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
Relevansi :
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 :
a.Hukum Stokes
b.Hukum Newton
c.Hukum Archimides
d.Hukum Phytagoras
2. Alat keamanan dalam mobil yang disyaratkan adalah, kecuali :
a.Safety belt
b.Air bag
c.Klakson
d.Sandaran kepala
Pre Test
3. Hal-hal yang mempengaruhi kondisi fisiologi kepala adalah,
kecuali :
a. Tekanan Intra Kranial (TIK)
b. Tekanan intra Orbital (TIO)
c. Tekanan Perfusi Otak (TPO)
d. 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
5. Pengawasan cedera kepala secara Disability
(melihat status neurologis) adalah, kecuali :
a. Alert (sadar)
b. Vocal
c. Local
d. 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 :
1. Hukum newton I (Hukum Inersia, hukum
kelembaman) : Suatu benda mempunyai sifat
mempertahankan keadaannya, apabila benda itu sedang
bergerak maka benda itu akan bergerak terus
2. Hukum Newton II : apabila ada gaya yang bekerja
pada suatu benda maka benda akan mengalami suatu
percepatan yang arahnya sama dengan arah gaya
3. 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
W
M
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 :
a. Tekanan Intra Kranial (TIK)
b. Doktrin Monro-Kellie
c. Tekanan Perfusi Otak (TPO)
d. 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 :
1. Kalvaria : garis bintang, depresi – non depresi, terbuka/tertutup
2. Dasar tengkorak : dengan/tanpa kebocoran CSS, dengan/tanpa parese N VII
• Lesi Intrakranial :
1. Fokal : epidural, subdural, intraserebral
2. 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 :
a. Luka kulit kepala
b. Fraktur depresi tengkorak
c. Lesi-lesi massa intrakranial
Post Test
1. Dasar Ilmu Biomekanika adalah :
a.Hukum Stokes
b.Hukum Newton
c.Hukum Archimides
d.Hukum Phytagoras
2. Alat keamanan dalam mobil yang disyaratkan adalah, kecuali :
a.Safety belt
b.Air bag
c.Klakson
d.Sandaran kepala
Post Test
3. Hal-hal yang mempengaruhi kondisi fisiologi kepala adalah,
kecuali :
a. Tekanan Intra Kranial (TIK)
b. Tekanan intra Orbital (TIO)
c. Tekanan Perfusi Otak (TPO)
d. 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
5. Pengawasan cedera kepala secara Disability
(melihat status neurologis) adalah, kecuali :
a. Alert (sadar)
b. Vocal
c. Local
d. 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