BIOMEKANIKA KEPALA Dr. Yandri Naldi Fisika Kedokteran Universitas Swadaya Gunung Jati Cirebon

TIK, Relevansi & Deskripsi singkat Tujuan Instruksional Khusus : Setelah mengikuti kuliah ini, 80 % mahasiswa fakultas kedokteran unswagati tingkat 1 semester 2 dapat memahami mekanisme cedera kepala Setelah mengikuti kuliah ini, 80 % mahasiswa fakultas kedokteran unswagati tingkat 1 semerter 2 dapat menjelaskan respon mekanik kepala Setelah mengikuti kuliah ini, 80 % mahasiswa fakultas kedokteran unswagati tingkat 1 semester 2 dapat menjelaskan Toleransi regional kepala Setelah mengikuti kuliah ini, 80 % mahasiswa fakultas kedokteran unswagati tingkat 1 semester 2 dapat menerapkan Assessment cedera pada kepala

TIK, Relevansi & Deskripsi singkat Kuliah Biomekanika kepala erat hubungannya dengan anatomi dan fisiologi yang berguna untuk memahami struktur dan fungsi tubuh manusia Deskripsi singkat : Kuliah ini akan membahas mekanisme biomekanika kepala normal dan mekanisme biomekanika pada cedera kepala

Pre Test 1. Dasar Ilmu Biomekanika adalah : Hukum Stokes Hukum Newton Hukum Archimides Hukum Phytagoras 2. Alat keamanan dalam mobil yang disyaratkan adalah, kecuali : Safety belt Air bag Klakson Sandaran kepala

Pre Test 3. Hal-hal yang mempengaruhi kondisi fisiologi kepala adalah, kecuali : Tekanan Intra Kranial (TIK) Tekanan intra Orbital (TIO) Tekanan Perfusi Otak (TPO) Aliran Darah ke Otak (ADO) 4. Berdasarkan Mekanismenya cedera kepala terdiri dari : a. Cedera kepala tumpul & tajam b. Cedera kepala ringan, sedang & berat c. Fraktur tengkorak d. Lesi intra kranial

Pre Test Alert (sadar) Vocal Local Unresponsive 5. Pengawasan cedera kepala secara Disability (melihat status neurologis) adalah, kecuali : Alert (sadar) Vocal Local Unresponsive

Definisi Biomekanika Ilmu fisika yang mempelajari gerakan dan perubahan bentuk suatu materi yang diakibatkan oleh gangguan mekanik yang disebut gaya Bidang ilmu aplikasi mekanika pada sistem biologi Kombinasi antara disiplin ilmu mekanika terapan dan ilmu-ilmu biologi dan fisiologi

Dasar Biomekanika Dasar biomekanika adalah Hukum-hukum Newton, yaitu : Hukum newton I (Hukum Inersia, hukum kelembaman) : Suatu benda mempunyai sifat mempertahankan keadaannya, apabila benda itu sedang bergerak maka benda itu akan bergerak terus Hukum Newton II : apabila ada gaya yang bekerja pada suatu benda maka benda akan mengalami suatu percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya Hukum Newton III : Untuk setiap aksi selalu ada reaksi yang arahnya berlawanan

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap Biomekanika Gerak tubuh merupakan sebuah system biologis sebagai hasil interaksi system biologis dengan lingkungan sekelilingnya. Interaksi ini dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya : • Stuktur dari lingkungan (bentuk dan stabilitas). • Medan dari gaya (arah relatif terhadap gravitasi, kecepatan gerakan). • Stuktur dari sistem (susunan tulang, aktifitas otot, susunan segment dari tubuh, ukuran, integrasi motorik yang dibutuhkan untuk mendukung postur). • Peranan dari keadaan psikologis (level keaktifan, motivasi). • Bentuk gerakan yang akan dikerjakan (kerangka dari organisasi dari gerakan).

Biomekanika Kepala Agar tubuh dapat berada dalam keadaan istirahat dan dalam keseimbangan (statik), jumlah gaya yang bekerja padanya di semua arah dan jumlah torsi di semua sumbu harus sama dengan nol Gaya yang bekerja pada kepala dalam keadaan statis/diam adalah titik tumpuannya terletak diantara gaya berat dan gaya otot M W

Gaya pada saat tumbukan Momentum adalah hasil kali massa dan kecepatan  besaran vektor P = m. v Saat menumbuk suatu benda padat, bagian tubuh (atau tubuh keseluruhan) akan mengalami perlambatan (deselerasi) yang cepat dan akan menghasilkan gaya yang besar Gaya setara dengan laju perubahan momentum F = m . A = m (Δ v/ Δ t) = Δ(mv)/Δt F sama dengan laju perubahan momentum

Gaya pada saat tumbukan Contoh kasus : Seseorang yang berjalan dengan kecepatan 1 m/dtk secara tidak sengaja menabrak suatu batang besi melintang di bagian kepalanya, kepala orang tersebut berhenti pada sekitar 0,01 detik dan menempuh jarak tambahan 0,005 m (5 mm), massa kepala 3 kg, berapa gaya yang menyebabkan perlambatan ini? Jawab : Perubahan momentum Δ (mv) = (3 kg)(0 m/dtk) – (3 kg)(1 m/dtk) = - 3 kg m/dtk. Karena itu F = (-3 kg m/dtk)/(0,01 dtk) = - 300 N

Gaya pada saat tumbukan Contoh soal : Apabila kita ulangi kecelakaan ini dengan batang baja berbantalan 0,02 m (2 cm) maka waktu perlambatan akan meningkat menjadi 0,04 dtk, berapa gaya yang bekerja untuk memperlambat kepala pada keadaan demikian? Jawab : F = Δ (mv)/ Δ t = ( 3 kf m/dtk) / 0,004 dtk) = 75 N  Suatu pengurangan yang cukup bermakna dari kasus pertama

Tabrakan Kendaraan Tabrakan pada mobil berkecepatan tinggi menyebabkan penumpang mengalami gaya percepatan atau perlambatan yang sangat besar Gaya-gaya ini dapat menyebabkan patah tulang, cedera organ dalam dan kematian bagi pengemudi maupun penumpang Gaya-gaya yang bekerja tersebut dapat diserap oleh kendaraan (bemper dan bagian tubuh lainnya)

Tabrakan Kendaraan Tahun 1960-an dimulai suatu program keamanan untuk mobil di negara bagian USA : Bagian depan mobil dirancang untuk tidak kaku, dibuat kolaps bagian per bagian  memperpanjang jarak (atau waktu) tumbukan  mengurangi gaya perlambatan  bagian depan kendaraan rusak parah tapi bagian dalam mobil tidak rusak berat sehingga penumpang tidak menderita cedera serius Pengaman kendaraan lainnya adalah : memakai sabuk keamanan, sandaran kepala dan bantalan udara, helm (pada kendaraan roda dua)

Efek percepatan atau perlambatan pada manusia Percepatan atau perlambatan tubuh dapat menimbulkan efek : Seolah terjadi penambahan atau pengurangan berat tubuh Perubahan dalam tekanan hidrostatik internal Distorsi jaringan elastik tubuh Kecenderungan zat-zat padat dengan berbagi densitas yang larut dalam suatu cairan untuk berpisah

Efek percepatan atau perlambatan pada manusia Apabila percepatannya cukup besar tubuh akan kehilangan kendali karena tidak memiliki gaya otot yang memadai untuk bekerja melawan gaya percepatan yang besar Pada kondisi tertentu darah mungkin terkumpul di berbagai bagian tubuh Apabila seseorang mengalami percepatan dengan kepala lebih dulu, kurangnya aliran darah ke otak akan menyebabkan pandangan gelap dan hilang kesadaran Jaringan dapat mengalami distorsi akibat percepatan dan apabila gaya yang terjadi cukup besar dapat terjadi robekan atau ruptur

Fisiologi Kepala Fisiologi yang mempengaruhi kondisi kepala : Tekanan Intra Kranial (TIK) Doktrin Monro-Kellie Tekanan Perfusi Otak (TPO) Aliran Darah ke Otak (ADO)

Tekanan Intra Kranial (TIK) Pada cedera kepala yang mengenai otak dapat mengakibatkan kenaikan tekanan intrakranial yang selanjutnya akan mengganggu fungsi otak dan mengganggu kesadaran penderita TIK normal pada saat istirahat : 10 mm Hg TIK tinggi : > 20 mm Hg TIK berat : 40 mm Hg TIK yang normal tidak berarti tidak adanya lesi masa intrakranial TIK umumnya tetap dalam batas normal sampai kondisi penderita mencapai titik dekompensasi dan memasuki fase ekspansional kurva tekanan volume

Doktrin Monro-Kellie Konsep Utama : Volume Intrakranial selalu konstan, karena pada dasarnya rongga kranium tidak mungkin membesar

Doktrin Monro-Kellie

Tekanan Perfusi otak (TPO) TPO = TAR – TIK TAR : Tekanan arteri rata-rata TPO : < 70 mm Hg  prognosis buruk pada cedera kepala

Aliran Darah Otak (ADO) Normal : ADO ke dalam otak 50 ml/100 gr jaringan otak per menit ADO menurun : 20 – 25 ml/100 gr/menit  aktivitas EEG akan menghilang ADO 5 ml/100 gr/menit  sel-sel otak mengalami kematian dan terjadi kerusakan menetap

Cedera kepala Cedera kepala diklasifikasi berdasarkan : a. Mekanismenya : Cedera kepala tumpul : kecelakaan mobil motor, jatuh atau pukulan benda tumpul Cedera kepala tajam : peluru atau tusukan  Adanya penetrasi selaput dura b. Beratnya : Ringan : GCS 14 - 15 Sedang : GCS 9 - 13 Berat : GCS 3 – 8 c. Morfologi cedera : Fraktur tengkorak : Kalvaria : garis bintang, depresi – non depresi, terbuka/tertutup Dasar tengkorak : dengan/tanpa kebocoran CSS, dengan/tanpa parese N VII Lesi Intrakranial : Fokal : epidural, subdural, intraserebral Difus : komosio ringan, komosio klasik, cedera kepala akson

Penatalaksanaan cedera kepala Prinsip penanganan cedera kepala  ABCD 1. Airway : menjaga jalan nafas dengan kontrol servical  pemeriksaan adanya obstruksi jalan nafas (benda asing, fraktur tulang wajah, fraktur mandibula & maksilla, fraktur laring dan trakea)  Chin lift atau jaw trust, nasofaryngeal airway, oro faryngeal airway 2. Breating : menjaga pernafasan dengan ventilasi  fungsi paru, dinding dada dan diafragma)  endotrakeal tube, crico thyroidectomy

Penatalaksanaan cedera kepala 3. Circulation dengan kontrol perdarahan (hemorragic control)  pemeriksaan tingkat kesadaran, warna kulit dan nadi) dan pengawasan perdarahan  IV line diameter besar bolus cairan kristaloid, vena seksi, jahit luka 4. Disability ; status neurologis  AVPU  Alert (sadar), Vocal (respons thd rangsang suara), Pain (respons thd rangsang nyeri), Unresponsive 

Penatalaksanaan cedera kepala Terapi medikamentosa Prinsip dasar : bila sel syaraf diberikan suasana yang optimal untuk pemulihan maka diharapkan dapat berfungsi normal kembali, sebaliknya bila sel syaraf dalam keadaan tak memadai maka sel akan kehilangan fungsi sampai mengalami kematian a. Cairan Intravena  diberikan secukupnya untuk resusitasi penderita agar tetap normovolemia b. Hiperventilasi  PCO2 ↓  vasokontriksi pembuluh darah otak  volume intrakranial ↓  TIK↓

Penatalaksanaan cedera kepala c. Manitol 20 % : digunakan untuk menurunkan TIK, dosis 1 gr/kg BB diberikan bolus intravena d. Furosemide (Lasix) : diberikan bersamaan dengan manitol untuk menurunkan TIK, dosis 0,3 – 0,5 mg/kg BB intravena e. Steroid  masih kontroversial f. Barbiturat  untuk menurunkan TIK, tidak boleh diberikan bila ada hipotensi g. Antikonvulsan  mengurangi kejang pasca trauma

Penatalaksanaan cedera kepala Penatalaksanaan Pembedahan : Luka kulit kepala Fraktur depresi tengkorak Lesi-lesi massa intrakranial

Post Test 1. Dasar Ilmu Biomekanika adalah : Hukum Stokes Hukum Newton Hukum Archimides Hukum Phytagoras 2. Alat keamanan dalam mobil yang disyaratkan adalah, kecuali : Safety belt Air bag Klakson Sandaran kepala

Post Test 3. Hal-hal yang mempengaruhi kondisi fisiologi kepala adalah, kecuali : Tekanan Intra Kranial (TIK) Tekanan intra Orbital (TIO) Tekanan Perfusi Otak (TPO) Aliran Darah ke Otak (ADO) 4. Berdasarkan Mekanismenya cedera kepala terdiri dari : a. Cedera kepala tumpul & tajam b. Cedera kepala ringan, sedang & berat c. Fraktur tengkorak d. Lesi intra kranial

Post Test Alert (sadar) Vocal Local Unresponsive 5. Pengawasan cedera kepala secara Disability (melihat status neurologis) adalah, kecuali : Alert (sadar) Vocal Local Unresponsive

Refferensi 1. Cameron John R, dkk, Fisika Tubuh Manusia, ed.2, Jakarta, EGC, 2006. 2. Gabriel, J.F, Fisika Kedokteran, Jakarta, EGC, 1996. 3. Bambang M, dkk, Fisika dasar untuk mahasiswa Ilmu-ilmu eksakta dan tehnik, ed. 1, Yogyakarta, ANDI, 2007. 4. American College of Surgeons, Advance Trauma Life Support, 1997. 5. King, Maurice, Bedah Primer Trauma, Jakarta, EGC, 2001.

TERIMA KASIH