Makalah Fisika Biomedik [PDF]

Citation preview

1



BAB I PENDAHULUAN



A. Latar Belakang Mekanika adalah salah satu cabang ilmu dari bidang ilmu fisika yang mempelajari gerakan dan perubahan bentuk suatu materi yang diakibatkan oleh gangguan mekanik yang disebut gaya. Biomekanik adalah suatu ilmu yang menggunakan hukum-hukum fisika dan konsep keteknikan untuk mempelajari gerakan yang dialami oleh beberapa segmen tubuh dan gayagaya yang terjadi pada bagian tubuh tersebut selama aktivitas normal. Biomekanika adalah ilmu yang mempelajari penelitian tentang kekuatan fisik manusia yang mencakup kekuatan atau daya fisik manusia ketika bekerja dan mempelajri bagaimana cara kerja dan peralatan harus dirancang sesuai dengan kemampuan fisik manusia ketika melakukan aktivitas kerja tersebut. Kalau sudah berbicara tentang kerja, berarti ada gaya dan gerakan. Dalam keperawatan/kebidanan/kedokteran, pembahasan gaya dan gerakan itu banyak terjadi pada pasien, misalnya mendorong pasien dengan menggunakan kursi dorong, pasien berbaring di tempat tidur, dan lain-lain. Pada ilmu kedokteran, biomekanika dibagi menjadi 2 (dua) pandangan, yaitu: 1. Ilmu Kinetika, merupakan ilmu yang mempelajari tentang faktor-faktor gaya yang menyebabkan benda bergerak atau diam. 2. Ilmu Kinematika, adalah ilmu yang mempelajari sifat-sifat gerak tanpa memperhatikan bidang mana atau bagaimana sifat gerakannya atau sudutnya apakah penuh atau tidak. B. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan diatas, maka dapat dirumuskan “Bagaimana proses gaya dan gerakan dalam bidang biomekanika?”.



C. Batasan Masalah



2



Aplikasi biomekanika dalam bidang keperawatan sangat banyak, karena dibatasi oleh waktu untuk menjelaskan semuanya, maka makalah ini hanya membahas aplikasi biomekanika pada proses gaya dan gerakan.



D. Tujuan Pembuatan Makalah Berikut ini merupakan tujuan dari pembuatan makalah ini : 1. Untuk mengetahui proses gaya dan gerak pada bidang biomekanika; 2. Untuk mengetahui contoh-contoh dari proses gaya dan gerak dalam biomekanika.



E. Manfaat Pembuatan Makalah Manfaat dibuatnya makalah ini diantaranya : 1. Memberikan tambahan wawasan kepada pembaca mengenai aplikasi biomekanika dalam proses keperawatan/kebidanan. 2. Sebagai bahan referensi mahasiswa dalam melakukan penelitian mengenai aplikasi biomekanika dalam keperawatan/kebidanan.



3



BAB II ISI



A. Pengertian Biomekanika Biomekanika merupakan ilmu yang membahas aspek-aspek mekanika dari gerakangerakan tubuh manusia. Biomekanika adalah kombinasi antara keilmuwan mekanika, antropometri dan dasar ilmu kedokteran. Pada pendekatan biomekanik ada beberapa definisi biomekanik yang dapat kita gunakan, diantaranya adalah : 1. Menurut Hatze, Biomekanik adalah ilmu yang mempelajari struktur dan fungsi sistem biologi dengan menggunakan pengetahuan dan metode makanika. 2. Menurut Hay’s, Biomekanik adalah ilmu yang mempelajari gaya-gaya yang terjadi pada struktur biologi dan efek yang dihasilkan oleh gaya-gaya tertentu. 3. Biomekanik adalah suatu ilmu yang menggunakan hukum-hukum fisika dan konsep keteknikan untuk mempelajari gerakan yang dialami oleh beberapa segmen tubuh dan gaya-gaya yang terjadi pada bagian tubuh tersebut selama aktivitas normal. Biomekanika dapat diterapkan pada: 1. Merancang kembali pekerjaan yang sudah ada. 2. Mengevaluasi pekerjaan. 3. Penyaringan pegawai. 4. Tugas-tugas penanganan manual. Tujuan mempelajari ilmu biomekanika antara lain: 1. Untuk menjelaskan tiap komponen dari seluruh sistem tubuh dan interaksinya. 2. Untuk mensimulasikan kondisi berbahaya, sulit untuk diukur atau waktu dan biaya yang dikeluarkan untuk melakukan sebuah pekerjaan.



4



3. Untuk memperkirakan resiko yang mungkin muncul dari sebuah pekerjaan dan memperkirakan beban maksimal yang aman untuk diangkat.



Biomekanika diklasifikasikan menjadi 2, yaitu: 1. General Biomechanic General Biomechanic adalah bagian dari biomekanika yang berbicara mengenai hukum-hukum dan konsep-konsep dasar yang mempengaruhi organ tubuh manusia baik dalam posisi diam maupun bergerak. General Biomechanic dibagi menjadi 2, yaitu a. Biostatic adalah bagian dari biomekanika umum yang hanya menganalisis tubuh pada posisi diam atau bergerak pada garis lurus dengan kecepatan seragam (uniform). b. Biodinamic adalah bagian dari biomekanika umum yang berkaitan dengan gambaran gerakan-gerakan tubuh tanpa mempertimbangkan gaya yang terjadi (kinematika) dan gerakan yang disebabkan gaya yang bekerja dalam tubuh (kinetik). 2. Occupational Biomechanic Occupational Biomechanic didefinisikan sebagai bagian dari biomekanika terapan yang mempelajari interaksi fisik antara pekerja dengan mesin, material, dan peralatan dengan tujuan untuk meminimumkan keluhan pada sistem kerangka otot agar produktifitas kerja dapat meningkat.



B. Hukum Dasar Biomekanika 1. Hukum Newton Pertama Mengenai Gerakan Ide yang dinyatakan oleh Hukum Newton Pertama mengennai gerakan adalah ‘sesuatu benda akan tetap dalam posisi istirahat atau berada dalam keadaan gerakan yang sama kecuali jika diberikan gaya yang dapat menghilangkan keseimbangan’.



5



Gambar 1: Mendorong benda kecil dan besar Arah gerakan benda akan sama dengan arah gaya yang diberikan sehingga gaya dideskripsikan sebagai suatu vector yang memiliki basar dan arah. Ide ini mungkin nampak sederhana tetapi sangat penting jika kita melihat gaya-gaya yang melawan gerakan suatu benda. 2. Hukum Newton Kedua Mengenai Gerakan Hukum ini menyatakan bahwa percepatan suatu benda (seberapa cepat kecepatannya bertambah) adalah sebanding dengan gaya yang diberikan kepadanya. Hal ini dapat dirangkum dengan persamaan berikut: Gaya = massa x percepatan Suatu gaya sebesar 1 Newton yang diberikan pada benda bermassa 1 kg akan memberikan percepatan 1 m/s (msˉ1).



6



Gambar 2: Mendorong brankar Bayangkan dimana anda harus mendorong troli atau tempat tidur. Pada awal gerakan akan terjadi percepatan. Normalnya, benda digerakkan dengan kecepatan yang konstan sehingga tidak lagi bertambah cepat dan gaya yang diberikan lebih sedikit. Untuk menggerakan suatu benda kita harus mengatasi inersia benda tesebut. Jika inersia sudah dilampaui, maka gaya yang diperlukan untuk menjaganya tetap bergerak akan lebih sedikit.



3. Hukum Newton Ketiga Mengenai Gerakan Hukum ketiga ini menyatakan bahwa ‘untuk setiap aksi terdapat reaksi sebaliknya yang setara dan berlawanan arah’ dan hal ini membantu menjelaskan ide keseimbangan gaya yang telah disebutkan.



Gambar 3 : Pasien berbaring di tempat tidur Pasien yang berbaring di atas tempat tidur, kita menyadari bahwa tempat tidur menyokong pasien. Tanpa tempat tidur, pasien akan jatuh ke lantai. C. Gaya pada Tubuh Gaya adalah sebuah konsep yang digunakan untuk menerangkan interaksi fisik dari obyek dengan sekelilingnya. Gaya dalam fisika didefinisikan sebagai kuantitas yang dapat menyebabka perubahan dari state dari suate benda sehingga terjadi percepatan pada benda itu.



7



Gaya pada tubuh ada 2 tipe : 1. Gaya pada tubuh dalam keadaan statis. Gaya Berat dan Gaya Otot sebagai Sistem Pengumpil. Tubuh dalam keadaan Statis berarti tubuh dalam keadaan setimbang, jumlah gaya dan momen gaya yang ada sama dengan nol. Tulang dan otot tubuh manusia berfungsi sebagai sistem pengumpil. Tubuh dalam keadaan Statis berarti tubuh dlm keadaan setimbang, jumlah gaya dan momen gaya yang ada sama dengan nol. Tulang dan otot tubuh manusia berfungsi sebagai sistem pengumpil.



2. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis. Ada 3 kelas sistem pengumpil : a. Klas pertama Titik tumpuan terletak diantara gaya berat dan otot Contoh: kepala& leher. b. Klas Kedua Gaya berat diantara titik tumpu dan Gaya otot.contoh: tumit menjinjit c. Klas Ketiga Gaya otot terletak diantara titik tupuan dan gaya berat Contoh: otot lengan Gaya paling sering diterapkan untuk menstabilkan ekstremitas yang cedera leher, punggung, atau area pelvik. Traksi terapeutik didapat dengan memberikan tarikan pada kepala, tubuh atau anggota gerak menuju sedikitnya dua arah, misalnya: tarikan traksi dan tarikan traksi lawannya. Gaya traksi – lawan atau gaya keduanya biasanya berasal dari berat tubuh pasien pada saat bertumpu atau berat lain. D. Penerapan Analisa Gaya dalam Terapan Kesehatan 1. Gaya Berat Tubuh & Posisi Duduk yang menyehatkan Tulang Belakang Punggung adalah salah satu organ tubuh yang bekerja nonstop selama 24 jam. Dalam keadaan tidur pun,



8



punggung tetap menjalankan fungsinya untuk menjaga postur tubuh. Punggung tersusun dari 24 buah tulang belakang (vertebrae), dimana masing-masing vertebrae dipisahkan satu sama lain oleh bantalan tulang rawan atau diskus. Seluruh rangkaian tulang belakang ini membentuk tiga buah lengkung alamiah, yang menyerupai huruf S. Lengkung paling atas adalah segmen servikal (leher), yang dilanjutkan dengan segmen toraks (punggung tengah), dan segmen paling bawah yaitu lumbar (punggung bawah). Lengkung lumbar inilah yang bertugas untuk menopang berat seluruh tubuh dan pergerakan. Berdasarkan data British Chiropractic Association, sekitar 32% populasi dunia menghabiskan waktu lebih dari 10 jam sehari untuk duduk di depan meja kerja. Separuh dari populasi tenrsebut tidak pernah meninggalkan meja kerja, bahkan saat makan siang. Sementara itu, dua pertiga populasi menambah porsi duduk tegak saat berada di rumah. ”Postur tubuh yang baik akan melindungi dari cedera sewaktu melakukan gerakan karena beban disebarkan merata keseluruh bagian tulang belakang,” ungkap Barbara Dorsch. Postur tubuh yang baik, lanjut dia, akan dicapai jika telinga, bahu, dan pinggul berada dalam satu garis lurus ke bawah. Duduk dalam posisi tegak 90 derajat, kerap menyebabkan timbulnya pergerakan sendi belakang sehingga posisi tubuh tidak seimbang. Maka itu, posisi duduk santai dengan postur miring 135 derajat adalah posisi terbaik. Dalam posisi ini, tulang belakang akan berada dalam posisi ideal, di mana tulang belakang bagian bawah akan berbentuk seperti huruf S.



Gambar 4 : posisi duduk Kelebihan dari posisi ini adalah posisi duduk dengan sudut kemiringan 135 derajat akan memperbaiki sirkulasi darah di bagian bawah tubuh, sehingga dapat terhindar dari gangguan varises, selulit, dan penggumpalan darah di kaki serta mengurangi kelelahan di



9



kaki. “Tubuh akan terasa lebih rileks, sehingga mengurangi terjadinya ketegangan otot,” papar Barbara. Duduk dengan posisi kemiringan 135 derajat juga akan menghasilkan mobilitas yang lebih baik, mudah bergerak di atas kursi, dan lebih mudah untuk naik turun kursi. 2. Traksi dalam Praktik Klinik Traksi adalah tahanan yang dipakai dengan berat atau alat lain untuk menangani kerusakan atau gangguan pada tulang dan otot. Tujuan dari traksi adalah untuk menangani fraktur, dislokasim atau spasme otot dalam usaha untuk memperbaiki deformitas dan mepercepat penyembuhan. Ada dua tipe utama dari traksi : traksi skeletal dan traksi kulit, dimana didalamnya terdapat sejumlah penanganan. Prinsip Traksi adalah menarik tahanan yang diaplikasikan pada bagian tubuh, tungkai, pelvis atau tulang belakang dan menarik tahanan yang diaplikasikan pada arah yang berlawanan yang disebut dengan countertraksi. Tahanan dalam traksi didasari pada hokum ketiga (Footner, 1992 and Dave, 1995). Traksi dapat dicapai melalui tangan sebagai traksi manual, penggunaan talim splint, dan berat sebagaimana pada traksi kulit serta melalui pin, wire, dan tongs yang dimasukkan kedalam tulang sebagai traksi skeletal (Taylor, 1987 and Osmond, 1999). Traksi dapat dilakukan melalui kulit atau tulang. Kulit hanya mampu menanggung beban traksi sekitar 5 kg pada dewasa. Jika dibutuhkan lebih dari ini maka diperlukan traksi melalui tulang. Traksi tulang sebaiknya dihindari pada anak-anak karena growth plate dapat dengan mudah rusak akibat pin tulang. Indikasi traksi kulit diantaranya adalah untuk anak-anak yang memerlukan reduksi tertutup, traksi sementara sebelum operasi, traksi yang memerlukan beban 5 kg. Akibat traksi kulit yang kelebihan beban di antaranya adalah nekrosis kulit, obstruksi vaskuler, oedem distal, serta peroneal nerve palsy pada traksi tungkai. Traksi tulang dilakukan pada dewasa yang memerlukan beban > 5 kg, terdapat kerusakan kulit, atau untuk penggunaan jangka waktu lama. Kontratraksi diperlukan untuk melawan gaya traksi, yaitu misalnya dengan memposisikan tungkai lebih tinggi pada traksi yang dilakukan di tungkai.



10



Gambar 5 : Traksi Tulang



Gambar 6 :Traksi Kulit



Gambar 7 : Traksi Leher E. Koordinasi Gerakan



11



Filosof Yunani Aristotle (384-322 SM) adalah orang yang pertama kali melakukan studi secara sistematik terhadap gerakan tubuh manusia. Banyak prinsip yang mendeskripsikan aksi dan karakteristik gemometri dari otot. Walaupun penemuan Aristotle untuk menerangkan gerakan banyak mengandung kontradiksi, usaha awal yang telah ia ristis menjado pondasi bagi studi berikutnya seperti Galen (131-201), Galileo (1564-1643), Borelli (1608-1679), Newton (1642-1727), dan Marey (1830-1904). Studi dari para filosof dan ilmuwan tersebut telah mengakibatkan kita bisa membuktikan bahwa gerakan tubuh manusia merupakan konsekuensi dari interkasi anatara otot dan gaya yang diakibatkan oleh lingkungan sekitar tubuh manusia. Seperi yang ditulis oleh Aristotle bahwa bianatang yang berjalan membuat posisisnya berubah dengan menekan apa yang ada dibawahnya. Pernayataan ini menekankan bahwa dalam studi gerakan harus menekankan pada (Higgins, 1985): • Pengkarateran interaksi fisik anatara hewan (manusia) dan lingkungan sekitar. • Menetukan cara hewan (manusia) mengorganisasikan interkasi fisik tersebut Dengan kerangka seperti ini maka gerakan tubuh system biologis dapat diakui sebagai hasil interaksi system biologis dengan lingkungan sekelilingnya. Beberapa factor berikut turut menentukan interaksi tersebut: • Stuktur dari lingkunngan (bentuk dan stabilitas). • Medan dari gaya (arah relatif terhadap gravitasi, kecepatan gerakan). • Stuktur dari sistem (susunan tulang, aktifitas otot, sususan segment dari tubuh, ukuran, integrasi motorik yang dibutuhkan untuk mendukung postur) • Peranan dari keadaan psikologis (level keatifan, motivasi). • Bentuk gerakan yang akan dikerjakan (kerangka dari organisasi dari gerakan) Higgins menyatakan bahwa gerakan adalah bagian yang tak terpisahkan dengan struktur yang mendukungnya dan lingkungan yang mendefinisikannya. Dalam biomekanika, pada dasarnya ada 2 jenis model gerakan, yaitu: 1. Single- segment Static Model Menggambarkan beban diterima oleh siku (elbow), yaitu gaya reaksi siku (RE) dan momen reaksi siku (ME). 2. Two-segment Static Model Menggambarkan beban diterima oleh bahu (shoulder), yaitu gaya reaksi bahu (RE) dan momen reaksi bahu (MS).



12



Berat adalah gaya tubuh yang digunakan terhadap gravitasi. Ketika suatu obyek diangkat, pengangkat harus menguasai berat obyek dan mengetahui pusat gravitasinya. Karena manusia tidak mempunyai bentuk geometris yang sempurna, maka pusat gravitasinya biasanya berada pada 55% sampai 57% tinggi badannya ketika berdiri dan berada ditengah. Friksi adalah gaya yang muncul dengan arah gerakan yang berlawanan dengan arah gerakan benda. Misalnya menggerakkan klien diatas tempat tidur maka akan terjadi friksi. Perawat dapat mengurangi friksi dengan mengikuti beberapa prinsip dasar. Semakin besar area permukaan suatu obyek yang bergerak, semakin besar friksi. Klein pasif atau immobilisasi akan menghasilkan friksi yang lebih besar untuk bergerak. Friksi dapat juga dikurangi dengan mengangkat, bukan mendorong klien. Mengangkat merupakan komponen gerakan keatas dan mengurangi tekanan antara klien dan tempat tidur atau kursi. Koordinasi gerakan tubuh membutuhkan integrasi fungsi sistem skeletal, otot skelet, dan sistem saraf. 1. Skelet Mendukung struktur penyokong tulang untuk bergerak, menghubungkan ligament dan otot, melindungi organ penting, mengatur produk kalsium dan sel darah merah. 2. Sistem saraf Mendukung gerakan awal dan control gerakan volunter.



13



BAB III PENUTUP



A. Kesimpulan Dari pembahasan diatas, maka dapat disimpulkan : 1. Biomekanik adalah suatu ilmu yang menggunakan hukum-hukum fisika dan konsep keteknikan untuk mempelajari gerakan yang dialami oleh beberapa segmen tubuh dan gaya-gaya yang terjadi pada bagian tubuh tersebut selama aktivitas normal.



2. Gaya adalah sebuah konsep yang digunakan untuk menerangkan interaksi fisik dari obyek dengan sekelilingnya. Gaya pada tubuh terbagi atas dua jenis yaitu gaya pada tubuh dalam keadaan statis dan gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis.



3. gerakan adalah bagian yang tak terpisahkan dengan struktur yang mendukungnya dan lingkungan yang mendefinisikannya. Ada dua model gerakan yaitu Two-segment Static Model dan Single- segment Static Model.



B. Saran



14



Perkembangan ilmu untuk kedepannya akan semakin maju, dan konsep-konsep biommekanik akan semakin luas. Oleh karena itu, bagi pembaca hendaknya dapat melengkapi makalah ini jika ada terjadi kekurangan.



DAFTAR PUSTAKA



Dr. J. F. Gabriel, 1996, Fisika Kedokteran, EGC, Jakarta. http://makalahcenter.blogspot.com/2010/03/materi-kajian-fisika-kesehatan.html.



Diakses



pada tanggal 08 April 2013. http://alifis.wordpress.com/2009/10/28/seri-fisikakesehatan_biomekanika_02/. Diakses pada tanggal 08 April 2013. James, Joyce., Baker, Colin dan Swain, Helen. 2002. Prinsip-Prinsip Sains untuk Keperawatan. Jakarta : Erlangga. Images From http://www.google.co.id/imghp?hl=id&tab=wi. Diakses pada tanggal 12 April 2013. http://kazmidang.blogspot.com/2012/02/aplikasi-biomekanika-dalam-proses.html .



Diakses



pada



tanggal 12 April 2013. http://www.othe.org/ilmu-pengetahuan/kedokteran/1790/fisika-kesehatan-biomekanika-bagian-2/ . Diakses pada tanggal 12 April 2013.



15