Biomekanika Spine

  • View
    185

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

Biomekanika SpineSistem 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 Vertebra 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.

1

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 vertebra 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 intervertebralis 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

2

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 L5S1. Meskipun demikian, terjadi variabilitas yang besar pada level L5-S1, dimana nilainya berkisar antara 36o 180o. Luas area sendi facet pada

3

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. Kekuatan Vertebra Telah dilakukan beberapa studi tentang kekuatan kompresi vertebra, antara lain : 1.5 kN pada C-3 sampai 2.0 kN pada T-1, 2.5 kN pada T-8, 3.7 pada T-12 dan 5.7 kN pada L-5. Gerak 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

4

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. Vertebra 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. Vertebra 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. Vertebra 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. Sendi sakroiliak Sifat pemindahan beban pada sendi sakroiliak orang dewasa berkisar 100 300 N/mm pada superior, inferior, anterior dan posterior shear. Kekakuan lengkungan terendah 7 Nm/deg pada torsi aksial, 12 Nm/deg

5

pada ekstensi, dan tertinggi 16 Nm/deg dan 30 Nm/deg pada fleksi dan lengkungan lateral. Ligamen Ligamen spine terdiri dari ligamen longitudinal anterior dan posterior, ligamen flavum, ligamen interdan supraspinosus, ligamen

intertransversus. Kekuatan tensil ligamentum flavum berkisar 5 18 N (tergantung umur), dan stres failure berkisar 2 10 MPa pada ketegangan 30 70%. Ligamen longitudinal failed pada 20 MPa dengan beban 180 N (posterior) dan 340 N (anterior). Konfigurasi spine Pada lateral view, spine menunjukkan ada 4 lengkungan, yakni : pada servikal dan lumbal setiap lengkungan bentuknya konkaf ke belakang yang disebut lordosis. Servikal lordosis berkisar 2 24 o dengan rata-rata 9o. Pada thoraks dan sakrum lengkungannya berbentuk konkaf ke depan yang disebut kifosis. Thoraks kifosis normalnya rata-rata 39 o dengan kisaran 22 56o. Lordosis lumbal secara normal rata-rata 57o dengan kisaran 38 75o. Sudut lumbosakral oleh Ferguson ditentukan dari bidang atas end plate S1 terhadap bidang horizontal. Pada posisi berdiri sudut lumbosakral rata-rata 41o dengan kisaran 26 57o.

6

KLASIFIKASI FRAKTUR SPINE

Denis Classification The three-column model according to Denis : Anterior Column: Anterior longitudinal ligament Anterior half of vertebral body Anterior portion of annulus fibrosis Middle column: Posterior longitudinal ligament Posterior half of vertebral body Posterior aspect of annulus fibrosis Posterior column: Neural arch Ligamentum flavum Facet capsule Interspinous ligament

Gambar 1. Pembagian column vertebra menurut Denis

7

Based on the three-column model, fractures are classified according to the mechanism of injury and the resulting fracture pattern into one of the following categories : 1. Compression Fractures Four subtypes described on the basis of endplate involvement are as follows: Type A: Fracture of both endplates Type B: Fractures of the superior endplate Type C: Fractures of the inferior endplate Type D: Both endplates intact 2. Burst Fractures Type A: Fractures of both endplates Type B: Fracture of the superior endplate Type C: Fracture of the inferior endplate Type D: Burst rotation Type E: Burst lateral flexion 3. Flexion-Distraction Injuries (Chance Fractures, Seat Belt-Type Injuries) Type A: One-level bony injury Type B: One-level ligamentous Type C: Two-level injury through bony middle column Type D: Two-level injury through ligamentous middle column 4. Fracture Dislocations Type A: Flexion-rotation. Posterior and middle column fail in tension and rotation; anterior column fails in compression and rotation;75% have neurological deficits, 52% of these are complete lesions. Type B: Shear. Shear failure of all three columns, most commonly in the postero-anterior direction; all cases with complete neurological deficits. Type C: Flexion-distraction. Tension failure of posterior and middle columns, with anterior tear of annulus fibrosus and stripping of the anterior longitudinal ligament; 75% with neurological deficits (all incomplete). Sacral Fractures Denis Classification Zone 1: the region of the ala Zone 2: the region of the sacral foramina Zone 3: the region of centr