Biomekanika.pdf

BIOMEKANIKA Ns. Nur Falah Setyawati, S.Kep., MPH

pendahuluan • Biomekanika adl cabang ilmu ergonomi yg menggabungkan teknik fisika, antropometri & ilmu kedokteran dasar (biologi dan fisiologi), melalui hubungan matematika. • Tayyari & Smith (1997), biomekanika

menggunakan penerapan hukum fisika untuk menjelaskan fenomena biologis yang terjadi dalam

tubuh manusia.

definisi • Biomekanik :secara terminologi, terdiri atas 2 kata yaitu kata “Bio” = makhluk hidup dan “Mekanikal” = gerakan. • Biomekanika adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari interaksi fisik antara pekerja dengan mesin, material dan peralatan dengan tujuan untuk meminimumkan keluhan pada sistem kerangka otot agar produktivitas kerja dapat meningkat.

biomekanika • Digunakan untuk menganalisis momen & gaya pd segmen tubuh, membandingkan keterbatasan kekuatan otot, serta memprediksi kondisi & postur kerja manusia. • Bidang penelitian informasi hasil ergonomi: meneliti ttg kekuatan fisik manusia mencakup kekuatan atau daya fisik manusia ketika bekerja & mempelajari bagaimana cara kerja serta peralatan harus dirancang agar sesuai dengan kemampuan fisik manusia ketika melakukan aktivitas kerja tsb.

KLASIFIKASI BIOMEKANIK :

1. General Biomechanic 2. Occupational Biomechanic

General Biomechanic General Biomechanic adalah Biomekanika yang membahas hukum dan konsep dasar yang mempengaruhi tubuh manusia baik dalam posisi diam maupun bergerak.

General Biomechanic meliputi 2 bag :

• Biostatik

bagian yang hanya menganalisa tubuh pada posisi diam atau bergerak pada garis lurus dengan kecepatan seragam (uniform).

• Biodinamik

bagian yang berkaitan dengan gambaran gerakan– gerakan tubuh tanpa mempertimbangkan gaya yang terjadi (kinematik) dan gerakan yang disebabkan gaya yang bekerja dalam tubuh (kinetik) (Tayyari, 1997).

Occupational Biomechanic • Definisi bagian dari biomekanik terapan yg mempelajari interaksi fisik antara pekerja dengan mesin, material dan peralatan. • Tujuan

Meminimalkan keluhan pada sistem muskuloskeletal agar produktifitas kerja dapat meningkat.

Occupational Biomechanic Mengkaji perilaku tubuh manusia dan aspek-aspek mekanika gerakan anggota tubuh Membahas • kekuatan, kecepatan dan ketelitian gerak sistem otot-rangka dari tubuh • daya tahan jaringan-jaringan tubuh terhadap beban-beban mekanik Berkaitan dengan interaksi fisik antara pekerja dg mesin, material dan peralatan

Biomechanics Analysis

Pendekatan biomekanika • Tubuh manusia sbg suatu sistem yg terdiri dr elemen-elemen yg saling berkait & terhubung satu sama lain, melalui sendi-sendi & jaringan otot yg ada. • Prinsip-prinsip fisika digunakan utk menyatakan tegangan mekanik pd tubuh & gaya otot yg diperlukan utk membagi tegangan-tegangan tsb.

Struktur anatomi manusia yg berkaitan dgn biomekanik: a) TULANG (SKELETAL)

b) SAMBUNGAN (LIGAMEN, CARTILAGO & TENDON)

c) OTOT (MUSKULUS)

SKELETAL • Kolaborasi antar tulang dapat menghasilkan gerakan yang dilakukan oleh organ tubuh. • Tulang mendistribusikan gaya/tegangan yang ada padanya. • Tulang yang besar dan panjang berfungsi untuk memberikan perbandingan terhadap beban yang terjadi pada tulang tersebut.

Anatomy of the Human Spine

LIGAMEN, CARTILAGO & TENDON • LIGAMEN berfungsi utk menghubungkan tulang dgn tulang & memberikan stabilitas pd sendi dgn mencegah banyaknya gerakan. • TENDON berfungsi utk menghubungkan otot ke tulang. Tendon membawa kekuatan dr otot utk menggerakkan tulang.

• FIBROKARTILAGO memberi dukungan kuat & fleksibel dlm diskus intervertebralis, di antara tendon & ligamen, sekitar tempurung lutut & dlm masa penyembuhan tulang.

OTOT (MUSKULUS) • Fungsi otot untuk menggerakkan bagian-bagian tubuh. Otot berupa jaringan yang bersifat elastis, terdiri atas sel-sel yg disebut serabut otot. • Otot adl jaringan pd tubuh yg bercirikan mampu berkontraksi dimana aktivitasnya dipengaruhi oleh stimulus dari sistem saraf. • Mekanisme otot scr eksplisit merupakan gerak mekanik yg terjadi akibat proses kimiawi dasar berseri demi kelangsungan kontraksi otot. • Sumber energi otot berasal dr pemecahan senyawa kaya energi melalui proses aerob maupun anaerob.

Aerobic vs. Anaerobic Metabolism Aerobic • Use of O2, efficient, high capacity

Asam laktat (C3H6O3) yg dihasilkan oleh kontraksi otot dioksidasi dengan cepat menjadi CO2 dan H2O dlm kondisi aerobic, shg beban pekerjaan yg tidak terlalu melelahkan akan dpt berlangsung cukup lama.

Anaerobic • No O2, inefficient, low capacity

Karena terhambatnya aliran darah yg mengandung oksigen dgn adanya beban otot statis atau aliran darah yg tidak cukup mensuplai oksigen shg glikogen akan melepaskan asam laktat.

Anaerobic metabolism  lactic acid (pain, cramps, tremors)

Link - Joint • Pd analisa biomekanik, tubuh manusia dipandang sebagai suatu sistem yg terdiri dr link (penghubung) dan joint (sambungan). • Menurut Ghaffin & Anderson (1984), tubuh manusia terdiri dari enam link yaitu: 1) Link lengan bawah yg dibatasi joint pergelangan tangan & siku. 2) Link lengan atas yang dibatasi joint siku dan bahu. 3) Link punggung yang dibatasi joint bahu dan pinggul. 4) Link paha yang dibatasi joint pinggul dan lutut. 5) Link betis yang dibatasi joint lutut dan mata kaki. 6) Link kaki yang dibatasi joint mata kaki dan telapak kaki.

• Berdasarkan sifat geraknya, persendian dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu sendi mati, sendi kaku, dan sendi gerak. 1) Sendi Mati (Sinartrosis) Sendi mati adalah hubungan antar tulang yang tidak dapat digerakkan, contohnya hubungan pada tulang tengkorak. 2) Sendi Kaku (Amfiartrosis) Sendi kaku adalah hubungan antar tulang yang dapat digerakkan, tetapi gerakannya terbatas, contohnya hubungan pada tulang pergelangan tangan, pergelangan kaki, hubungan tulang rusuk dan tulang dada, serta ruas-ruas tulang belakang. 3) Sendi Gerak (Diartrosis) Sendi gerak adalah hubungan antar tulang yang memungkinkan gerakan tulang secara bebas.

• Contoh sendi gerak yaitu: a) Sendi Engsel: Sendi ini dapat bergerak satu arah, • gerakan pada pintu, contohnya pada persendian siku dan lutut atau hubungan antar ruas pada jari tangan dan kaki. b) Sendi Pelana • Pada sendi ini, salah satu tulang dapat bergerak ke dua arah, contohnya hubungan antara ruas jari dan telapak tangan. c) Sendi Geser • Sendi geser memungkinkan pergeseran antar tulang, misalnya sendi yang terdapat pada tulang belakang.

• Contoh sendi gerak yaitu: d) Sendi Putar • Pada sendi ini, gerakan salah satu tulang dapat bergerak terhadap tulang yang lain sebagai poros sendi, contohnya pada hubungan antar tulang atlas pada leher dan tulang tengkorak serta antara tulang hasta dan pengumpil. e) Sendi peluru • Persendian yang memungkinkan pergerakan ke segala arah. Contoh: hubungan tulang lengan atas dengan tulang belikat.

PERGERAKAN MANUSIA • Range Of Motion ROM Chart (1).pdf

Biomekanika pada manusia

Hukum Dasar

• Hukum Newton pertama ( Kelembaman ) Dipakai untuk mengukur suatu pengamatan 1) benda bersifat mempertahankan keadaan 2) semua benda/ obyek akan bergerak bila ada gaya (force) yang mengakibatkan pergerakan • Hukum Newton kedua F=m·a “Apabila ada gaya yang bekerja pada suatu benda maka benda akan mengalami suatu percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya”

• Hukum Newton ketiga - ( aksi reaksi ) “ Untuk setiap aksi, selalu ada reaksi yang arahnya berlawanan”

Biomekanika pada manusia • Dalam tubuh manusia terdapat tiga jenis gaya : a) Gaya Gravitasi, yaitu gaya yg melalui pusat massa dr tiap segmen tubuh manusia dgn arah kebawah. Besar gayanya adalah massa dikali percepatan gravitasi (F=mg) b) Gaya Reaksi yaitu gaya yg terjadi akibat beban pada segmen tubuh atau berat segmen tubuh itu sendiri. c) Gaya otot yaitu gaya yg terjadi pada bagian sendi, baik akibat gesekan sendi atau akibat gaya pada otot yg melekat pada sendi. Gaya ini menggambarkan besarnya momen otot.

Analisa mekanik • Gaya pada tubuh ada 2 tipe :

1. Gaya pada tubuh dlm keadaan statis (biostatis) 2. Gaya pada tubuh dalam keadaan dinamis (biodinamik)

• Hukum Kesetimbangan Gaya menyatakan bahwa penjumlahan dari semua gaya yg bekerja pd suatu benda dlm keadaan kesetimbangan statis adl sama dengan nol ( F = 0). • Gaya-gaya dibedakan sedikitnya dlm 2 arah, yaitu vertikal & horizontal.

• Hukum Kesetimbangan Momen menyatakan bahwa penjumlahan momen-momen dr semua gaya yg bekerja pd suatu benda dlm keadaan kesetimbangan statis adl sama dengan nol (∑M = 0).

Persentasi Segmen Tubuh • Dlm perhitungan utk mencari moment & gaya dpt dilakukan dgn cara menghitung gaya & moment scr parsial atau menghitung tiap segmen yg menyusun tubuh manusia. • Setiap segmen tubuh memiliki presentase yg berbeda-beda. • Berat dr masing – masing segmen diperoleh dr besarnya prosentase per segmen dikalikan dengan berat dari orang tersebut.

Persentase Persegmen tubuh (Tayyari, 1997)

Analisis biomekanik pada manusia • Prinsip-prinsip dasar yg diaplikasikan pd analisis biomekanika pd berbagai segmen tubuh manusia memandang tubuh sbg sistem multiple link, maka hasil perhitungan gaya & momen pd suatu link akan dipengaruhi link sebelumnya & akan memengaruhi link selanjutnya. Oleh sebab itu link terakhir (link kaki) akan menahan beban yg berasal dr berat seluruh link sebelumnya, baik beban eksternal maupun beban link itu sendiri.

Daya Tahan Terhadap Beban Mekanik • Setiap jenis jaringan mempunyai kemampuan yang khas dalam menahan beban biomekanik yang datang kepadanya • Beberapa faktornya: a) Konstruksi sistem otot-rangka b) Sifat bahan jaringan yang bersangkutan c) Kebiasaan/latihan

• Beban mekanik yang terasa ringan tetapi membebani secara berulang dalam waktu yang panjang dapat menimbulkan gangguan-gangguan pada jaringan yang bersangkutan mulai dari yang ringan sampai yang bersifat masalah (disorder) pada jaringan rangka-tulang tersebut

Pengukuran Kerja Biomekanika (Persamaan Pembebanan) 1. Disc L5/S1 Dalam Aktivitas Pengangkatan 2. Action Limit (AL) dan Maximum Permissible Limit (MPL) 3. Recommended Weight Limit (RWL) dan Lifting Index (LI) 4. MAWL (Maximum Acceptable Weight of Lift)

Tugas! 1. Jelaskan macam-macam pengukuran kerja biomekanika dengan persamaan pembebanan. 2. Pilihlah pengukuran kerja yg paling tepat utk contoh kasus di bawah ini. 3. Seorang pekerja mengambil kotak yang memiliki berat 60 kg dimana berat badannya sebesar 65 kg. Jarak pergelangan tangan ke pusat masa benda 0,07 m, θ1 = 20o, jarak pergelangan tangan-siku = 0,28 m, θ2 = 20o, jarak siku-bahu = 0,3 m, θ3 = 80o, jarak bahu ke L5/S1 = 0,36 m, θ4 = 45o. sudut inklinasi perut 45o, sudut inklinasi paha 50o. HITUNGLAH! 4. Buatlah kesimpulan hasil pengukuran tsbt di atas.

Faktor-faktor manusia secara teknik (biomekanik) terfokus pada sistem musculoskeletal.

Dalam melakukan tugas-tugas yang manipulatif, maka ada bbrp hal yg perlu diperhatikan, al : 1) Menyeimbangkan antara gerakan statik dan gerak yang dinamis. 2) Menjaga kekuatan otot, dimana pemakaian otot maksimum 15%.

3) Mencegah Range of Motion (ROM) sendi yang berlebihan.

4) Menggunakan grup otot yang lebih kecil untuk kecepatan dan ketelitian

.

APLIKASI BIOMEKANIKA Pada banyak kegiatan/ pekerjaan sehari-hari secara tidak langsung ilmu biomekanika telah diaplikasikan. Jadi pada industri atau kehidupan sehari-hari aspek ilmu

biomekanika adalah sebagai berikut: • Untuk mengukur besarnya gaya yang dibutuhkan oleh seorang operator untuk melakukan suatu pekerjaan dengan postur tubuhnya. • Untuk mengukur besarnya gaya otot yang diperlukan oleh seorang operator dalam menyelesaikan pekerjaan dengan menggunakan prinsip-prinsip fisika dan mekanika

APLIKASI BIOMEKANIKA • Dgn mengaplikasikan ilmu biomekanika, kita mengetahui & memahami serta dpt menentukan sikap kerja yg berbeda dpt menghasilkan kekuatan atau tingkat produktivitas yg terbaik. • Utk mengevaluasi pekerjaan operator agar dpt menghasilkan cara kerja yg lebih baik yg meminimalkan gaya & momen yg dibebankan pd operator spy tidak terjadi kecelakaan kerja. • Aplikasinya yg lain adl menentukan perancangan sistem tempat kerja dgn pertimbangan dr gerakan-gerakan tubuh manusia/ pekerja

Terima kasih