BIOMEKANIK OTOT SKELETAL OLEH SUDARYANTO, SST.Ft, M.Kes, M.Fis

INTRODUKSI Otot merupakan jaringan aktif, karena otot mampu secara aktif mengembangkan ketega-ngan atau berkontraksi. Karena otot adalah jaringan aktif, maka otot memiliki fungsi yang penting untuk memper-tahankan postur tubuh, menggerakkan segmen tubuh & meredam terjadinya shock.

BIOMEKANIK OTOT SKELETAL SIFAT-SIFAT JARINGAN OTOT ORGANISASI STRUKTURAL OTOT SKE-LETAL FUNGSI OTOT SKELETAL FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGA-RUHI GAYA OTOT KEKUATAN OTOT, DAYA TAHAN OTOT DAN POWER OTOT

SIFAT-SIFAT JARINGAN OTOT Ekstensibilitas Elastisitas Irritabilitas Kemampuan Mengembangkan Tension

Ekstensibilitas dan Elastisitas Ekstensibilitas adalah kemampuan terulurnya atau memanjangnya otot. Elastisitas adalah kemampuan otot kembali ke posisi panjang semula setelah diulur/distretch. Otot yang kembali ke posisi panjang semula disebut dengan “normal resting length”. Sifat elastik otot terdiri dari : komponen elas-tik paralel dan komponen elastik seri.

Komponen elastik paralel (PEC) adalah membran otot yang berperan memberikan tahanan pada saat otot secara pasif terulur. Komponen elastik seri (SEC) adalah tendon, yang bekerja sebagai pegas lentur untuk menyimpan energi elastik ketika otot tegang diulur/ distretch. Baik SEC dan PEC memiliki sifat merekat yang memungkinkan otot terulur dan kembali kedalam bentuk/posisi semula.

Otot memiliki sifat viskoelastik yaitu : Ketika statik stretching pada otot hamstring diper-tahankan selama jangka waktu tertentu, maka se-cara progresif otot akan memanjang, & mening-katkan ROM sendi. Setelah distretching, otot tidak akan kembali dengan segera ke posisi resting length tetapi secara bertahap akan memendek selama jangka waktu tertentu.

Irritabilitas dan Kemampuan Tension Irritabilitas adalah kemampuan untuk meres-pon suatu stimulus. Ketika diaktivasi oleh suatu stimulus maka otot akan merespon dengan berkembangnya tension (ketegangan). Perkembangan tension dari otot biasa dikenal sebagai kontraksi (sifat khas otot) atau kontrak tilitas Kontraktilitas adalah kemampuan otot untuk memendek dari ukuran panjang otot.

ORGANISASI STRUKTURAL OTOT SKE-LETAL Ada sekitar 434 otot skeletal pada tubuh ma-nusia, yang membentuk 40 – 45% dari berat tubuh sebagian besar orang dewasa. Otot-otot didistribusikan secara berpasangan pada sisi kiri dan kanan tubuh  sekitar 75% pasangan otot bertanggung jawab terhadap ge-rakan tubuh & postur tubuh. Ada 4 variabel yang mempengaruhi fungsional otot yaitu : serabut otot, motor unit, tipe sera-but, dan arsitektur serabut.

Terdiri atas : Serabut Otot Motor Unit Tipe Serabut Arsitektur Serabut

Serabut Otot Sebuah sel otot tunggal disebut dengan sera-but otot. Membran yang membungkus serabut otot di-namakan dengan sarkolemma/sarkoplasma. Setiap serabut otot berisi sejumlah nukleus dan mitokondria serta sejumlah myofibril yang berjalan paralel sejajar satu sama lain. Myofibril mengandung 2 tipe filamen protein: filamen myosin yang tebal, dan filamen aktin yang tipis

Pada myofibril terdapat sejumlah sarkomer, merupakan komponen kontraktil dari otot. Setiap sarkomer dibatasi oleh Z line. Setiap sarkomer dibagi dua oleh M line. Setiap serabut terdapat saluran jaringan mem-bran external yang dikenal sebagai retikulum sarkoplasmik, sedangkan secara internal terda-pat terowongan kecil yang dikenal sebagai tu-bula transversal. Retikulum sarkoplasmik & tubula transversal berperan sebagai saluran untuk transportasi mediator elektrokimiawi dari aktivasi otot.

Setiap serabut atau sarkolemma dibungkus oleh jaringan konektif tipis yang disebut dengan endomysium. Sejumlah serabut otot tergabung dalam satu bundel yang dinamakan dengan fascicle  fascicle dibungkus oleh jaringan konektif yang disebut dengan perimysium. Kelompok-kelompok fascicle membentuk otot secara keseluruhan  otot dibungkus oleh jaringan konektif yang dikenal sebagai epimy-sium, yang berlanjut sampai tendon

Sejumlah serabut otot secara genetik ditentu-kan dan bervariasi dari orang ke orang. Jumlah serabut otot yang terbentuk sejak lahir akan dipertahankan sepanjang daur kehidu-pannya, kecuali kadang-kadang menurun sete-lah injury.

Motor Unit Sejumlah serabut otot yang diinnervasi oleh susunan motor neuron tunggal, disebut dengan motor unit. Axon pada setiap motor neuron akan membagi beberapa cabang sehingga setiap serabut otot dipersarafi oleh satu motor end plate. Serabut dari sebuah motor unit dapat menye-bar diatas area sekitar beberapa cm & diselang – seling oleh serabut motor unit lainnya.

Motor unit dengan jumlah serabutnya bergan-tung pada tipe gerakan yang dihasilkan. Otot yang menghasilkan gerakan-gerakan yang halus dan sangat terkontrol dipersarafi oleh motor unit kecil (jumlah serabutnya kecil) seperti gerakan mata dan jari-jari. Otot yang menghasilkan gerakan-gerakan kasar dipersarafi oleh motor unit besar (jum-lah serabutnya besar) seperti gerakan menendang dan berjalan.

Tipe Serabut Serabut otot memiliki sifat karakteristik yang berbeda-beda. Karena perbedaan karakteristik ini, maka se-rabut otot dibagi kedalam 2 kategori utama : serabut slow-twitch ST dan serabut fast-twitch (FT). Berdasarkan unsur histokimiawi, serabut FT dibagi kedalam 2 kategori : serabut FTa (tipe IIa) dan serabut FTb (tipe IIb)

Tabel 1. Karakteristik Serabut Otot Tipe I SO Serabut ST Tipe IIa FOG Serabut FFR Tipe IIb FG Serabut FF Kecepatan kontraksi Kelelahan Diameter Konsentrasi ATPase Konsentrasi mitokon-dria Konsentrasi enzim gli-kolitik Rendah Kecil Tinggi Cepat Sedang Besar

Serabut FT merupakan kontributor yang pen-ting untuk kesuksesan performa atlit dalam event yang memerlukan kecepatan dan power. Serabut ST merupakan kontributor yang pen-ting untuk kesuksesan performa atlit dalam event yang memerlukan endurance tinggi. Penemuan ini menunjukkan bahwa program training dapat menyebabkan konversi serabut ST ke FT atau sebaliknya. Dalam serabut FT telah ditemukan dapat terja-di konversi dari tipe IIa menjadi IIb atau seba-liknya setelah mengikuti program training.

Secara genetik, beberapa orang telah terbentuk persentase serabut FT yang tinggi & beberapa orang telah terbentuk persentase serabut ST yang tinggi, tetapi kebanyakan orang memiliki keseimbangan antara persentase serabut FT dan ST. Suatu penelitian menunjukkan bahwa 28 pela-ri jarak jauh mengalami peningkatan proporsi yang signifikan pada tipe I selama jangka waktu 20 tahun.

Penelitian juga menunjukkan bahwa bayi & anak-anak memiliki serabut tipe IIb yang lebih kecil proporsinya secara signifikan daripada orang dewasa. Sedangkan pada orang dewasa yang obesitas memiliki serabut tipe IIb yang proporsinya lebih rendah secara signifikan daripada orang dewasa non-obesitas. Fakta baru menunjukkan bahwa genetik me-miliki peran yang besar terhadap proporsi tipe serabut.

Fakta juga menjelaskan bahwa otot skeletal dapat beradaptasi terhadap tuntutan perubahan fungsional dengan menghasilkan perubahan pada phenotype genetik dari serabut otot.

Arsitektur Otot Susunan serabut otot dapat mempengaruhi fungsional otot. Orientasi struktural ini dapat mempengaruhi strength otot dan ROM. Ada 2 kategori utama susunan serabut otot : susunan serabut paralel dan susunan serabut pennate. Perbedaan susunan serabut paralel dan susun-an serabut pennate dapat dilihat pada tabel 2.

Tabel 2. Perbedaan Serabut Paralel dan Serabut Pennate Karakteristik Serabut Paralel Serabut Pennate Orientasi serabut Susunan serabutnya sangat paralel terhadap axis longit. Otot Susunan serabutnya mem-bentuk sudut terhadap axis longit. Otot Ciri khas serabut Sebagian besar serabut tidak memanjang pada seluruh pan-jang otot, berakhir didalam muscle belly sehingga ada in-terkoneksi diantara serabut. Setiap serabut memanjang pada seluruh panjang otot sehingga melekat langsung pada tendon. Saat kontraksi Pemendekan otot dihasilkan oleh pemendekan serabutnya Ketika memendek, sera-butnya akan berotasi dise-kitar perlekatannya yang secara progresif meningkat kan sudut pennation Gaya yang dibangkit-kan Otot paralel berisi lebih sedikit serabut per unit volume otot sehingga membangkitkan gaya yang kecil Otot pennate berisi lebih banyak serabut per unit volume otot sehingga membangkitkan gaya yang lebih besar

Jika sudut pennation lebih dari 60o, maka jum-lah gaya efektif yang ditransfer ke tendon ku-rang dari ½ gaya yang dihasilkan oleh serabut otot. Ditemukan bahwa pelari cepat memiliki sudut pennation yang lebih kecil daripada pelari ja-rak jauh.

FUNGSI OTOT SKELETAL Pada saat otot berkontraksi, maka besarnya ketegangan adalah konstan pada seluruh pan-jang otot, baik pada tendon dan lokasi perle-katannya. Gaya ketegangan (kontraksi) berkembang ka-rena adanya tarikan otot pada perlekatannya di tulang & menciptakan torque pada sendi-sendi yang dilewati otot tersebut.

Perekrutan Motor Unit Saraf-saraf yang menginnervasi motor unit ST secara umum memiliki ambang rangsang yang rendah dan relatif mudah diaktivasi. Motor unit FT disuplai oleh saraf-saraf yang lebih sulit diaktivasi (ambang rangsang ting-gi). Ketika otot berkontraksi, maka pertama kali diaktivasi adalah serabut ST  kemudian ketika durasi aktivitas meningkat & membu-tuhkan speed/power maka secara progresif se-rabut FT diaktivasi (tipe IIa & IIb).

Perubahan Panjang Otot ketika terjadi Per-kembangan tension Ketika ketegangan (kontraksi) otot mengha-silkan torque yang lebih besar daripada resistif torque pada sendi, maka otot akan me-mendek sehingga menyebabkan perubahan sudut pada sendi. Ketika otot memendek maka kontraksi yang dihasilkan adalah konsentrik  serabut otot tunggal mampu memendek sekitar ½ dari normal resting length

Otot juga dapat menghasilkan ketegangan tan-pa memendek, panjang otot tidak berubah dan tidak ada gerakan yang terjadi  kontraksi ini dinamakan dengan isometrik. Otot juga dapat menghasilkan ketegangan ketika otot memanjang  kontraksi ini adalah eksentrik, dimana arah gerakan sendi berlawa-nan arah dengan resultan torque otot.

Peran otot Ketika otot menghasilkan ketegangan (kon-traksi) maka jarang satu otot bekerja secara terisolir, tetapi umumnya bekerja dengan otot lainnya secara simultan (bersamaan). Ketika otot berkontraksi dan menyebabkan gerakan pada segmen tubuh maka otot terse-but bekerja sebagai agonis/primemover. Karena ada beberapa otot yang sering membe-rikan kontribusi terhadap gerakan, maka otot tersebut bekerja sebagai asisten agonis.

Otot-otot yang relaks pada saat agonis bekerja atau otot lawanan yang berkembang ketegangan eksentrik pada saat yang sama dengan agonis bekerja, maka otot tersebut dikenal sebagai antagonis. Otot antagonis sering memberikan aksi kon-trol khususnya pada akhir gerakan yang cepat dan kuat. Agonis khususnya aktif selama akselerasi segmen tubuh, sedangkan antagonis terutama aktif selama deselerasi (perlambatan).

Sebagai contoh, ketika seorang berlari menu-runi bukit maka fungsi quadriceps sebagai an-tagonis untuk mengontrol besarnya fleksi knee yang terjadi. Otot dapat berperan menstabilisasi bagian tu-buh melawan gaya tertentu, baik gaya internal maupun gaya eksternal  berperan sebagai stabilisasi.

TIPE KERJA OTOT Ada 2 tipe kerja otot, yaitu kontraksi isotonik dan kontraksi isometrik. Kontraksi isotonik adalah kontraksi otot yang menghasilkan gerakan selama kontraksi  terdiri atas kontraksi isotonik memendek (kontraksi kon-sentrik) dan kontraksi isotonik memanjang (kon-traksi eksentrik) Kontraksi isotonik memendek adalah kontraksi otot yang menyebabkan titik2 perlekatan otot sa-ling mendekat satu sama lain. kontraksi ini pa-ling sering terjadi dalam aktivitas sehari2.

Kontraksi isotonik memanjang adalah kontraksi otot yang bergerak secara perlahan dan menyebabkan titik2 perlekatan otot saling menjauh satu sama lain  jarang terjadi dalam aktivitas sehari2, hanya terjadi jika ada gaya eks-ternal (gaya gravitasi, dll) Kontraksi isometrik adalah kontraksi otot yang ti-dak menghasilkan gerakan, tidak terjadi peru-bahan panjang otot (otot memendek), tetapi komponen non kontraktil sedikit memanjang. biasanya dilakukan dlm keadaan ROM inner-range

Tipe kontraksi isometrik biasanya digunakan pada kondisi inflamasi sendi yang menghindari adanya gerakan karena nyeri hebat. Kedua tipe kontraksi tersebut menggunakan isti-lah “range”. Ada 2 pandangan tentang “range”  pertama, range merupakan besarnya gerakan yang terja-di pada suatu sendi, disebut ROM. Kedua, range merupakan besarnya otot memendek atau memanjang pada saat otot menghasilkan gerak-an atau mengontrol gerakan, dikenal dgn outer range, inner range, dan middle range

Outer range dari kontraksi otot adalah kontraksi otot dari terulur penuh otot tersebut ke titik te-ngah ROM  kerja otot pada outer range penuh sulit dilakukan karena otot bekerja berat & sudut tarikannya kurang menguntungkan. Inner range dari kontraksi otot adalah kontraksi otot dari titik tengah ke ROM penuh (memendek penuh)  kerja otot pada inner range penuh juga sulit dilakukan karena kontraksi memerlukan sejumlah motor unit yang banyak & sudut tarikannya juga kurang menguntungkan.

Middle range dari kontraksi otot adalah kontraksi otot yang menghasilkan suatu jarak antara titik tengah outer range dan titik tengah inner range  kerja otot pada middle range sering terjadi dan mudah dilakukan. Pada kontraksi isotonik memanjang, bagian akhir ROM (outer range) akan dikontrol oleh kerja otot antagonis.

Otot-otot two-joint & multijoint Beberapa otot pada tubuh manusia dapat me-lewati 2 sendi atau beberapa sendi. Otot one-joint menghasilkan arah gaya yang terutama segaris dengan segmen tubuh. Otot two-joint dapat menghasilkan gaya dengan komponen transversal yang signifikan. Selama aktivitas power seperti melompat dan lari cepat, otot-otot two-joint khususnya efek-tif dalam mengkonversi rotasi segmen tubuh kedalam gerak translasi yang diinginkan.

FAKTOR2 YANG MEMPENGARUHI GAYA OTOT Besarnya gaya yang dibangkitkan oleh otot berkaitan dengan kecepatan kontraksi memendek, panjang otot saat dirangsang, dan jangka waktu sejak otot meneri-ma stimulus. Faktor-faktor tersebut adalah signifikan dalam mem-pengaruhi gaya otot.

Hubungan gaya – kecepatan Gaya maksimal otot dapat berkembang melalui kecepatan kontraksi memendek atau meman-jang, hubungannya dengan kontraksi konsen-trik dan eksentrik. Otot yang lebih kuat adalah otot yang memiliki ketegangan isometrik maksimum yang lebih besar  besarnya gaya maksimum dapat dibangkitkan oleh otot sebelum mengalami pe-manjangan saat tahanan meningkat.

Sebagian besar AKS memerlukan gerakan yang lambat dan terkontrol dengan beban submaksi-mal sehingga terutama terjadi kecepatan kon-traksi memendek yang terkontrol  hanya se-jumlah motor unit yang teraktivasi. Dibawah kondisi eksentrik, gaya maksimum pada otot dapat menghasilkan gaya yang mele-bihi gaya isometrik maksimum. Program strength training yang eksentrik akan melibatkan penggunaan tahanan yang lebih be-sar daripada kapabilitas gaya isometrik maksi-mum pada atlit.

Penelitian menunjukkan bahwa tipe training ek-sentrik lebih efektif daripada training konsen-trik dalam meningkatkan ukuran dan strength otot. Meskipun demikian, training eksentrik juga berhubungan dengan peningkatan nyeri otot dan kerusakan struktural.

Hubungan panjang otot – ketegangan Besarnya ketegangan isometrik maksimum pada otot sebagian bergantung pada panjang otot. Pada serabut otot tunggal dan terisolir, gaya puncak dapat terjadi ketika otot dalam keadaan normal resting length (tidak terulur atau tidak berkontraksi). Ketika panjang otot meningkat atau menurun melewati resting length maka gaya maksimum otot dapat menghasilkan penurunan.

Bagaimanapun juga, kapabilitas gaya dapat meningkat ketika otot sedikit terulur. Otot dengan serabut paralel akan menghasilkan ketegangan maksimum diatas resting length. Otot dengan serabut pennate dapat membang-kitkan ketegangan maksimum antara 120% dan 130% pada posisi resting length. Fenomena ini akibat adanya kontribusi dari komponen elastik otot (terutama SEC), ditam-bah adanya ketegangan pada otot saat distretch.

Penelitian menunjukkan bahwa latihan eksen-trik akan meningkatkan panjang otot yang sementara dan sedikit panjang sehingga dapat mengganggu perkembangan gaya ketika sudut sendi tidak diposisikan otot dalam keadaan stretch yang cukup.

Siklus stretch - shortening Ketika otot secara aktif terulur sebelum kon-traksi maka gaya yang dihasilkan akan lebih kuat daripada otot yang tidak dalam posisi ter-ulur. Pola kontraksi eksentrik yang diikuti dengan cepat oleh kontraksi konsentrik dikenal seba-gai siklus stretch-shortening.

STRENGTH, POWER, ENDURANCE Strength otot berkaitan dengan pengukuran torque/gaya otot yang dibangkitkan oleh seluruh group otot pada suatu sendi. Lebih spesifik, strength otot adalah kemampuan suatu group otot untuk membangkitkan torque/gaya pada sendi tertentu. Strength adalah gaya yang menghasilkan ketegangan maksimal dalam kontraksi otot sehingga menghasilkan kerja.

Kapabiltas otot membangkitkan tension berkaitan dengan area cross-sectional otot dan kondisi training yang diberikan Melalui training strength konsentrik dan eksentrik, perolehan strength diatas sekitar 12 minggu pertama kelihatannya berhubungan lebih banyak pada perbaikan innervasi pada otot yang dilatih daripada peningkatan area cross-sectional otot tersebut. Power adalah strength x waktu atau level kerja yang dilakukan, atau gaya output dari otot pada kecepatan kontraksi tertentu. Mekanikal power adalah produk dari gaya dan kecepatan.

Power maksimum terjadi sekitar 1/3 kecepatan maksimum dan sekitar 1/3 gaya konsentrik maksimum. Penelitian menunjukkan bahwa training yang didesain untuk meningkatkan power otot diatas lingkup tahanan terjadi paling efektif dengan beban 1/3 dari 1 kali repetisi maksimum. Power otot merupakan kontributor yang penting untuk aktivitas yang memerlukan kekuatan otot (strength) dan kecepatan.

Beberapa olahraga yang memerlukan gerakan dengan daya ledak yang tinggi, seperti atlit pelempar, peloncat, atlit sprint (lari jarak pendek), basket, sepakbola, futsal didasarkan pada kemampuan untuk membangkitkan power otot. Semenjak serabut FT (fast-twitch) menghasilkan ketegangan yang lebih cepat daripada serabut ST (slow twitch), maka persentase serabut FT yang besar pada otot merupakan aset untuk individual training dalam rangka pertandingan yang menuntut power otot.

Setiap individu yang dominan serabut FT-nya dapat membangkitkan lebih besar power daripada individu yang memiliki komposisi persentase serabut ST yang tinggi. Rasio untuk nilai rata-rata dari produksi power pada serabut tipe IIb, IIa, dan tipe I dalam otot skeletal adalah 10 : 5 : 1. Daya tahan otot (muscle endurance) adalah kemampuan otot untuk menghasilkan ketegangan/ kontraksi dalam jangka waktu yang lama. Jika waktu ketegangan/kontraksi yang terjadi lebih lama maka daya tahan ototnya lebih besar.

Training untuk daya tahan otot secara khusus melibatkan sejumlah repetisi yang besar melawan tahanan/beban yang relatif ringan. Tipe training ini tidak meningkatkan diameter serabut otot.

TERIMA KASIH