Dinamika Knee

Selama level berjalan, juga terjadi gerakan pada tibiofemoral joint dengan ROM yang beragam. Murray et al. (1964) telah menggunakan electrogoniometer untuk mengukur besarnya ROM tibiofemoral joint pada bidang gerak sagital selama level berjalan. Selama siklus berjalan, ternyata knee (tibiofemoral joint) tidak pernah terjadi extensi full tetapi hanya mendekatinya sekitar 5^o fleksi, yang terjadi pada awal stance phase yaitu heel strike dan pada akhir stance phase sebelum toe-off. Sedangkan maksimum fleksi sekitar 75^o terjadi selama middle swing phase. Levens et al. (1948) juga mengukur ROM tibiofemoral joint pada bidang gerak transversal selama siklus berjalan, dengan menggunakan teknik photographic dan memasang sebuah pin skeletal dari femur ke tibia. Dia menemukan pada 12 orang coba bahwa total rotasi tibia terhadap femur berkisar dari 4,1^o sampai 13,3^o dengan nilai rata-rata 8,6^o. Sedangkan menurut Kettelkamp et al. (1970) yang menggunakan electrogoniometer pada 22 orang coba, menemukan bahwa besarnya rotasi selama siklus berjalan sedikit lebih besar daripada penemuan Levens et al. Dia juga menemukan bahwa external rotasi terjadi selama extensi knee pada saat stance phase dan mencapai puncaknya pada akhir swing phase tepat sebelum heel strike, dan internal rotasi terjadi selama fleksi knee pada saat swing phase.

Kettelkamp et al. (1970) juga mengukur ROM tibiofemoral joint pada bidang gerak frontal selama siklus berjalan dengan orang coba sebanyak 22 orang. Dia menemukan bahwa maksimal abduksi terjadi selama extensi knee pada saat heel strike dan awal stance phase, sedangkan maksimal adduksi terjadi selama fleksi knee pada swing phase. Total gerakan tersebut (abduksi & adduksi) sekitar 11^o. Selama aktivitas kegiatan sehari-hari, ROM tibiofemoral joint pada bidang gerak sagital juga telah diukur oleh Kettelkamp et al. (1970) & Laubenthal et al. (1972). Besarnya ROM tersebut dapat dilihat pada Tabel

Tabel 8.2

Besarnya ROM Tibiofemoral Joint pada Bidang Gerak Sagital Selama AKS

No.	Jenis Aktivitas	Nilai ROM dari extensi knee Sampai fleksi knee
1. 2. 3. 4. 5. 6.	Berjalan Naik Tangga Turun Tangga Duduk dibawah Mengikat sepatu Mengangkat suatu obyek	0 – 67o 0 – 83o 0 – 90o 0 – 93o 0 – 106o 0 – 117o

Gangguan internal pada tibiofemoral joint dapat mengganggu terjadinya mekanisme screw-home, yaitu mekanisme gerakan kombinasi extensi dengan external rotasi tibia. Mekanisme screw-home selalu terjadi pada knee normal selama gerakan. Mekanisme ini dapat memberikan stabilitas yang lebih kuat pada knee. Untuk melihat mekanisme screw-home dapat digunakan Helfet test. Tes ini dilakukan dalam posisi duduk dengan kaki terjuntai (high sitting). Kemudian tepi medial dan lateral patella diberi tanda, lalu tuberositas tibia dan midline (garis tengah) patella diberi tanda garis, dan diperiksa apakah sejajar atau tidak antara tuberositas tibia dengan patella. Kemudian knee diextensikan secara penuh dan gerakan tuberositas tibia diobservasi. Pada knee yang normal, tuberositas tibia akan bergerak kearah lateral selama extensi dan segaris dengan ½ lateral patella pada saat extensi full. Sedangkan pada knee yang abnormal, tidak terjadi gerakan external rotasi tibia selama extensi karena adanya perubahan gerakan pada permukaan sendi, sehingga secara abnormal tibiofemoral joint akan terkompressi jika knee dipaksa untuk extensi dan menyebabkan permukaan sendi akan rusak.

Pada patellofemoral joint, gerakan kearah fleksi penuh akan menyebabkan patella slide kearah caudal sekitar 7 cm di atas condylus femur dan patella masuk ke dalam sulcus intercondylaris. Dari extensi penuh ke 90o fleksi, facet medial dan lateral femur masih bersendi dengan patella, sedangkan di atas 90o fleksi, patella akan berotasi kearah external sehingga hanya facet medial femur yang bersendi dengan patella. Sebaliknya gerakan kearah extensi penuh akan menyebabkan patella slide kearah cranial (kembali ke posisinya semula). Untuk mengetahui besar maksimum dari gaya reaksi sendi, gaya otot dan gaya ligamen pada tibiofemoral joint selama siklus berjalan maka digunakan analisis dinamik. Morrison (1970) telah menghitung besarnya gaya reaksi sendi yang ditransmisikan melalui dataran tibia pada laki-laki dan perempuan selama siklus berjalan. Secara simultan dia mencatat adanya aktivitas otot melalui EMG untuk menentukan besar maksimum dari gaya tersebut pada dataran tibia selama fase berjalan.

Gaya reaksi sendi akan mencapai 2 – 3 kali BB pada saat heel strike, yang dihasilkan oleh kontraksi otot hamstring. Selama fleksi knee pada awal stance phase (foot flat – awal trunk glide), gaya reaksi sendi mencapai sekitar 2x BB yang dihasilkan oleh kontraksi otot quadriceps femoris. Gaya reaksi sendi yang maksimal terjadi selama akhir stance phase tepatnya sebelum toe-off (sekitar 2 – 4 kali BB), yang dihasilkan oleh kontraksi otot gastrocnemius, dimana bervariasi pada setiap individu. Pada akhir swing phase, kontraksi otot hamstring menghasilkan gaya reaksi sendi yang sama dengan BB. Pada laki-laki dan perempuan, tidak ada perbedaan yang signifikan tentang besarnya gaya reaksi sendi. Pada knee normal, gaya reaksi sendi disanggah oleh meniskus dan cartilago sendi. Penelitian Sedhom et al. (1974) yang memeriksa distribusi stress pada knee dengan dan tanpa meniskus pada in vitro, menunjukkan bahwa dalam kondisi penumpuan BB besarnya stress pada tibiofemoral joint ketika meniskus telah robek akan mencapai 3x lebih besar daripada meniskus masih utuh.

Pada knee normal, beban stress akan didistribusikan secara merata di atas area yang lebar pada dataran tibia, tetapi jika meniskus robek maka beban stress tidak didistribusikan secara merata melainkan hanya terbatas pada area kontak didalam pusat dataran tibia. Dengan demikian, kerobekan meniskus tidak hanya meningkatkan besarnya stress pada cartilago sendi di pusat dataran tibia, tetapi juga mengurangi ukuran dan mengubah lokasi dari area kontak. Stress yang tinggi dalam waktu yang lama pada area kontak yang kecil akan berbahaya bagi cartilago (terjadi kerobekan), dimana akan terbentuk fibril didalam area tersebut. Gaya yang ditopang oleh ligamen-ligamen lebih rendah daripada gaya yang bekerja pada dataran tibia. Morrison (1970) telah menghitung gaya yang bekerja pada ligamen-ligamen knee selama siklus berjalan. Dia menemukan bahwa lig. Cruciatum posterior menopang gaya yang paling tinggi sekitar ½ BB, dimana terjadi pada saat heel strike dan pada akhir stance phase.

Fungsi Patella

Patella mempunyai 2 fungsi biomekanik yang utama, yakni :

1. Membantu gerakan extensi knee dengan memanjangkan lever arm quadriceps femoris pada seluruh ROM-nya.

2. Memberikan distribusi yang lebih baik terhadap beban stress kompresi dari femur (bagian distal) dengan meningkatkan area kontak diantara tendon patella & femur.

Kontribusi patella terhadap panjang lever arm gaya quadriceps dapat berubah dari fleksi penuh ke extensi penuh (Smidt, 1973 ; Lindahl & Movin, 1967). Pada saat fleksi penuh, gerakan patella memberikan kontribusi sekitar 10 % dari total panjang lever arm quadriceps. Sedangkan pada saat gerakan kearah extensi, panjang lever arm quadriceps meningkat secara cepat sampai 45^o fleksi. Pada titik tersebut, patella memanjangkan lever arm quadriceps sekitar 30 %. Melewati 45^o fleksi sampai mendekati extensi, panjang dari lever arm quadriceps sedikit menurun. Menurut Lieb & Perry (1968) bahwa besarnya gaya otot quadriceps yang diperlukan untuk mengextensikan knee meningkat sekitar 60% pada akhir 15^o fleksi, karena terjadi penurunan panjang lever arm quadriceps sehingga dibutuhkan gaya otot yang besar untuk menghasilkan torque disekitar knee.

Pada kasus patellectomy (pengangkatan patella), tendon patella lebih dekat dengan pusat axis dari tibiofemoral joint . Pada situasi ini, lever arm quadriceps menjadi lebih pendek, sehingga dibutuhkan gaya otot yang lebih besar daripada kondisi normal. Pada gerakan aktif extensi akan membutuhkan gaya otot sebesar 30% lebih besar daripada gaya otot normal (Kaufer, 1971). Gaya otot yang sangat besar ini menyebabkan otot quadriceps femoris bekerja melampaui kapasitas otot tersebut, sehingga berbahaya bagi orang-orang yang mengalami gangguan intraartikular.

Selama aktivitas, kontraksi otot quadriceps dan berat tubuh dapat menghasilkan gaya pada patellofemoral joint. Gaya tersebut sangat dipengaruhi oleh besarnya derajat fleksi knee yang berkaitan dengan kontraksi otot quadriceps. Derajat fleksi knee yang besar dapat menghasilkan gaya otot quadriceps yang tinggi sehingga resultan gaya reaksi sendi lebih tinggi pada patellofemoral joint. Selama level berjalan, nilai maksimum dari gaya tersebut mencapai ½ BB, yang terjadi selama middle stance phase karena menghasilkan derajat fleksi knee yang terbesar pada fase tersebut. Selama aktivitas naik-turun tangga yang memerlukan derajat fleksi knee yang lebih besar, akan menghasilkan gaya reaksi sendi pada patellofemoral joint yang lebih tinggi sekitar 3,3x BB. Semakin besar derajat fleksi knee maka gaya reaksi sendi semakin tinggi dibandingkan dengan gaya otot quadriceps.. Bagi pasien yang mengalami gangguan pada patellofemoral joint akan merasakan nyeri yang hebat ketika melakukan aktivitas yang memerlukan derajat fleksi knee yang besar. Mekanisme yang efektif untuk menurunkan gaya reaksi sendi tersebut adalah menjaga atau mempertahankan derajat fleksi knee tetap rendah.

Pada 90^o fleksi, gaya reaksi sendi tersebut adalah nol (0). Gaya ini akan meningkat dengan cepat pada saat terjadi gerakan kearah extensi dan mencapai nilai maksimum sekitar 1,4x BB pada 36^o fleksi knee. Melewati 36^o fleksi (kearah extensi), gaya ini mulai menurun dengan cepat mencapai ½ BB pada saat extensi penuh. Gaya otot quadriceps juga bernilai nol (0) pada saat 90^o fleksi dan meningkat dengan cepat pada saat terjadi gerakan kearah extensi serta mencapai nilai maksimum pada saat extensi penuh.Jika diberikan manual resisten pada 90^o fleksi (tahanan di tibia bagian distal), maka gaya reaksi sendi akan mencapai 1,4x BB dan menurun secara menetap jika digerakkan kearah extensi. Kenyataannya bahwa gaya reaksi sendi adalah rendah pada saat extensi penuh, sehingga bagi pasien yang mengalami gangguan pada patellofemoral joint dapat melakukan latihan melawan tahanan dengan sedikit nyeri pada 20^o fleksi knee atau lebih rendah.