Anatomi Fungsional Vertebra

Tulang vertebra terdri dari 33 tulang: 7 buah tulang servikal, 12 buah tulang torakal, 5 buah tulang lumbal, 5 buah tulang sakral. Tulang servikal, torakal dan lumbal masih tetap dibedakan sampai usia berapapun, tetapi tulang sakral dan koksigeus satu sama lain menyatu membentuk dua tulang yaitu tulang sakum dan koksigeus (Cailliet, 1981 dikutip oleh Kuntono, 2007).

Kolumna vertebralis mempunyai lima fungsi utama, yaitu: (1) menyangga berat kepala dan dan batang tubuh, (2) melindungi medula spinalis, (3) memungkinkan keluarnya nervi spinalis dari kanalis spinalis, (4) tempat untuk perlekatan otot-otot, (5) memungkinkan gerakan kepala dan batang tubuh (Seelley dan Stephens, 2001 dikutip oleh Yanuar, 2003).

Tulang vertebra secara gradual dari cranial ke caudal akan membesar sampai mencapai maksimal pada tulang sakrum kemudian mengecil sampai apex dari tulang  koksigeus. Struktur demikian dikarenakan beban yang harus ditanggung semakin membesar dari cranial hingga caudal sampai kemudian beban tersebut ditransmisikan menuju tulang pelvis melalui articulatio sacroilliaca. Korpus vertebra selain dihubungkan oleh diskus intervertebralis juga oleh suatu persendian sinovialis yang memungkinkan fleksibilitas tulang punggung, kendati hanya memungkinkan pergerakan yang sedikit untuk mempertahankan stabilitas kolumna vertebralis guna melindungi struktur medula spinalis yang berjalan di dalamnya. Stabilitas kolumna vertebralis ditentukan oleh bentuk dan kekuatan masing-masing vertebra, diskus intervertebralis, ligamen dan otot-otot (Moore, 1999 dikutip oleh Yanuar, 2002).

Vertebra lumbalis terletak diregio punggung bawah antara regio torakal dan sakrum. Vertebra pada regio ini ditandai dengan korpus vertebra yang berukuran besar, kuat dan tiadanya costal facet. Vertebra lumbal ke 5 (VL5) merupakan vertebra yang mempunyai pergerakan terbesar dan menanggung beban tubuh bagian atas (Yanuar, 2002).

Menurut Adam et al (1989); Bagduk (1997); Morris (1980) dikutip oleh Auliana (2003) setiap vertebra lumbal dibagi atas 3 set elemen fungsional yaitu :

1. Elemen anterior atau korpus vertebra

Merupakan komponen utama dari kolumna vertebralis. Berfungsi untuk mempertahankan diri dari beban kompresi yang tiba pada kolumna vertebra bukan saja dari berat badan, tetapi juga dari kontraksi otot-otot punggung.

2. Elemen posterior

Elemen posterior berfungsi untuk mengatur kekuatan pasif dan aktif yang mengenai kolumna vertebralis dan juga mengatur gerakannya. Prosesus artikularis memberikan mekanisme locking yang menahan tergelincirnya ke depan dan terpilinnya korpus vertebra. Prosesus spinosus, transversus, mamilaris dan aksesorius menjadi tempat melekatnya otot sekaligus menyusun pengungkit untuk memperbesar kerja otot-otot tersebut. Lamina merambatkan kekuatan dari prosesus spinosus dan prosesus artikularis superior ke pedikel sehingga ia rentan terhadap trauma seperti fraktur pars artikularis.

3. Elemen tengah

Elemen tengah terdiri dari pedikel. Pedikel berfungsi menghubungkan elemen posterior dan anterior, memindahkan kekuatan yang mengontrol dari elemen posterior ke anterior.

Vertebra sakrum merupakan tulang yang berbentuk segitiga dan merupakan fusi dari kelima segmen vertebra segmen sakral. Sakrum berperan dalam stabilisasi dan kekuatan dari pelvis serta mentransmisikan berat badan tubuh ke pelvis (Yanuar, 2002).

Persendian pada kolumna vertebralis ada 2 yaitu persendian antara 2 korpus vertebra (amphiarthrodial) dan antara 2 arkus vertebra (arthrodial). Persendian ini membentuk apa yang disebut motion segmen (Bagduk, 1997; Finneson, 1980 dikutip oleh Auliana, 2003). Persendian antara 2 vertebra disebut persendian amfiartrodial dimana permukaan tulang dihubungkan baik oleh fibrokartilago diskus atau oleh ligamen interoseus, sehingga pergerakan menjadi terbatas tetapi bila keseluruhan vertebra bergerak maka rentang gerakan dapat diperhitungkan (Finneson, 1980 dikutip Auliana, 2003).

Persendian amfiartrodial melibatkan komponen-komponen sebagai berikut:

1. Diskus intervertebralis

Diskus intervertebralis merupakan suatu bantalan penghubung antar dua korpus vertebra yang di desain untuk menahan beban peredam getaran (shock absorbers) selama berjalan, melompat, berlari dan memungkinkan terjadinya gerakan kolumna vertebralis (Kurnia M, 2006; Yanuar, 2002).

Menurut Bagduk, 1997; Cailliet, 1976; Finneson, 1980 dikutip oleh Auliana, 2003 diskus intervertebralis terdiri dari 3 komponen yaitu :

1)      Nukleus sentralis pulposus gelatinous

Nukleus pulposus terdiri dari matrik proteoglikans yang mengandung sejumlah air (±80%), semitransparan, terletak ditengah dan tidak mempunyai anyaman jaringan fibrosa.

2)      Anulus fibrosus yang mengelilingi nukleus pulposus

Anulus fibrosus merupakan suatu cincin yang tersusun oleh lamellae fibrocartilogenea yang konsentris yang membentuk circumfereria dari diskus intervertebralis. Cincin tersebut diselipkan di cincin epifisis pada fasies artikularis korpus vertebra. Serabut-serabut yang menyusun tiap lamella berjalan miring dari satu vertebra ke vertebra lainnya, serabut-serabut dari suatu lamella secara khas berjalan pada sisi kanan menuju yang berdekatan. Pola seperti ini, walaupun memungkinkan terjadinya suatu gerakan antar dua vertebra yang berdekatan juga berfungsi sebagai pengikat yang erat antar dua vertebra tersebut (Moore, 1999; Young, 2000 dikutip oleh Yanuar, 2002).

3)      Sepasang vertebra endplate yang mengapit nukleus

Sepasang vertebra endplate adalah merupakan permukaan datar teratas dan terbawah dari suatu diskus intervertebralis.

Fungsi mekanik diskus intervertebralis mirip dengan balon yang diisi air yang diletakkan di antara ke dua telapak tangan . Bila suatu tekanan kompresi yang merata bekerja pada vertebra maka tekanan itu akan disalurkan secara merata ke seluruh diskus intervertebralis. Bila suatu gaya bekerja pada satu sisi yang lain, nukleus polposus akan melawan gaya tersebut secara lebih dominan pada sudut sisi lain yang berlawanan. Keadaan ini terjadi pada berbagai macam gerakan vertebra seperti fleksi, ekstensi, laterofleksi (Cailliet, 1981 dikutip oleh Kuntono, 2007). Diskus intervertebralis sendiri merupakan jaringan non innervasi dan non vaskuler sehingga apabila terjadi kerusakan tidak bisa terdeteksi oleh pasien meskipun sudah berlangsung dalam waktu lama (Parjoto,   2006).

2. Ligamen longitudinal anterior

Ligamen longitudinal anterior melapisi dan menghubungkan bagian anterolateral korpus vertebra dan diskus intervertebralis, terbentang dari permukaan anterior sakrum hingga ke tuberkulum anterior vertebra servikal 1 dan tulang oksipital di sebelah anterior foramen magnum. Ligamen ini melekat pada korpus vertebra dan diskus intervertebralis (Yanuar, 2002). Fungsi ligamen anterior tersebut adalah untuk memelihara stabilitas pada persendian korpus vertebralis dan mencegah hiperekstensi kolumna vertebralis (Parjoto, 2006; Yanuar, 2002).

3. Ligamen longitudinal posterior

Ligamen longitudinal posterior lebih sempit dan lebih lemah dari ligamen anterior, terbentang dalam kanalis vertebralis di dorsal dari korpus vertebralis. Ligamen ini melekat pada diskus intervertebralis dan tepi posterior dari korpus vertebra mulai vertebra servikal 1 sampai sakrum. Ligamentum ini dilengkapi akhiran saraf nyeri (nociceptor). Ligamen posterior berperan mencegah hiperfleksi kolumna vertebralis serta mencegah herniasi diskus intervertebralis (Yanuar, 2002).

Persendian antara 2 arkus vertebra (arthrodial) dibentuk oleh prosesus artikularis superior dari 1 vertebra dengan prosesus artikularis inferior vertebra di atasnya disebut sebagai zygapophyseal joint/facet joint atau sendi faset (Bagduk, 1997; Finneson, 1980 dikutip oleh Auliana, 2003). Arah permukaan sendi faset mencegah/membatasi gerakan yang berlawanan arah dengan permukaan sendi faset. Di regio lumbal, sendi fasetnya memiliki arah arah sagital dan medial, sehingga memungkinkan gerakan fleksi dan ekstensi dan lateral fleksi, namun tidak memungkinkan terjadinya gerakan rotasi (Yanuar, 2002). Pada sikap lordosis lumbalis (hiperekstensi lumbal) kedua faset saling mendekat sehingga gerakan kelateral, obique dan berputar terhambat, tetapi pada posisi sedikit fleksi kedepan (lordosis dikurangi) kedua faset saling menjauh sehingga memungkinkan gerakan ke lateral berputar (Cailliet, 1981 dikutip oleh Kuntono, 2007).

Ligamen-ligamen yang memperkuat persendian di kolumna vertebralis regio lumbal adalah :

a.       Ligamen flavum

Ligamen flavum merupakan ligamen yang menghubungkan lamina dari dua arkus vertebra yang berdekatan. Ligamen ini panjang, tipis dan lebar diregio servikal, lebih tebal di regio torakal dan paling tebal di regio lumbal. Ligamen ini mencegah terpisahnya lamina arkus vertebralis dan juga mencegah terjadinya cidera di diskus intervertebralis. Ligamen flavum yang kuat dan elastis membantu mempertahankan kurvatura kolumna vertebralis dan membantu menegakkan kembali kolumna veretbralis setelah posisi fleksi (Yanuar, 2002). 

b.      Ligamen interspinosus

Ligamen interspinosus merupakan ligamen yang menghubungkan prossesus spinosus mulai dari basis hingga apex, merupakan ligamen yang lemah hampir menyerupai membran (Yanuar, 2002)

c.       Ligamen intertranversus

Ligamen intertranversus adalah ligamen yang menghubungkan prossesus tranversus yang berdekatan. Ligamen ini di daerah lumbal tipis dan bersifat membranosa (Yanuar, 2002).

d.      Ligamen supraspinosus

Ligamen supraspinosus menghubungkan prosesus spinosus di daerah apex vertebra servikal ke 7 (VC7) sampai dengan sakrum. Ligamen ini dibagian kranial bergabung dengan ligamen nuchae. Ligamen supraspinosus ini kuat, menyerupai tali (Yanuar, 2002).

Otot punggung bawah dikelompokkan kesesuai dengan fungsi gerakannya. Otot yang berfungsi mempertahankan posisi tubuh tetap tegak dan secara aktif mengekstensikan vertebrae lumbalis adalah : m. quadraus lumborum, m. sacrospinalis, m. intertransversarii dan m. interspinalis. Otot fleksor lumbalis adalah muskulus abdominalis mencakup : m. obliqus eksternus abdominis, m. internus abdominis, m. transversalis abdominis dan m. rectus abdominis, m. psoas mayor dan m. psoas minor. Otot latero fleksi lumbalis adalah m. quadratus lumborum, m. psoas mayor dan minor, kelompok m. abdominis dan m. Intertransversarii. Jadi dengan melihat fungsi otot punggung di bawah berfungsi menggerakkan punggung bawah dan membantu mempertahankan posisi tubuh berdiri (Kuntono, 2007).

Medulla spinalis dilindungi oleh vertebra. Radik saraf keluar melalui kanalis spinalis, menyilang diskus intervertebralis di atas foramen intervertebralis.
Ketika keluar dari foramen intervertebralis saraf tersebut bercabang dua yaitu ramus anterior dan ramus posterior dan salah satu cabang saraf tersebut mempersarafi sendi faset. Akibat berdekatnya struktur tulang vertebra dengan radik saraf cenderung rentan terjadinya gesekan dan jebakan radik saraf tersebut. Semua ligamen, otot, tulang dan sendi faset adalah struktur tubuh yang sensitif terhadap rangsangan nyeri, karena struktur persarafan sensoris. Kecuali ligamen flavum, diskus intervertebralis dan ligamentum interspinosum, karena tidak dirawat oleh saraf sensoris. Dengan demikian semua proses yang mengenai struktur tersebut di atas seperti tekanan dan tarikan dapat menimbulkan keluahan nyeri. Nyeri punggung bawah sering berasal dari ligamentum longitudinal anterior atau posterior yang mengalami iritasi. Nyeri artikuler pada punggung bawah berasal dari fasies artikularis vertebra beserta kapsul persendiannya yang sangat peka terhadap nyeri. Nyeri yang berasal dari otot dapat terjadi oleh karena aktivitas motor neuron, ischemia muscular dan peregangan miofasial pada waktu otot berkontraksi kuat (Zimmermann M, 1987 dikutip oleh Kuntono, 2007).

1.      Biomekanika Komponen Vertebra

Medula spinalis merupakan struktur yang mudah bergerak yang digantung oleh akar saraf dan ligamen dentatum. Bila vertebra bergerak, pada awalnya dapat menyebabkan terlipat atau tidak terlipatnya medula spinalis. Sepanjang medula spinalis dapat menyesuaikan diri, maka medula spinalis tidak bergerak naik-turun dalam kanalis spinalis. Perubahan panjang medula spinalis sewaktu terjadi ketegangan (tension), sekitar 70-75% dalam bentuk terlipat dan tidak terlipat, sisanya dalam bentuk elongasi oleh sifat deformasi elastik. Sifat dapat meregang dari medula spinalis tercatat dalam bentuk bifasik, awalnya ia sangat elastis dan memanjang lebih dari 10%, untuk peregangan lebih dari itu dibutuhkan kekuatan yang lebih besar. Perubahan panjang medula spinalis diikuti secara simultan oleh perubahan pada area cross sectional dengan cara menurun pada waktu tegang (tension) dan meningkat sewaktu kompresi (Auliana, 2003)

Kekuatan vertebra dalam menahan beban pada dasarnya ditentukan oleh kekuatan elemen tulang. Secara anatomis, tiap vertebra telah menyesuaikan bentuk dan ukuranya sebagai refleksi dari beban yang diembannya, sehingga tampak bertambah ukurannya mulai dari regio servikal sampai lumbal. Persendian faset mengemban 18% beban kompresi, 45% kekuatan torsional dan sejumlah stabilitas vertebra lainnya, tergantung dari arah orientasi faset (Auliana, 2003).

Diskus intervertebralis relatif resisten terhadap kegagalan menghadapi beban kompresi. Vertebral end plate biasanya yang terlebih dahulu kalah baik pada diskus normal maupun yang telah mengalami degenerasi terutama oleh beban torsional. Beban pada vertebra terbukti sangat bervariasi, tergantung postur dan beban eksternal. Pada L3-L4 sesorang yang sedang duduk, tekanan intradiskalnya lebih tinggi dibanding waktu berdiri, tetapi tekanan paling rendah sewaktu seseorang berbaring terlentang (Auliana, 2003).

Struktur ligamen pada vertebra harus mampu memerankan fungsi ganda yaitu memungkinkan gerakan fisiologis vertebra disamping menahan gerakan vertebra yang melampaui batas. Sebagai contoh pada waktu ekstensi panjang ligamen flavum berkurang 10%, tetapi tidak menekuk ke dalam kanalis spinalis oleh karena masih dibawah 15% yang dianggap sebagai pretension. Pada fleksi penuh, ligamen mampu memanjang sampai 35%. Di luar range ini ligamen menjadi sangat kaku dan tidak dapat berelongasi lagi (Auliana, 2003).

Gerakan yang terjadi pada regio lumbal meliputi fleksi-ekstensi, yang mempunyai luas gerak sendi sebesar 20/35 – 0 – 40/60 pada bidang sagital posisi pasien berdiri anatomis. Pada gerak fleksi terjadi slide ke anterior dari korpus vertebra sehingga terjadi penyempitan pada diskus intervertebralis bagian anterior dan meluas pada bagian posterior. Gerak lateral fleksi yang mempunyai luas gerak sendi sebesar 15/20 – 0 – 15/20 pada bidang frontal posisi pasien berdiri anatomis. Pada gerak lateral fleksi, korpus pada sisi ipsilateral saling mendekat dan saling melebar pada sisi kontralateral. Gerak rotasi yang mempunyai luas gerak sendi sebesar 45 – 0 – 45 pada bidang transversal, posisi pasien duduk anatomis dimana gerak rotasi ini daerah lumbal hanya 2 derajat persegmen karena dibatasi oleh sendi faset (Hall, 1953).

Mekaniaka columna vertebralis netral didefinisikan sebagai adanya lordosis servikal dan lumbal yang normal dan kifosis torakal dan sakral. Frytte dan Greenman menyatakan mekanika normal adalah saat sendi faset tidak bekerja. Pada kondisi ini, gerakan lateral fleksi pada columna vertebralis akan menghasilkan rotasi pada sisi yang berlawanan. Hal ini dikenal dengan mekanika tipe 1 dan terjadi di regio torakal dan lumbal. Jika gerakan fleksi atau ekstensi dilakukan pada region tersebut, sendi faset akan bekerja dan akan mengontrol pergerakan vertebra. Pada saat demikian, lateral fleksi dan rotasi berada pada satu sisi. Hal ini dinamakan mekanika tipe 2 atau mekanika non-netral dan terjadi di regio torakal atau lumbal saat fleksi atau ekstensi  (Moore,1999; Seeley, 2003; Carola, 1990 dikutip oleh Yanuar, 2002).