REFERAT BIOMECHANICS OF CLOSED HEAD INJURY Rabu, 2 Februari 2016

Penyaji : dr. Muh. Ichsan FirdausPembimbing 1 : DR. Dr. M. Z. Arifin, SpBS(K)Pembimbing 2 : Dr. Agung Budi Sutiono, SpBS, PhDPembimbing 3 : Dr. Ahmad Faried, SpBS, PhDSumber :

Reilly,P.L.,McLean,A.J. and Anderson,W.G. Head Injury : Pathophysiology

and management of severe closed injury. London: Chapman and Hall

Medical. 1997: 25-36.

Biomekanisme Cedera Kepala Tertutup

Bab ini akan membicarakan bagaimana cara otak dapat cedera oleh dampak

benturan pada kepala. Benturan objek diibaratkan seperti adanya penetrasi ke kepala

yang disebabkan oleh peluru sebagai contohnya.

Bab ini juga memfokuskan cedera pada otak dibandingkan dengan laserasi dan

abrasi pada scalp atau fraktur pada kepala. Jelas, jika tulang kepala fraktur dan masuk

ke dalam, lalu bagian dari otak yang berada didasar fraktur akan cedera.

Bagaimanapun otak dapat mengalami cedera yang berat tanpa fraktur tulang kepala

akibat dari benturan di kepala. Cedera/ lesi intrakranial lainnya seperti subdural

hematom akan dijelaskan secara singkat tentang hubungan teori mekanisme cedera

primer pada otak. Komplikasi kedua dari cedera kepala juga dapat berefek pada otak

tapi tidak dijelaskan pada bab ini.

2.1 Benturan ke kepala

2.1.1 Benturan dan dorongan

Dalam sebagian besar kasus cedera kepala tertutup merupakan akibat dari

benturan ke kepala. Namun, ada referensi dalam literatur untuk cedera aksonal difus

pada percobaan tanpa benturan di mana kepala binatang dipercepat dengan cara yang

meminimalkan efek kontak langsung dari benturan ke kepala. Ada juga laporan dari

cedera otak akibat percepatan tubuh bagian atas dari binatang tanpa dampak langsung

ke kepala. Laporan-laporan ini dibahas kemudian dalam bab ini. Untuk saat ini,

perhatian pembaca difokuskan ke perbedaan antara benturan ke kepala dan transmisi

impuls ke kepala melalui leher.

1

Baik benturan dan dorongan, seperti dijelaskan di atas, dapat menggerakkan

kepala (atau mempercepat bergerak) tetapi berdampak juga akan menghasilkan efek

kontak pada kepala, seperti deformasi tengkorak dan fraktur, dengan risiko yang

terkait cedera otak. Namun, dalam praktiknya tampak bahwa cedera pada otak

manusia hampir selalu hasil dari dampak ke kepala, atau untuk helm sebagai

pelindung, dibandingkan dorongan melalui leher. Dorongan ke lokasi tertentu pada

kepala dapat dicirikan oleh kecepatan benturan dan sifat fisik seperti suatu benda yang

memukul.

2.1.2 Kecepatan benturan

Beberapa literatur penelitian patologi forensik menunjukkan bahwa jenis

cedera otak berbeda menurut apakah kepala itu tidak bergerak dan dipukul oleh benda

yang bergerak, atau bergerak dan menyerang objek yang tidak bergerak. Perbedaan

ini dapat menjadi penting hukumnya dalam kasus kekerasan di mana korban

mengalami luka kepala yang bisa disebabkan baik oleh pukulan ke kepala atau

tusukan ke kepala. Namun, seperti Holborn (1943) mengamati, kepala bergerak

biasanya menyerang sebuah objek yang jauh lebih besar dari kepalanya, sedangkan

kepala yang tidak bergerak lebih sering terkena benda yang massa mirip dengan

kepala atau bahkan lebih ringan.

Dalam hal fisik perbedaan antara kepala yang bergerak atau statis terhadap

benturan semata-mata dalam kerangka acuan. Sebagian besar pembaca akan

mengalami sensasi yang berlawanan seperti ketika pembaca tidak mengetahui kereta

mana yang bergerak ketika suatu objek bersama mereka di stasiun mulai bergerak.

Tidak ada perbedaan fisik antara kepala yang statis dipukul atau kepala bergerak

menusuk objek yang tetap, mengingat bahwa faktor-faktor lain seperti kecepatan

benturan dan karakteristik objek dihubungkan oleh kepala adalah sama.

Pada umumnya, kecepatan benturan kepala akan lebih besar, katakanlah,

tabrakan kecepatan tinggi di jalan daripada tabrakan pada kecepatan rendah. Jenis

kecelakaan adalah faktor yang signifikan, dengan terbaliknya kecepatan tinggi

kadang-kadang menjadi relatif tidak membuat cedera dibandingkan dengan tabrakan

dengan kendaraan lain atau benda yang tetap pada kecepatan yang jauh lebih rendah.

Bahkan dalam dua kecelakaan rupanya mirip itu sama sekali tidak biasa bagi

seseorang dalam satu kecelakaan untuk menerima dampak yang parah di kepala

ketika seseorang dalam kecelakaan lain mungkin tidak terkena di kepala sama sekali.

2

2.1.3 Ciri Fisik dari objek/benda yang terkena atau menusuk

a. Bentuk

Seperti sudah dijelaskan diatas, kami beranggapan bahwa benturan objek tidak

melakukan penetrasi ke tengkorak dalam hal ini peluru sebagai contohnya.

Karakteristik yang paling penting dari objek/ benda yang terkena atau menusuk

adalah kekakuan dan luas permukaan, memberikan bentuk yang tetap dengan

menanamkan benturan tumpul pada kepala.

b. Kekakuan

istilah 'kekakuan', seperti yang digunakan di sini dalam arti rekayasa, kadang-

kadang disamakan dengan kekerasan. Ciri kekakuan yang baik diilustrasikan oleh

kompresi pegas. Sebagai perbandingan, lembaran tipis kaca sangat keras pada

permukaan tetapi akan menekuk, atau membelok, mudah saat dimuat.

Sebuah lantai beton sangat kaku; hampir tak terbatas sehingga dapat

diibaratkan dengan kepala manusia. Sebuah panel lembaran logam dari mobil, namun,

mungkin cacat beberapa sentimeter bila dipukul oleh kepala dari pejalan kaki atau

pengendara mobil. Perbedaan pada kekakuan objek atau benda yang terkena oleh

kepala telah terbukti berhubungan dengan perbedaan jenis cedera intrakranial yang

dihasilkan, seperti dibahas di bawah ini.

2.1.4 Lokasi benturan di kepala

Lokasi dampak pada kepala dapat berhubungan dengan cedera otak dalam

beberapa cara: misalnya dengan deformasi lokal tengkorak dan, yang lebih penting,

dengan menentukan tingkat relatif percepatan linear dan akselerasi angular dari

kepala.

(a) Cedera yang berdekatan dengan lokasi benturan

Lokal deformasi tengkorak pada titik benturan dapat menghasilkan cedera

kontak langsung dengan jaringan otak yang didasarnya. Ini hampir pasti terjadi jika

benturan menghasilkan perpindahan pada fraktur tengkorak, tapi kecepatan tinggi cine

radiografi menunjukkan bahwa tengkorak juga dapat masuk cukup dalam beberapa

milidetik pertama benturan untuk kompres otak dan kemudian kembali ke bentuk

semula tanpa bukti sisa deformasi dalam tulang.

3

Dalam studi mereka menggunakan monyet yang dibius, menunjukkan

bahwa benturan daerah oksipital tengkorak tidak cacat dan tidak ada lesi otak yang

terjadi. Benturan didaerah temporoparietal memang menunjukkan bukti deformasi

tengkorak sementara dan lesi otak yang menyertainya. Untuk benturan yang

diberikan, risiko patah tulang tengkorak yang mendasari juga akan berbeda dengan

lokasi benturan pada kepala. Nahum et al, (1968) memperkirakan bahwa untuk daerah

kontak dari sekitar 1 inci persegi (6.5cm2) gaya yang dibutuhkan untuk menghasilkan

patah tulang tengkorak klinis yang signifikan di daerah frontal tengkorak pada mayat

itu dua kali lipat dibutuhkan daerah temporoparietal.

(b) Cedera jauh dari lokasi benturan

Cedera yang dihasilkan juga bisa, dan sangat sering, jauh dari lokasi benturan.

Hal ini untuk cedera kedua tengkorak dan otak. Benturan tumpul ke calvarium dapat

mengakibatkan patah tulang linear jauh di dasar tengkorak. Hal ini dianggap sebagai

konsekuensi dari tempurung kepala yang cukup kuat untuk menahan kekuatan

benturan, karenanya ditemukan tulang lebih tipis pada di bagian dasar tengkorak.

Istilah 'contrecoup' telah lama digunakan untuk mengkarakterisasi cedera pada

otak yang di sisi yang jauh dari benturan di kepala. Telah menjelaskan bahwa

contrecoup cedera otak merupakan konsekuensi dari perubahan tekanan yang cepat

dan terlokalisasi dekat permukaan jaringan otak karena efek kavitasi yang timbul dari

otak bergerak relatif terhadap rongga tengkorak dalam menanggapi dampak. Namun,

Nusholtz et al. (1984) melaporkan bahwa, benturan oksipital kepala monyet Rhesus,

contrecoup tekanan negatif yang lebih besar dari satu atmosfer tampaknya tidak

berhubungan dengan cedera otak.

Dalam kasus benturan di daerah oksipital adalah mungkin bahwa gerakan

relatif antara otak dan sering teratur anatomi tulang dari fossa anterior pada manusia

mungkin memainkan peran dalam penyebab cedera contrecoup pada otak (Shatsky et

al., 1974).

(c) Lokasi benturan di kepala dan derajat berat cedera kepala

Akhirnya, lokasi benturan ke kepala dapat menentukan sifat, pola dan tingkat

keparahan cedera seluruh otak. Lebih dari 200 tahun yang lalu Percivall Pott, ahli

bedah dari Kota London, mengatakan pada sebuah hubungan yang jelas antara lokasi

benturan di kepala dan keparahan cedera otak yang dihasilkan:

4

“Aku tidak akan menegaskan untuk menjadi kenyataan, tapi sejauh

pengalaman dan pengamatan saya sendiri, saya berpikir bahwa saya telah melihat

lebih banyak pasien sembuh, yang cedera atau di bawah tulang frontal, daripada

tulang lain dari cranium. “

2.2 Respon dari benturan kepala

2.2.1 Pergerakan dari kepala

Mekanisme cedera kepala tergantung kepada apakah kepala bebas untuk

mengubah kecepatannya bila dipukul (Denny-Brown dan Russell,1941). Jika tidak,

maka tengkorak dapat dihancurkan menjadi lebih besar atau lebih kecil derajat dan

cedera kepalanya dan otak, akan langsung berhubungan ke lokasi dan luasnya

deformasi tengkorak.

Seperti yang dijelaskan diatas, sebagian besar kasus cedera kepala tertutup

akibat dari kepala yang bergerak datang ke dalam kontak dengan objek yang tetap

atau dengan objek yang bergerak dengan kecepatan yang berbeda. Cedera otak

umumnya diduga hasil dari akselerasi otak dalam menanggapi benturan ke kepala.

2.2.2 Kekuatan dari benturan

Untuk kecepatan benturan kepala diberikan , benturan dengan panel lembaran

logam dari mobil akan menghasilkan kekuatan benturan yang jauh lebih kecil , dan

akselerasi yang rendah dari kepala ,akan berdampak dengan benda yang padat. Hal ini

karena kepala bergerak akan memberikan jeda lebih dari jarak yang lebih besar dalam

kasus yang pertama.

Seperti yang akan terlihat berikutnya, ada alasan untuk percaya bahwa

sensitivitas dari otak untuk cedera dari benturan ke kepala itu tergantung dari waktu.

Sebuah tingkat akselerasi yang sangat tinggi dari kepala untuk waktu yang sangat

sempit mungkin menyebabkan cedera yang sedikit dibandingkan akselerasi yang

sangat rendah dihubungkan dengan periode waktu yang sangat panjang.

2.2.3 Akselerasi linear dan angular dari kepala

Jika garis tindakan (vektor) dari gaya benturan melewati pusat gravitasi dari

kepala maka kepala akan akselerasi dalam garis lurus. Dengan kata lain, itu akan

dikenakan akselerasi linear. Pernyataan umum ini mengesampingkan efek menahan

leher, yang cenderung kecil dalam interval waktu selama cedera otak terjadi. Namun,

5

jika vektor gaya tidak melewati pusat gravitasi maka kepala akan dikenakan kedua

linear dan akselerasi sudut, dengan yang terakhir yang mengakibatkan rotasi terhadap

pusat gravitasi. Dalam bab ini istilah 'rotasi' dan 'sudut' digunakan secara bergantian.

Dalam beberapa penelitian perbedaan telah dibuat antara kedua istilah ini, berarti

rotasi terhadap pusat gravitasi dari kepala dan yang terakhir untuk menyebut rotasi

kepala tentang beberapa titik lainnya, seperti di tulang belakang leher, yang

menghasilkan kombinasi gerak linear dan angular dari pusat gravitasi kepala.

Hubungan dasar antara kekuatan benturan dan yang menghasilkan akselerasi

angular (sudut) (a) dari kepala mirip dengan yang untuk akselerasi linear kecuali

bahwa (x) dari vektor gaya dari pusat gravitasi kepala diperhitungkan bersama dengan

momen inersia (I) dari kepala: F x = 1α.

Momen inersia dari sebuah bola padat, perkiraan yang sangat kasar untuk

kepala manusia, suatu sumbu melalui pusat bola adalah:

I = 2 / 5mr2.

2.2.4 Tekanan dan Tegangan

Tekanan diukur dari segi gaya per satuan luas. Tegangan menggambarkan

respon dari bahan yang sedang ditekan. Sebuah regangan yang ditekan akan

menurunkan panjang, sedangkan regangan yang ditarik akan menunjukkan bahwa

bahan yang tertekan telah merenggang

(a) Laju Regangan

Tingkat penerapan gaya tercermin dalam tingkat ketegangan yang dihasilkan,

dinyatakan dalam regangan per satuan waktu. Respon terhadap pemuatan fisik dari

beberapa bahan tergantung dari tingkat regangan (Viano dan Lau, 1988).

2.3 Metode Investigasi

Terdapat tiga tipe metode investigasi yang telah digunakan pada studi biomekanik

cedera kepala, yaitu eksperimental , matematika dan observasi

2.3.1 STUDI EKSPERIMENTAL

Banyak dari apa yang telah diketahui, tentang mekanisme cedera otak pada

manusia hidup dari studi eksperimental. Subyek tes termasuk mayat manusia, hewan

yang dibius dan cadaver dari hewan. Model fisik dari kepala juga telah juga sudah

6

digunakan. Percobaan yang dilakukan pada manusia hidup didefinisikan sebagai

respon dari kepala untuk benturan yang tidak merugikan.

Kepala mayat manusia memiliki keuntungan anatomi yang benar, tetapi tidak

fisiologis, representasi kepala manusia hidup (meskipun upaya percobaan dibuat

untuk menstimulasi lesi vaskular dengan memberikan tekanan sistem vaskular yang

lebih dulu berdampak pada kepala). Hewan yang telah dibius, tentu saja, subjek hidup

namun berbeda anatomi dari manusia. Teknik eksperimental canggih telah

dikembangkan dalam perjalanan evolusi hewan berdasarkan studi cedera kepala

(misalnya, Nusholtz, Kaiker dan Lehman, 1986). Meskipun perbedaan anatomi yang

paling tidak dalam primata yang bukan manusia, ukuran yang lebih kecil dari tulang

tengkorak monyet dan otak memperkenalkan masalah teori dimensi dalam percobaan

untuk menghubungkan hasil ke manusia hidup.

Percobaan menggunakan model fisik dari otak, atau tulang tengkorak dan otak

yang telah diukur dari tekanan, dan dicatat dengan disertakan pengukuran yang

memenuhi jaringan atau dengan cara fotoelastis, di dipercepat wadah gel yang telah

diisi (Thibault, Gennarelli dan Margulies, 1987; Holbourn, 1943).

2.3.2 STUDI MATEMATIKA

Model matematika dari kepala manusia dan hewan sekarang pada tahap,

tersedianya komputer yang kuat, membenarkan penggunaannya dalam percobaan

untuk memprediksi gerak dari benturan pada otak ke tulang tengkorak yang relatif

terhadap tengkorak dan regangan pada jaringan otak (Zhou, Khalil dan Raja, 1994).

Pengembangan model matematika realistik tergantung antara lain, pada pengetahuan

tentang respon fisik jaringan otak untuk beban benturan,sebagai tambahan respon

dari tulang tengkorak dan membran (Melvin, Lighthall dan Ueno, 1993).

Data eksperimen yang tersedia untuk digunakan dalam validasi model

matematika dari tulang tengkorak hewan maupun sistem pada otak. Validasi model

matematika dari kepala manusia tergantung pada ketersediaan yang memadai secara

rinci dan perkiraan akurat dari kekuatan yang terlibat dalam benturan ke kepala

manusia hidup seperti tabrakan dijalan dan mengakibatkan patologis, terutama

neuropatologi.

2.3.3 STUDI OBSERVASI

7

Penyelidikan kasus yang mana manusia hidup yang telah menderita cedera

kepala tertutup memiliki keinginan menunjukan bahwa fenomena yang diteliti adalah

hal yang menarik. Namun, sulit untuk mendapatkan informasi yang rinci tentang

karakteristik dari cedera kepaladan keparahan benturan ke kepala hanya dapat

diperkirakan (Ryan et al, 1989; Gibson et al, 1985).

(A) Neuropatologi

Dalam kasus yang fatal neuropatologi yang dapat memberikan informasi pada cedera

otak pada tingkat mikroskopis. Meski begitu, ada keterbatasan yang dibebankan oleh

fakta bahwa beberapa lesi otak tidak saat ini mudah terdeteksi kecuali individu terluka

parah bertahan untuk beberapa jam setelah insiden yang menghasilkan cedera. Di

dalam kasus yang hidup, magnetic resonance imaging (MRI) dan computed

tomography (CT) dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan menemukan lesi

hemoragik yang lebih besar dalam otak.

(B) Karakteristik dampak ke kepala

Lokasi benturan pada kepala dapat ditentukan dari lokasi lecet dan memar,

tekanan pada patah tulang tengkorak dan hematoma subgaleal pada otopsi atau dalam

kasus operatif. Dalam kasus non-fatal, dapat sulit untuk menentukan lokasi suatu

benturan di atas garis rambut.

Menentukan objek atau benda yang membentur kepala biasanya tergantung

pada pemeriksaan pada letak cedera terjadi, seperti sarana yang terlibat dan lokasi

kecelakaan dalam kasus kecelakaan di jalan. Kekakuan dari benturan pada objek

melanda mungkin dapat disimpulkan dari deskripsi sederhana pada kejadian, seperti

kepala membentur lantai beton sebagai akibat dari jatuh. Di jalan tempat kecelakaan

benturan kepala yang paling mungkin terjadi pada beberapa bagian dari kendaraan.

Pengetahuan tentang kekakuan pada bagian sarana kendaraan dapat digunakan untuk

memperkirakan kekuatan benturan kepala, dengan asumsi bahwa perkiraan yang

akurat dapat dibuat dari kecepatan kepala membentur objek. Jika sebuah catatan yang

telah dibuat dari setiap deformasi dari objek yang membentur, sebuah headform

instrumen dapat digunakan untuk mengukur kekuatan yang dibutuhkan untuk

menghasilkan benturan yang sebenarnya.

2. 4 Menuju pemahaman mekanisme cedera kepala

8

Studi tentang biomekanik dari cedera kepala telah berkonsentrasi pada hubungan

antara kekuatan diterapkan ke kepala dan cedera yang dihasilkan pada otak. Beberapa

studi sebelumnya yang digunakan ada atau tidak adanya patah tulang tengkorak

sebagai hasil dari variabel , dengan asumsi bahwa hal tersebut berhubungan positif

dengan keparahan cedera otak (lihat bagian berikut pada toleransi benturan kepala).

Namun, itu segera diakui bahwa respon dari seluruh kepala yang terbentur

kemungkinan menjadi penentu utama dari sifat dan tingkat keparahan cedera otak.

Lissner, Lebow dan Evans ( 1960 ) juga menginvestigasi hubungan antara

akselerasi linear dan perubahan tekanan intrakranial yang dihasilkan dari benturan ke

tulang frontal kepala mayat manusia yang diawetkan ( Cadaver ). Laporan pekerjaan

ini menjadi patut diperhatikan untuk akselerasi yang dibutuhkan untuk menghasilkan

fraktur linear dari tulang frontal, dari hasil ini (Gambar 2.2), kemudian ditambahkan

oleh data lain (Gurdjian et al., 1961), membentuk dasar untuk pengembangan dari

kriteria Cedera kepala, yang digunakan hampir secara universal saat ini sebagai

ukuran dari risiko cedera kepala dalam pengujian kecelakaan mobil yang

menyebabkan cedera kepala. Permasalahan ini, dan Kriteria Cedera Kepala, yang

dibahas lebih dalam bagian 2.5.1.

Penyelidikan lebih lanjut di Wayne State University hingga tahun 1960-an

termasuk benturan pada oksipital pada kepala yang bergerak bebas pada seekor

monyet yang telah dibius. Dalam laporan percobaan tersebut Hodgson et al. (1969)

berkomentar bahwa hasil mereka didukung oleh teori Gurdjian dan Lissner (1961).

Khususnya, Hodgson et al. menyimpulkan bahwa 'Meskipun gerakan kepala yang

terlibat baik sudut dan akselerasi translasi, dominan dipengaruhi sel yang ditemukan

di batang otak dan hampir menyelesaikan adanya chromatolysis di korteks, membuat

itu muncul kemungkinan bahwa akselerasi translasi yang merupakan mekanisme

paling penting '(Hodgson et al., 1969).

Namun, dalam penelitian lain dari mekanisme cedera kepala yang dilakukan

pada tahun 1960, Ommaya dan Hirsch menunjukkan bahwa dalam studi cedera pada

syaraf dileher, ketersediaan collar neck support untuk seekor monyet. Persoalan pada

akselerasi seluruh tubuh, yang hamper dieliminasi pada kasus cedera kepala yang

diobservasi ketika kepala bebas berputar (Ommaya, Hirsch dan Martinez, 1966). Pada

tahun 1970, atas dasar lebih lanjut

9

Gambar 2.2 The Wayne State tolerance curve. Titik dibawah kurva tidak dapat

dihubungkan dengan tingkat keparahan cedera kepala (Dihasilkan dari Gurdjian,

Roberts and Thomas, 1966 )

Analisis hasil penelitian tersebut, mereka menyimpulkan bahwa 'tidak ada

bukti yang meyakinkan sampai saat ini telah disajikan yang berkaitan cedera otak

yang berat, dan goncangan keras dari gerak translasi dari gerakan kepala pada durasi

pendek, baik melalui getaran atau benturan langsung '(Hirsch dan Ommaya, 1970).

2.4.3 PENGEMBANGAN LEBIH LANJUT DARI EKSPERIMEN YANG

MENGGUNAKAN PENGGANTI MANUSIA

Pada awal 1970-an, Ommaya memulai pekerjaan dengan Gennarelli dan

Thibault pada serangkaian eksperimen benturan kepala dengan menggunakan monyet

(Karya ini kemudian dilanjutkan dengan Gennarelli dan Thibault di Universitas dari

Pennsylvania, bekerja sama dengan Adams, dan kemudian Graham, dari Institute for

Neurological Ilmu di Glasgow.) Mereka menundukkan kepalam hewan untuk

akselerasi didominasi linear atau akselerasi angular dalam bidang yang ditentukan

sementara pada saat yang sama meminimalkan efek kontak langsung dari benturan di

kepala. Hal ini dilakukan dengan membungkus kepala monyet dalam sebuah penutup

kepala dengan semen yang digunakan untuk gigi. Penutup tulang kepala yang

dipasang melalui sebuah hubungan mekanis untuk sebuah piston yang, ketika

digerakan , akselerasi pada benturan kepala (Gennarelli dan Thibault, 1982).

10

Dasar pemikiran percobaan untuk meminimalkan efek kontak dari dampak

ke kepala adalah jelas. Namun, seperti Gennarelli (1980) mencatat, pada manusia ada

tampaknya sedikit hubungan antara adanya atau tidak adanya patah tulang tengkorak

dan keparahan cedera kepala . Hal ini dapat diartikan bahwa kekuatan terkonsentrasi

benturan yang bersifat lokal pada otak dalam banyak cara yang sama seperti kekuatan

yang lebih sama, didistribusikan dari impuls diterapkan pada seluruh bagian kepala,

terlepas dari lesi otak akibat deformasi lokal tulang tengkorak pada titik benturan.

Keterkaitan melekat pada tulang kepala yang kaku yang membatasi gerakan

kepala untuk sebuah bidang dengan kepala berputar sekitar titik di daerah bagian

bawah tulang belakang leher. Pergerakan kepala terbatas 60 ° sebelum gerakan tiba-

tiba berhenti. Sebagai tingkat dari akselerasi yang lebih rendah dari tingkat desklerasi,

itu diklaim sebagai pristiwa yang berbahaya yang terjadi perlambatan, meskipun

tampaknya menjadi alasan untuk khawatir tentang potensi cedera dari fase akselerasi.

Model subjek secara fisik berurutan percepatan-perlambatan denyut menunjukkan

distorsi ditandai (regangan ) di jaringan 'otak' selama fase akselerasi (Thibault,

Gennarelli dan Margulies, 1987; Margulies, Thibault dan Gennarelli, 1990).

Gennarelli dan Thibault (1982) mengemukakan bahwa untuk dapat

menghasilkan hematoma subdural ketika mereka meningkatkan durasi dari fase

deselerasi, mereka juga harus meningkatkan level deskelerasi itu sendiri. Hal Ini

kontras dengan temuan mereka bahwa cedera aksonal dan concusio dapat dihasilkan

fase deskelerasi yang lebih rendah ketika durasi fase deskelerasi meningkat, hasil

yang konsisten dengan waktu akselerasi menunjukkan hubungan waktu dalam

toleransi kurva Wayne State (Gambar 2.2). Penjelasan mereka untuk perbedaan ini

bahwa penghubung vena sensitif terhadap tingkat di mana akselerasi diterapkan.

Namun, terdapat bukti saat ini, bahwa penghubung vena tidak tegang (Lee dan Haut,

1989).

Lee, Melvin dan Ueno (1987), bekerja sama dengan dua dimensi model elemen

dari otak monyet rhesus, menyimpulkan bahwa hematoma subdural sebenarnya telah

dihasilkan selama fase akselerasi dari perangkat tes biphasic yang dikembangkan oleh

Thibault dan Gennarelli. Hal ini karena peningkatan durasi fase deselerasi harus

disertai dengan penurunan yang sesuai dalam durasi fase akselerasi, dan karenanya

merupakan peningkatan tingkat akselerasi yang diperlukan untuk mempertahankan

tingkat tertentu deselerasi.

11

2.4.4 CEDERA KEPALA TANPA BENTURAN PADA KEPALA

Dalam banyak publikasi tentang hal ini sangat luas serangkaian eksperimen di

University of Pennsylvania, referensi telah dibuat untuk 'non-benturan' sifat akselerasi

kepala hewan (Lihat, misalnya, Gennarelli dan Thibault, 1982). Dimaksudkan telah

menarik perhatian pada fakta bahwa fenomena kontak, seperti deformasi dari tulang

tengkorak, yang diminimalkan dengan mendistribusikan beban akselerasi. di bagian

dari kepala. Kecelakaan Seorang pengendara sepeda motor ini, helm memiliki fungsi

yang sama, sementara juga menyerap sebagian energi dari benturan. Namun, istilah

'non-benturan' bisa, tentu saja, ditafsirkan bahwa kepala tidak mengalami benturan.

Seperti interpretasi dapat menjadi masalah cukup penting pada kasus forensik.

Sebagai contoh, di kasus dugaan pelecehan anak tidak jarang untuk pertahanan untuk

menyatakan bahwa bayi diguncangkan keras bukan bagian kepala yang dipukul, atau

terhadap beberapa objek. Kemungkinan keabsahan pernyataan tersebut diselidiki oleh

Duhaime et al. (1987) yang menyimpulkan bahwa guncangan kuat dari anggota badan

pada bayi adalah yang paling mungkin untuk menghasilkan cedera pada otak anak

dengan tidak adanya akselerasi ke kepala. Mereka memperkirakan bahwa tingkat

akselerasi kepala dihasilkan dengan guncangan seperti itu mungkin sekitar satu-50

dari tingkat yang dihasilkan dari akselerasi. Temuan ini konsisten dengan hasil dari

penyelidikan tentang cedera kepala dalam kecelakaan jalan, meskipun kekuatan yang

dapat disampaikan ke tubuh dan ke kepala, dengan menggoyangkan bagian tubuh dan

kepala orang dewasa dan bayi sering dilakukan dari pada yang terjadi pada

kecelakaan lalu lintas.

Meaney, Thibault dan Gennarelli (1994), di University of Pennsylvania,

menggunakan model matematika dari tubuh manusia untuk menyelidiki kemungkinan

terjadi pada pengendara mobil untuk dampak keparahan yang terjadi. Mereka

menyimpulkan bahwa akselerasi dari kepala tidak dapatuntuk mencapai tingkat yang

akan merugikan otak. Hal ini sesuai dengan temuan McLean, disebut sebelumnya,

bahwa tidak ada kasus cedera kepala tanpa benturan kepala di serangkaian lebih dari

400 pengguna jalan terluka parah (McLean, 1995).

2.4.5 PERAN DARI LINEAR DAN ANGULAR AKSELERASI

Ommaya dan Gennarelli (1974) melaporkan akselerasi linear kepala monyet

pada bidang sagital dikaitkan dengan lesi fokal tetapi tidak dapat menghasilkan

12

concusio. Namun, contusion dihasilkan dalam setiap kasus ketika kepala monyet

menjadi sasaran akselerasi angular. Contusio dinilai dengan referensi untuk mengukur

respon sensorik pada tingkat neuronal korteks (Gennarelli, Thibault dan Ommaya,

1972).

Gennarelli et al. (1982) menekankan pentingnya bidang pada akselerasi

angular. Mereka menyimpulkan bahwa 'akselerasi angular’ kepala menyebabkan

cedera aksonal di otak sebanding dengan tingkat gerakan koronal.

Ono et al. (1980), dari Japan Automobile Lembaga Penelitian dan JIKEI

University Medical Sekolah, melakukan percobaan pada primata non-manusia untuk

memeriksa mekanisme cedera pada otak. Pengamatan yang konsisten dengan

kesimpulan dari Ommaya, Hirsch dan Martinez (1966) dan Gennarelli, Thibault dan

Ommaya (1972) bahwa komponen akselerasi angular harus ada untuk menginduksi

terjadinya concusio kepala pada bidang sagital. Ono et al. lebih lanjut menyimpulkan

bahwa mekanisme lain yang penting untuk terjadinya kontusio adalah deformasi

tulang tengkorak yang diatur oleh area penyerang. Namun, hasil tes di Jepang juga

menunjukkan bahwa terjadinya concusio, berbeda dengan kontusio, di monyet tidak

dapat berkorelasi dengan akselerasi angular tapi sangat berkorelasi dengan akselerasi

linear pada kepala. Definisi dari keparahan concusio berdasarkan pengamatan dari

durasi dari apnea, hilangnya reflex kornea dan gamgguam tekanan darah. Kurva

Akselerasi / waktu menandai ambang batas untuk Patah tulang tengkorak yang

ditemukan pada saat berbaring yang sesuai kurva toleransi untuk kontusio.

Hasil ini diturunkan dari kepala monyet ke manusia, menggunakan teknik

analisa berdimensi. Hasil skala divalidasi dengan membandingkan mereka dengan

kurva akselerasi/ waktu untuk menghasilkan fraktur pada tulang tempurung kepala

pada cadaver manusia

13

Gambar 2.3 JARI human head tolerance curve ( JHTC )

Sumber : dihasilkan dari Ono et al., 1980.

Dalam serangkaian eksperimen berikutnya di mana kepala hewan menjadi

sasaran benturan lateral, Kikuchi, Ono dan Nakamura (1982) menemukan bahwa

akselerasi / Waktu kurva toleransi untuk concusio yang lebih tinggi dari pada yang

disesuaikan oleh kurva pada benturan kepala yang diakselerasi pada bidang sagital.

Temuan ini berlawanan dengan kesimpulan yang ditarik oleh Gennarelli et al. (1982)

bahwa toleransi otak untuk akselerasi, dalam bentuk durasi dari koma, secara

substansial kurang dalam koronal dari pada bidang sagital.

Kikuchi, Ono dan Nakamura mengakui bahwa hasil mereka berbeda dari

konsep yang sebelah benturan di lateral ke kepala itu lebih berbahaya daripada frontal

atau benturan di oksipital. Mereka menyimpulkan bahwa perbedaan muncul dari fakta

bahwa ambang batas relatif untuk patah tulang tengkorak kepala, concusio dan

berbagai patologis cedera otak berbeda untuk benturan di sagittal dan bidang koronal.

Penyelidikan lebih lanjut di Universitas Pennsylvania oleh Thibault et

al.menimbulkan saran bahwa parameter tunggal, seperti nilai puncak sudut akselerasi,

mungkin tidak menjadi prediktor yang memadai dari deformasi dari jaringan otak dan

karenanya dari keparahan cedera intraserebral (Thibault, Gennarelli dan Margulies,

1987). Mereka mengusulkan bahwa perubahan di kecepatan sudut dan mungkin total

perpindahan mungkin juga parameter penting. Hal ini menyebabkan untuk

pengembangan hipotesis Margulies dan

14

Thibault (1992) bahwa tingkat ketegangan di jaringan kepala akibat benturan ke

kepala dapat mengganggu fungsi dari puncak kecepatan rotasi, puncak

Akselerasi rotasi dan massa dari kepala.

2.4.6 MOTION KONSEP RELATIF OTAK CEDERA

Seperti disebutkan sebelumnya, Holbourn (1943) berpendapat bahwa gerak

rotasi kepala adalah faktor penyebab yang signifikan dari produksi cedera kepala..

Pudenz dan Sheldon (1946) mampu menunjukkan gerakan relatif antara otak dan

tulang tengkorak kepala dari seekor monyet dengan cara calvarium Lucite. Mereka

menemukan bahwa tingkat gerak relatif tersebut dipengaruhi dengan arah benturan ke

kepala, yang lebih besar dalam sagital daripada di bidang koronal.

Penekanan oleh banyak peneliti tentang gerak rotasi sebagai faktor penting

dalam menghasilkan cedera otak tidak diterima secara universal. Misalnya, Willinger

et al. (1994) menyatakan bahwa pengetahuan komponen sudut dan linier dari respon

kepala untuk benturan tidak cukup akurat untuk memprediksi mekanisme

intraserebral pada setiap lesi. Menerapkan teknik yang dikenal sebagai analisis bentuk

untuk kepala manusia, baik secara in vivo (Gambar 2.4)

Gambar 2.4 Sinyal diukur dengan palu sensing dan accelerometer (dihadapkan kepala

dengan jari telunjuk kiri) diproses dengan analisis bentuk untuk menentukan massa

15

efektif yang terdiri dari kepala (misalnya tengkorak dan otak) dan relatif gerak mereka

untuk tingkat tertentu pada perubahan akselerasi kepala (yang terkait dengan

kekakuan objek).

2.5 Toleransi benturan di kepala

Apapun mekanisme cedera otak yang mungkin dalam kasus trauma tumpul di

kepala, ada kebutuhan untuk beberapa ukuran kuantitatif yang berkaitan dengan

karakteristik benturan terhadap resiko cedera kepala. Perancang helm atau bagian –

bagian dari mobil yang memungkinkan mengenai kepala dari pengendara perlu

mengetahui tingkat akselerasi dari kepala yang mana dapat menyebabkan keparahan

atau cedera kepala yang fatal. Tanpa ukuran tersebut, atau kriteria, pengembangan

perangkat ditujukan untuk meminimalkan keparahan cedera kepala akibat benturan

yang diberikan dapat didasarkan pada sedikit lebih dari asumsi bahwa sebagian energi

dari benturan harus diserap sebelum mencapai kepala.

(a) The Gadd Severity Index

Pada tahun 1966, di Konferensi Crash Stapp Mobil, Gadd dari General Motors

mengusulkan indeks keparahan cedera kepala berdasarkan toleransi kurva Wayne

State (Gadd, 1966). Gadd beralasan bahwa beberapa ukuran area di bawah kurva

percepatan / waktu untuk dampak yang diberikan bisa membentuk dasar untuk indeks

tersebut. Namun itu jelas bahwa rendahnya tingkat akselerasi berlangsung untuk

waktu yang lama tidak merugikan sedangkan tingkat yang lebih tinggi dari percepatan

bertindak untuk waktu yang lebih pendek jauh lebih mungkin untuk menjadi begitu,

meskipun daerah di bawah kurva percepatan / waktu bisa menjadi sama.

(b) The JARI human head tolerance curve

Dari berbagai kriteria toleransi lain yang memiliki diusulkan, The JARI human

head tolerance curve (Ono et al, 1980;. Kikuchi, Ono dan Nakamura, 1982) adalah

yang paling dekat dalam konsep umum untuk kurva Wayne State. Kurva toleransi

JARI lebih diketahui berdasarkan pada toleransi kurva Wayne State tetapi tetap

hampir identik pada hal itu. Ada cedera kepala kriteria yang telah diusulkan tetapi,

meskipun mengakui kekurangan dari HIC, terus menjadi ukuran yang paling banyak

digunakan dari risiko cedera otak dari benturan benda tumpul pada kepala.. Hal ini

terutama ditentukan dalam keamanan kendaraan yang diatur undang-undang di

16

Amerika Serikat dan juga karena belum ada kriteria yang terbukti unggul dalam hal

relevansi dengan tingkat keparahan cedera kepala pada manusia.

2.6 Seni pada biomekanik cedera kepala

Kesimpulannya, dikatakan oleh Goldsmith pada tahun 1981 masih merupakan

penilaian yang wajar dari situasi saat ini: 'Keadaan pengetahuan mengenai trauma

kepala pada manusia begitu sedikit bahwa masyarakat tidak menyepakati pada kriteria

baru yang telah dikembangkan meskipun umumnya mengakui bahwa hal ini tidak

memuaskan '. Namun demikian, model matematika, yang bila dikombinasikan dengan

hasil penyelidikan yang rinci dari respon terhadap otak manusia hidup untuk dampak

ke kepala, menunjukkan harapan dengan memberikan berkontribusi substansial untuk

pemahaman kita tentang mekanisme cedera otak dan toleransi kepala pada sebuah

benturan.

17