar dari 600 – 700 N/mm pada kompresi aksial, dan 100 – 200 N/mm pada anterior, posterior atau lateral shear. Kekakuan rotasional berkisar dari 1 – 2 Nm/deg pada fleksi, ektensi, dan lengkungan lateral, dan 6.8 Nm/deg pada torsi aksial.
Referensi
Schultz AB, Miller AA. Biomechanics of the Human Spine. In Mow VC, Hayes WC, editors. Basic Orthopaedic Biomechanics. New York : Raven Press,Ltd. 1991. pp. 337-68.
Print halaman ini
Print this page