OLEH SUDARYANTO, S.ST, M.Fis BIOMEKANIK KNEE OLEH SUDARYANTO, S.ST, M.Fis

INTRODUKSI Knee joint merupakan sendi yang paling be-sar dan paling kompleks pada tubuh manu-sia. Knee joint didesain untuk mobilitas dan sta-bilitas. Secara fungsional, knee dapat memanjang-kan dan memendekkan lower extremitas un-tuk mengangkat dan menurunkan tubuh atau untuk menggerakkan kaki dalam space.

Bersama-sama dengan hip dan ankle, knee menopang tubuh ketika berdiri. Knee merupakan unit fungsional primer dalam aktivitas berjalan, memanjat dan duduk.

Biomekanik Knee KNEE JOINT KOMPLEKS FUNGSI KNEE DAN PATELLA

KNEE JOINT KOMPLEKS Knee joint kompleks terdiri dari tibiofemo-ral joint dan patellofemoral joint. Kapsul sendi yang laxity/lentur membung-kus kedua sendi tersebut. Diatas kapsul membentuk suprapatellar, subpopliteal, dan bursa gastrocnemius.

1. Tibiofemoral Joint Tibiofemoral joint yang biasa disebut knee joint, merupakan biaxial modified hinge joint dengan 2 meniskus sebagai bantalan sendi, juga dinamakan double condyloid joint. Tibiofemoral joint dibentuk oleh 2 condylus asimetris yang konveks pada ujung distal femur, yang bersendi dengan 2 dataran tibia yang konkaf pada ujung proksimal tibia. Condylus medial lebih besar daripada condylus lateral yang dipisah oleh sulcus intercondylaris, dan memberikan kontribusi terhadap mekanisme penguncian di knee.

Dataran medial tibia lebih besar daripada dataran lateral tibia yang dipisah oleh tuberculum intercondylaris, yang masing-masing memiliki meniskus fibrocartilaginous Meniskus berfungsi memperbaiki kongruenitas (sebangun) permukaan sendi. Meniskus melekat pada kapsul sendi melalui ligamen coronary. Meniskus medialis sangat melekat pada kapsul sendi serta ligamen collateral medial, ligamen cruciatum anterior, dan otot semimembranosus.  oleh karena itu sangat mudah injury ketika terjadi pukulan kearah lateral pada knee.

Kedua meniskus berbentuk 2 halfmoon, ber-fungsi sebagai shock absorber. Regio knee joint memiliki banyak bursa  berfungsi untuk mengurangi gaya friksi. Dibagian dorsal terdapat fossa poplitea yg dibentuk oleh tendon biceps femoris, tendon semimembranosus-semitendinosus, & 2 ca-put gastrocnemius Di fossa poplitea terdapat nervus tibialis posterior dan vena-arteri poplitea.

Stabilitas anterior-posterior sendi diperkuat oleh ligamen cruciatum posterior & anterior. Stabilitas medial sendi diperkuat oleh liga-men collateral medial (tibialis) dan stabilitas lateral sendi diperkuat oleh ligamen collate-ral lateral (fibularis). Terdapat pes anserine pada sisi medial knee joint, yaitu dibentuk oleh otot sartorius, gracilis & semitendinosus yg sama2 melekat pada permukaan anteromedial proksimal tibia.

2. Patellofemoral Joint Patella merupakan tulang sesamoid pada tendon quadriceps. Patella (facet medial dan lateral) bersendi dengan sulcus intercondylaris (trochlear groove) pada bagian anterior dari distal femur  membentuk patellofemoral joint. Permukaan sendinya tertutup oleh cartilago hyaline yang halus.

Termasuk kedalam plane joint karena hanya terjadi gerakan slide. Patella melekat pada bagian anterior kapsul sendi & dihubungkan ke tibia melalui liga-men patellaris. Banyak bursa yg mengelilingi patella yaitu bursa prepatellaris, infrapatellaris, dan supra-patellaris.

3. Ligamen-Ligamen Knee Ligamen patellaris; ligamen yang kuat, menghubungkan tepi inferior patella dengan tuberositas tibia. Ligamen ini berjalan dide-pan patella dan bersambung dengan serabut tendon quadriceps femoris. Ligamen collateral medial/tibial; ligamen yang luas, datar pada sisi medial sendi. Liga-men ini melekat diatas epicondylus medial femur & dibawah condylus medial tibia serta melekat kuat pada meniskus medialis

Ligament collateral lateral/fibular; ligamen yang kuat, berbentuk tali bulat, melekat diatas epicondylus lateral femur dan dibawah permukaan lateral fibula. Ligament popliteal oblique; ligaman yang luas, datar, dan membungkus dorsal knee joint. Ligamen ini melekat diatas margo su-perior fossa intercondyloid dan permukaan dorsal femur serta dibawah tepi dorsal caput tibia. Kearah medial ligamen ini bergabung dengan tendon semimembranosus & kearah lateral bergabung dengan caput lateral gastrocnemius.

Ligamen cruciatum; terdapat 2 ligamen yang kuat, seperti tali yang melekat didalam sendi meskipun tidak terbungkus didalam kapsul sendi. Dinamakan cruciatum karena kedua ligamen saling menyilang satu sama lain. Ligamen cruciatum anterior berjalan keatas dan dorsal dari fossa intercondyloid anterior tibia ke bagian belakang dari permukaan medial condylus lateral femur.

Ligamen cruciatum posterior lebih pendek dan lebih kuat daripada cruciatum anterior. Ligamen ini berjalan keatas dan depan dari fossa intercondyloid posterior tibia ke bagian lateral dan depan dari condylus medial femur Ligamen transversal; ligamen yang pendek, kecil, seperti tali, menghubungkan tepi ante-rior meniskus lateral yang konveks dengan ujung anterior meniskus medial. Tractus iliotibial; tractus iliotibial bekerja se-perti ligamen yang tegang, menghubungkan crista iliaca dengan condylus lateral femur & tuberculum tibia bagian lateral

4. Gerakan Pada tibiofemoral joint, dataran tibia yang konkaf akan slide (bergeser) dalam arah yang sama dengan gerakan tulang tibia  open kinematik chain. (lihat tabel 1) Pada tibiofemoral joint, condylus femur yang konveks akan slide dalam arah yang berla-wanan dengan gerakan tulang femur dimana tibia dalam keadaan terfiksir  closed kine-matik chain. (lihat tabel 1)

Tabel 1. Arthrokinematika Tibiofemoral joint No. Gerak Fisiologis Gerak Arthrokinematika Open Kinematik Chain 1. Fleksi Posterior 2. Ekstensi Anterior Closed Kinematik Chain

Pada tibiofemoral joint, terjadi gerakan flek-si, ekstensi, external dan internal rotasi. Pada akhir ekstensi, ligamen collateral late-ral dan medial menjadi tegang, dan ligamen cruciatum ikut tegang. Pada hiperekstensi, ligamen popliteal menja-di tegang untuk memproteksi knee joint. Pada akhir fleksi, ligament patellaris terulur (tegang) yang disertai dengan tendon quadri-ceps femoris

External dan internal rotasi hanya terjadi pada posisi knee fleksi  karena pada posisi fleksi knee ligamen cruciatum dan collateral menjadi kendur sedangkan pada posisi ekstensi knee ligamen collateral & cruciatum menjadi tegang serta terjadi penguncian. Pada akhir internal rotasi, ligamen collateral lateral menjadi tegang/terulur dan ligamen cruciatum saling terpisah. Internal rotasi yang berlebihan menyebabkan meniskus lateral robek Pada akhir external rotasi, ligamen collateral medial menjadi tegang dan ligamen cruciatum saling bersilangan. External rotasi yang berlebihan menyebabkan meniskus medial robek

Pada tibiofemoral joint dapat terjadi gerak valgus dan varus knee secara pasif. Valgus knee menyebabkan ligamen collateral medial teregang. Varus knee menyebabkan ligamen collateral lateral teregang. Valgus knee disertai rotasi eksternal knee menyebabkan ligamen collateral medial dan meniskus medial teregang (overstretch). Varus knee disertai rotasi internal knee menyebabkan ligamen collateral lateral dan meniskus lateral teregang (overstretch)

Pada closed kinematik chain, sliding femur ke anterior dan posterior dikontrol oleh liga-men cruciatum anterior dan posterior. Pada open kinematik chain, sliding tibia ke anterior dan posterior juga dikontrol oleh ligamen cruciatum anterior dan posterior. Rotasi dapat terjadi antara condylus femur dan tibia selama derajat akhir ekstensi knee  mekanisme ini dikenal sebagai locking atau screw-home :

Ketika tibia bebas (open kinematik chain), akhir gerakan ekstensi menghasilkan rotasi tibia ke arah external terhadap femur  locking/screw-home. Untuk melepaskan penguncian maka tibia dirotasikan kearah internal. Ketika tibia terfiksir (closed kinematik chain), akhir ekstensi menghasilkan rotasi femur kearah internal (condylus medial slide lebih jauh kearah dorsal daripada lateral)  locking/screw-home. Pada closed kinematik chain, secara bersamaan hip menjadi ekstensi. Jika seseorang mengalami gangguan pada ekstensi hip maka locking knee tidak dapat terjadi.

Pada saat ekstensi knee, maka patella akan slide kearah cranial. Dalam closed kinematik chain, pada saat knee tidak terkunci maka femur berotasi kearah late-ral  tidak terkuncinya knee secara tidak langsung terjadi ketika fleksi hip dan secara langsung dipengaruhi oleh aksi otot popliteus. Pada patellofemoral joint, patella hanya slide disepanjang sulcus intercondylaris selama gerakan fleksi – ekstensi knee. Pada saat ekstensi knee, maka patella akan slide kearah cranial.

Pada saat fleksi knee, maka patella akan slide kearah caudal. Jika gerakan patella terganggu/terbatas, maka dapat mempengaruhi ROM fleksi knee dan memberikan kontribusi terhadap laju ekstensor pada aktif ekstensi knee.

1. Alignment Patellaris Alignment patella dikenal dengan “Q angle”. Q angle adalah sudut yang dibentuk oleh 2 garis yang saling memotong; garis pertama dari SIAS ke mid-patella, garis kedua dari tuberculum tibia ke mid-patella (normalnya 15o). Q angle menggambarkan jalur lateral atau efek haluan busur (bowstring) terhadap otot quadriceps dan tendon patellaris.

Gaya/kekuatan yang mempertahankan align-ment patella adalah : Lateral fiksasi patella dihasilkan oleh iliotibial band dan retinaculum lateral. Pada sisi medial patella diperkuat oleh tarikan aktif dari otot vastus medialis yang obliq. Ligament patellaris memfiksasi patella kearah in-ferior melawan tarikan aktif otot quadriceps ke-arah superior. Malalignment patella dan problem jalur pa-tella disebabkan oleh : Peningkatan Q angle; akibat genu valgus, pronasi kaki, pelvis yang lebar, peningkatan anteversi femur, atau external torsion tibia.

Ketegangan otot dan fascial; 1) Ketegangan ilio-tibial band dan retinaculum lateral dapat mence-gah medial slide dari patella. 2) Ketegangan plantarfleksor ankle menghasilkan pronasi kaki ketika dorsifleksi ankle, sehingga menyebabkan medial torsion dari tibia dan pergeseran ke late-ral secara fungsional dari tuberositas tibia hu-bungannya dengan patella. 3) Ketegangan otot rectus femoris dan hamstring dapat mempenga-ruhi mekanikal knee, sehingga menyebabkan kompensasi.

Lemahnya kapsular retinaculum medial atau otot vastus medialis yang obliq; 1) Otot vastus me-dialis mengalami kelemahan akibat disuse atau terinhibisi karena bengkak/nyeri sendi sehingga stabilitas medial jelek. 2) Adanya muscle im-balance dari kontraksi otot antara vastus media-lis dan vastus lateralis. 3) Kelemahan otot vastus medialis akan meningkatkan pergeseran ke late-ral dari patella.

2. Patellar Compression Kompressi bagian posterior patella melawan femur dapat meningkat dengan tajam pada sudut 30o fleksi knee. Mendekati 30o fleksi knee, kompressi pada patella sekitar besarnya berat tubuh. Jika derajatnya meningkat (> 30o) maka kompressi pada patella sekitar 3 x berat tu-buh.  terjadi selama naik-turun tangga.

Kompressi pada patella menjadi 8 x berat tu-buh selama aktivitas squat dan deep-knee-bending. Area kontak dari permukaan posterior patel-la juga bervariasi sepanjang ROM fleksi knee.  secara normal dapat membantu mengabsorbsi gaya yang terjadi dan meme-lihara kesehatan/keutuhan cartilago.

3. Otot-otot Ekstensor Otot quadriceps femoris merupakan otot ba-gian anterior yang melewati axis knee dan primemover ekstensi knee. Dalam closed kinematik chain, otot quadri-ceps femoris dibantu oleh kerja otot ham-string dan solues  menarik tibia ke poste-rior. Selama fase menumpuh berjalan (stance pha-se), otot quadriceps mengontrol besarnya fleksi knee dan menyebabkan ekstensi knee.

Dalam posisi berdiri tegak, ketika knee ter-kunci maka otot quadriceps tidak berfungsi  garis gravitasi yang jatuh di depan axis knee dikontrol oleh ketegangan otot ham-string dan tendon gastrocnemius yang meno-pang kapsul posterior knee. Patella dapat memperbaiki lever/pengungkit dari gaya ekstensor melalui peningkatan ja-rak tendon quadriceps dari axis knee joint. Efek lever yang paling besar adalah dari 60o ke 30o ekstensi dan cepat menurun dari 15o ke 0o full ekstensi.

Puncak gaya/kekuatan otot quadriceps terja-di antara 70o dan 50o. Gaya otot quadriceps dengan cepat menurun dari 15o sampai akhir ekstensi penuh. Selama open kinematik chain exercise, dian-jurkan memberikan tahanan maksimum sampai akhir ekstensi penuh agar gaya kon-traksi otot quadriceps relatif kuat sampai ak-hir ekstensi penuh.

4. Otot-otot Fleksor Knee Otot hamstring merupakan primemover flek-si knee dan juga mempengaruhi rotasi tibia terhadap femur. Otot hamstring adalah otot two-joint yang lebih efisien berkontraksi saat fleksi hip (secara simultan tungkai dipanjangkan). Dalam aktivitas closed kinematik chain, otot hamstring dapat bekerja mengekstensikan knee dengan menarik tibia.

Otot gastrocnemius juga berfungsi sebagai fleksor knee, tetapi fungsi utamanya adalah saat knee menumpuh berat badan maka otot gastrocnemius menopang kapsul bagian posterior melawan gaya hiperekstensi. Otot popliteus juga menopang kapsul sendi bagian posterior dan bekerja untuk melepas-kan penguncian pada knee. Group otot pes anserinus (sartorius, gracilis, semitendinosus) memberikan stabilitas me-dial knee joint dan mempengaruhi rotasi tibia dalam closed kinematik chain.

TERIMA KASIH