Chapter 11 Adaptasi Biomekanika pada Latihan

Transkripsi

1 Chapter 11 Adaptasi Biomekanika pada Latihan Optimisasi Gerakan Pada bagian ini akan dijelaskan bagaimana latihan menyebabkan adaptasi, yaitu meningkatnya mekanika gerakan. Prinsip dasar latihan adalah berdasarkan pada tubuh sebagai suatu sistem biologis, berfungsi secara lebih optimal sebagai suatu konsekuensi dari terjadinya adaptasi dalam merespon latihan. Gagasan optimisasi mengimplikasikan bahwa berbagai subsistem tubuh yang bertanggung jawab terhadap gerakan menjadi semakin lebih baik dan mampu untuk memberikan kontribusinya terhadap gerakan yang diakibatkan latihan dan bekerja secara optimum dan terkoordinasi. Dengan latihan, jumlah perubahan dalam komponen-komponen sistem biasanya lebih besar dari pada perbaikan-perbaikan proses komponen itu sendiri. Pengaruh latihan dapat diamati dengan jelas pada atlet pemula, yaitu perubahan penampilan yang semakin baik dan nampak sekali setelah periode latihan pendek. Pada atlet yang terampil optimisasi pengaruh latihan nampak lebih kecil. Perubahan-perubahan kecil dapat mengakibatkan perbedaan yang besar terhadap hasil gerakan yang ditampilkan dalam konteks pertandingan. Jika seorang perenang memperbaiki tingkat efisiensinya dengan 0,5 persen efek kumulatif dari 0,15 detik per lap pada nomor perlombaan 1500 m ( mendekati 0,5 persen perbaikan) dapat membuat perbedaan kurang lebih 4,5 detik dengan waktu renangan keseluruhan, dan hal ini tentu menjadi perbedaan diantara peraih medali emas dan urutan finish berikutnya. Contoh lainnya juga akan membantu memperlihatkan mengapa optimisasi gerakan merupakan bidang kajian yang penting dan menarik. Pada saat belajar mengayunkan club golf, maka waktu aktivasi otot yang tepat di berbagai persendian pada tubuh penting untuk menciptakan kehalusan gerakan yang diperlukan untuk mengembangkan kecepatan maksimum, orientasi, serta arah clubhead pada saat impact. Untuk menciptakan gerakan yang terkoordinasi, maka otot harus diaktivasi pada waktu yang tepat, pemanjangan dan pemendekan 1

2 dengan jarak yang sesuai dan dengan kualitas kekuatan dan daya tahan yang diperlukan. Lebih jauh lagi, untuk gerakan yang terkoordinasi dan akan diubah menjadi gerakan yang superior, maka alat-alat yang akan digunakan harus disesuaikan dengan atletnya. Dengan kombinasi yang tepat, maka penampilan optimal dapat dicapai. Oleh karenanya, optimisasi penampilan memerlukan kontrol yang simultan terhadap berbagai faktor, dan hal ini telah menarik beberapa ilmuwan dari berbagai disiplin ilmu untuk melakukan riset kolaboratif. Salah satu aspek optimisasi yang esensial dan seringkali menyulitkan adalah kemampuan dalam mengukur perubahan-perubahan spesifik yang terjadi dalam merespon latihan. Pada saat atlet melakukan latihan kekuatan, maka relatif mudah untuk menentukan perubahan kekuatan meskipun tipe kekuatan yang diperoleh sangat tergantung pada sifat latihan yang dilakukan. Pengukuran terhadap perubahan yang menyertai pada kekuatan jaringan penghubung (connective tissue) seperti tendon lebih sulit dilakukan. Bahkan dengan menggunakan teknik yang modern non-invasive technique seperti magnetic resonance spectroscopy, maka perubahan-perubahan yang terjadi pada tendon pada tingkat seluler bahkan molekuler tidak teramati karena adanya keterikatan atom-atom atau molekul-molekul. Satu-satunya cara untuk mengevaluasi perubahan-perubahan tersebut adalah melalui pembedahan dengan memindahkan jaringan dan kemudian melakukan analisis histochemical dan electron microscopic untuk mengisolasi perubahan-perubahan pada struktur jaringannya. Prosedur invasif tersebut tidak dapat digunakan secara terus-menerus. Karena secara akurat dan mudah, adaptasi dalam merespon terhadap latihan dapat diukur dan dimonitor, hal ini seringkali merupakan sebuah tantangan bagi para ahli biomekanika dan ahli lainnya yang tertarik dengan optimisasi gerakan. Pertimbangan lainnya yang penting dalam optimisasi adalah pemilihan variabel kriteria dimana optimisasi akan ditemukan. Dalam berbagai situasi, seperti endurance running, maka kriterianya adalah ekonomi, sedangkan dalam situasi lainya seperti angkat berat, maka kriteria optimisasinya adalah tingkat pengembangan kekuatan (force) yang maksimum. Pengetahuan bagaimana 2

3 biomekanika gerak yang ditampilkan berubah karena respon terhadap latihan merupakan sumber fakta yang berguna untuk mengarahkan proses optimisasi. Timing keterlibatan segmen tubuh Salah satu ciri yang menonjol dari penampilan atlet yang terampil adalah gerakan yang ditampilkannya tidak banyak mengerahkan kekuatan. Pemain golf tingkat dunia mampu memukul bola dengan power yang besar tetapi nampaknya gerakan demikian tidak dilakukan dengan mengerahkan banyak kekuatan. Salah satu kunci keberhasilan orang-orang tersebut adalah timing dari penggunaan berbagai bagian anggota tubuh (segmen) yang memudahkannya memaksimalkan kecepatan gerakan dan kontrol terhadap bagian-bagian anggota tubuhnya. Dalam aktivitas olahraga dimana sebuah benda dipukul dengan menggunakan sebuah bat atau raket atau sebuah peluru yang dilempar, maka hal yang paling penting adalah memaksimalkan kecepatan alat pada saat impact atau lepas. Dalam cabang olahraga tenis, kecepatan kepala raket merupakan hal yang penting bagi keberhasilan dalam melakukan servis dan groundstroke. Begitu pula, dalam keterampilan menendang dan melempar, hal tersebut merupakan salah satu faktor yang penting. Jenis-jenis aktivitas tersebut memperlihatkan keterlibatan penggunaan segmen tubuh dari bagian proksimal sampai distal. Yaitu segmen tubuh yang paling proksimal mengawali gerakan, diikuti oleh bagian proksimal lainnya sampai segmen terakhir dari hubungan berantai (linked chain) (biasanya tangan atau kaki). Dalam keterampilan melempar, gerakan antar segmen dimulai dengan tubuh bagian yang paling bawah dan togok serta berakhir pada pergelangan tangan dan jari pada saat melepaskan bola. Kecepatan segmen yang paling kecil dan ringan dengan inersia (hambatan) yang lebih kecil ditambahkan ke segmen yang lebih besar dengan efek penciptaan kecepatan dan kekuatan yang paling besar terjadi pada ujung segmen terakhir. Segmen tubuh yang paling kecil dan ringan, seperti tangan dan kaki ditempatkan pada bagian distal ( dengan demikian dilibatkan ke arah ujung gerakan yang paling terkoordinasi) sedangkan segmen tubuh yang besar dan berat, seperti togok dan dada ditempatkan secara 3

4 proksimal (dengan demikian dilibatkan pada awal gerakan yang paling terkoordinasi). Anggapan tentang penambahan kecepatan segmen dikenal sebagai the summation of speed principle (prinsip penjumlahan kecepatan) dan model ini dapat dilihat pada gambar 1 dibawah ini : Gambar 1 The summation of speed principle yang diilustrasikan untuk gerak melempar Pada gambar ini digambarkan pola ideal untuk gerak melempar lengan (overarm throw), segmen distal mengawali kontribusinya hanya setelah segmen proksimal yang berdekatannya mencapai kecepatan maksimum. Misalnya, setelah lengan atas mencapai kecepatan puncaknya, maka sikut mulai ekstensi dengan cepat, dengan demikian meningkatkan kecepatan lengan bawah. Dengan cara yang sama, setelah lengan bawah mencapai kecepatan puncaknya, maka pergelangan mulai memberikan kontribusinya. Gerak sendi pergelangan tangan dapat membuat gerakan fleksi / ekstensi atau supinasi / pronasi, tergantung pada jenis olahraga. Pola tersebut mengoptimalkan penggunaan segmen-segmen tubuh dalam 4

5 memudahkan bagian-bagiannya dikontrol oleh sekelompok otot kecil untuk membangun kecepatan yang dikembangkan oleh sekelompok otot besar pada togok dan paha. Seperti yang telah dijelaskan di atas, timing yang terkoordinasi dan tanpa banyak mengeluarkan kekuatan yang ditunjukkan oleh para atlet dunia memperlihatkan tipe penggunaan segmen ini dan penelitian telah menunjukkan bahwa untuk berbagai jenis olahraga seperti menendang, tenis, squash, golf, lempar lembing, badminton dan sebagainya, maka nampaknya berlaku prinsip penjumlahan kecepatan. Berbagai penelitian telah mempelajari fenomena tersebut dengan menggunakan kondisi eksperimen yang sebenarnya. Sekalipun demikian, beberapa penelitian saat ini dengan menggunakan para pegolf, telah menunjukkan adanya sejumlah perbedaan yang menarik diantara pegolf dunia dan pegolf yang kurang terampil. Gerak putaran pergelangan tangan (uncocking) segera sebelum impact membedakan diantara para pegolf yang dapat memukul bola dengan jarak jauh dengan para pegolf yang hanya dapat menghasilkan jarak pukulan biasa saja. Penundaan gerak pergelangan tangan memudahkan pengembangan kecepatan clubhead yang sangat tinggi dengan memudahkan clubhead untuk bergerak terus meningkatkan kecepatannya sampai beberapa milidetik sebelum impact dan dengan optimisasi penjumlahan kekuatan yang berasal dari gerak segmen yang lebih proksimal seperti togok, punggung, tungkai, dan bahu. Jika pergelangan tangan tidak diputar sebelum ayunan ke bawah, maka kecepatan tubuh bagian atas akan hilang dan hal ini akan memperlambat laju clubhead saat mendekati bola. Ciri lain yang membedakan antara pegolf dunia dan pemula adalah bahwa pegolf pemula tetap mempertahankan ruang gerak (range of movement) sendi bahu dan pergelangan yang minimum, sedangkan para pegolf dunia tidak membatasi gerak pada sendi ini. Para pemula melakukan hal ini untuk membatasi jumlah sendi yang diperlukan untuk mengontrol gerakan. Meskipun amplitudo gerakan lebih kecil dan sejumlah sendi memberikan kontribusi terhadap ayunan, tetapi para pemula tidak mahir seperti pegolf dunia dalam menciptakan pola gerak yang konsisten. Pegolf dunia mempunyai lebih sedikit variabel pada perpindahan 5

6 (displacement), dan kecepatan anguler (angular velocity) dari sendi bahu, pergelangan, dan sikutnya dibanding denga para pegolf pemula. Penggunaan energi elastik Penggunaan energi elastik yang tersimpan telah menjadi topik sejumlah penelitian yang mencoba menjelaskan seberapa banyak energi dapat disimpan dalam struktur elastik pada tubuh dan untuk berapa lama energi ini dapat disimpan. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, kontraksi otot eksentrik terjadi bila panjang otot meningkat meskipun bagian yang berkontraksi terstimulasi untuk memendek. Pada tipe kontraksi ini, jaringan elastik pada otot dan tendon teregang. Jika beban eksternal kemudian dikurangi sehingga terjadi kontraksi konsentrik, maka strain energy potensial yang tersimpan pada struktur elastik siap untuk digunakan. Sampai sejauhmana energi potensial diubah menjadi energi kinetik dan meningkat karena efisiensi gerakan, ditentukan oleh tipe aktivitas dan keterampilan yang dimiliki atlet. Dalam olahraga lari, dilaporkan bahwa sebanyak 50 persen dari total energi yang diperlukan tersedia melalui sumber energi elastik. Gambaran ini bahkan lebih tinggi untuk binatang seperti kuda dan kanguru yang mempunyai tendon lebih panjang yang mengikat pada sekelompok perut otot kecil dekat dengan tubuhnya. Dalam aktivitas lainnya seperti bench press pada angkat berat, menunjukkan bahwa sumber energi elastik akan memudahkan atlet meningkatkan beban total hampir 20 persen dari beban maksimum yang dapat diangkat secara konsentrik. Penyimpanan energi elastik berlangsung pendek. Jika penundaan banyak terjadi antara fase gerakan konsentrik dan eksentrik, maka energi yang tersimpan dalam struktur elastik berubah menjadi panas. Pengetahuan ini dapat dipahami mengapa kebanyakan aktivitas yang memerlukan kecepatan tinggi pada saat lepas (misalnya pitching softball) atau impact menggunakan backswing panjang. Dengan menggerakkan segmen tubuh pertama dengan arah berlawanan dengan saat lepas atau impact, maka otot-otot yang mengontrol gerakan ke arah depan berkontraksi secara eksentrik yang 6

7 menghasilkan penyimpanan energi elastik. Energi ini kemudian dapat mengkontribusikannya pada gerak ayunan ke depan saat otot-otot mengontrol ayunannya dan akhirnya berkontraksi secara konsentrik untuk mempercepat segmen-segmen tubuh bergerak pada arah yang diinginkan. Pada keterampilan melempar atau servis tenis, bahu secara horisontal diekstensikan dan diputar secara eksternal selama fase backswing, menempatkan otot-otot rotator internal dan otot-otot fleksor horisontal untuk meregang. Energi yang tersimpan pada tendon elastik dan serabut-serabut otot yang menyilang sendi bahu kemudian menjadi tersedia selama fase percepatan untuk membantu menggerakkan lengan pelempar secara cepat pada arah sasaran. Ungkapan pertahankan lutut tetap ditekuk dan tetap berdiri pada bola kaki yang digunakan dalam berbagai cabang olahraga memunculkan interpretasi baru bila dilihat dari perspektif biomekanika. Dengan mengadopsi postur dan memindahkan berat tubuh dari samping ke samping atau depan belakang (seperti pemain tenis bersiap untuk menerima servis), maka otot-otot tungkai dilibatkan dalam siklus pemendekan regangan (stretch shortening cycle) (eksentrik yang diikuti dengan aksi otot konsentrik) yang membantu menigkatkan kekuatan dan dapat dikembangkan saat aksi eksplosif diperlukan. Yaitu, saat pemain tenis harus bergerak dengan cepat dalam merespon servis atau pemain bolabasket harus melompat secara eksplosif untuk bertahan, maka otot-ototnya akan menyimpan sebanyak mungkin energi elastik selama fase peregangan yang kemudian dapat dilepaskan bila diperlukan. Salah satu aspek penting yang berkaitan dengan penggunaan energi elastik adalah bahwa energi ini hanya tersedia untuk periode waktu yang singkat, mungkin kurang dari 250 ms. Kenyataan ini mempunyai implikasi untuk atlet pemula dan anak-anak yang tidak memiliki kekuatan otot khusus untuk mengatasi inersianya sendiri atau inersia raket atau bat. Jika raket yang digunakan terlalu berat atau mempunyai momen inersia (resistance to action) yang besar, maka hal ini akan mengganggu keterampilan dari yang ditampilkan sebenarnya karena waktu antara permulaan ayunan ke depan dan impact dapat terhambat dengan inersia sistem yang besar yaitu energi berubah menjadi panas. Setelah diubah 7

8 menjadi panas, maka energi mekanik tidak dapat nampak kembali sebagai energi kinetik. Oleh karenanya penggunaan alat begitu penting untuk disesuaikan dengan kemampuan atlet. Aspek lain yang penting dalam penggunaan energi elastik adalah bahwa semakin banyak jaringan tendon dan otot diregang, maka semakin besar energi yang disimpan. Maka, penting sekali untuk meningkatkan fleksibilitas sendi yang terlibat sehingga jumlah energi maksimum dapat disimpan. Meskipun kehilangan kekuatan otot, koordinasi dan lainnya dapat merupakan alasan untuk menurunnya penampilan, aspek lainnya adalah bahwa orang cenderung kehilangan fleksibilitasnya karena usia bertambah, oleh karenanya membatasi penyimpanan energi potensialnya. Dengan demikian, latihan fleksibilitas khusus merupakan bagian penting dari latihan yang terprogram, dan akan terasa lebih penting jika atlet berkeinginan untuk mempertahankan tingkat penampilan yang tinggi selama hidupnya. Atlet terampil mempunyai fleksibilitas yang baik pada persendiannya dalam menciptakan kekuatan untuk aktivitas khususnya. Perubahan pola gerakan Dengan latihan seringkali secara tidak disengaja atlet terampil mengembangkan pola-pola gerakan yang menguntungkan secara biomekanika. Salah satu dari beberapa ciri atlet yang sangat terampil dalam keterampilan memukul dan melempar adalah bahwa atlet menggunakan aksi backswing yang lebih panjang dari backswing yang dilakukan oleh atlet pemula. Penggunaan polapola gerak tersebut berarti bahwa jarak dari alat atau tubuh yang dapat dipercepat lebih besar pada atlet terampil dan hal ini akan menciptakan potensi untuk meningkatkan kecepatan alat atau benda pada saat lepas atau impact. Misalnya, dalam pitching baseball, pitcher dunia menggunakan gerakan backswing yang panjang dimana tungkainya ditempatkan sampai dada dan kemudian lengannya diputar sampai posisi ekstrim. Backswing ini diikuti dengan langkah ke depan yang sangat panjang ke arah plate. Konsekuensi dari gerakan ini adalah bahwa tangan bergerak dengan jarak yang besar sebelum bola lepas. Jika waktu yang diperlukan untuk ayunan ke depan atau fase akselerasi menuju pelepasan sama 8

9 dengan atlet yang menggunakan aksi yang singkat, maka kecepatan tangan pada saat lepas akan lebih tinggi pada pitcher yang menggunakan jalur lintasan tangan yang lebih panjang. Hal ini kemudian akan memberikan kecepatan saat lepas yang lebih tinggi pada bola dan lemparan yang lebih cepat. Keuntungan tambahan dari gerakan backswing loop (lengkung) adalah bahwa otot-otot dan tendon teregang jauh memanjang dari pada yang menggunakan pola gerakan yang lebih pendek. Semakin besar regangan ditempatkan pada otot dan tendon semakin besar energi elastik yang dapat disimpan dan semakin besar potensinya untuk mengembangkan power selama fase akselerasi dan ayunan ke bawah. Contoh akhir yang cukup terkenal dalam perubahan teknik untuk memperbaiki penampilan adalah Dick Fosbury, seorang pelompat tinggi Amerika yang mengembangkan tipe lompatan yang kemudian dinamai sesuai dengan namanya sendiri (Fosbury Flop). Sampai munculnya Fosbury, kebanyakan pelompat tinggi menggunakan teknik western roll dimana bagian depan tubuh berdekatan dengan mistar pada saat pelompat berada di atas mistar. Teknik Fosbury benar-benar berbeda. Punggung berdekatan dengan mistar, memudahkan tubuh melengkung pada saat berada di atas mistar. Gaya ini memudahkan titik berat tubuh (center of gravity) melewati mistar, sedangkan gaya western roll memerlukan titik berat tubuh lewat di atas mistar. Maka dengan mengubah teknik seorang atlet dapat memperoleh keuntungan mekanika yang memudahkannya mencapai standar prestasi baru. Perubahan-perubahan dalam teknik gerakan yang terjadi dengan latihan, secara khusus memberikan perbaikan dalam biomekanika yang mendasari gerakan. Aktivasi otot Pola gerakan yang teramati dan berubah dengan latihan hanya terjadi melalui perubahan-perubahan dan reorganisasi pola-pola aktivasi otot yang menciptakan gerakan yang dapat diamati. Untuk alasan ini, tidak mengherankan bahwa pola-pola aktivasi otot telah menjadi pokok persoalan dalam penelitian. 9

10 Para ilmuwan telah mencoba untuk mencari perbedaan antara atlet mahir dan pemula dalam merangkaikan dan mengorganisasi kontraksi otot-ototnya. Temuan menunjukkan bahwa atlet yang terampil dalam aktivitas yang tidak memerlukan produksi kekuatan maksimal cenderung untuk menggunakan sedikit mungkin aktivasi ototnya, membatasi aktivasi sampai hanya sekelompok otot yang penting untuk menampilkan keterampilannya. Aktivasi tersebut menyimpan energi, dengan demikian meminimalkan kelelahan. Misal, pada atlet golf terampil fleksor sikut pada lengan kiri tidak bergerak selama ayunan ke bawah, sedangkan pegolf pemula ekstensor dan fleksor keduanya diaktivasi pada waktu yang sama. Kontraksi bersama pada pemula tidak memadai karena salah satu kelompok otot mencoba untuk memanjangkan sendi sedangkan kelompok lainnya mencoba untuk memendekkannya. Efeknya adalah bahwa sendi menjadi kaku, itulah alasan mengapa pemula terlihat janggal dan kaku dibandingkan dengan pegolf terampil. Para atlet yang terlatih juga belajar bagaimana menghentikan dan memulai gerakan ototnya dengan waktu yang tepat sehingga aksi yang diciptakannya lembut dan berkelanjutan. Dalam kecepatan tinggi, pola aktivasi otot konsisten dengan kinematika dan prinsip penjumlahan kecepatan, memperlihatkan rangkaian proksimal-distal. Banyak keuntungan dari tipe pengaturan tersebut. Pertama, secara energik lebih efisien untuk meminimalkan kontraksi otot karena beberapa aksi otot mempunyai suatu kerugian metabolik yang berkaitan. Kedua, kerugian metabolik dari kontraksi otot eksentrik lebih kecil dari aksi konsentrik dan isometrik. Dengan demikian, penggunaan siklus regang memendek dimana otot pertama diregang sebelum kontraksi konsentrik berarti bahwa tidak hanya energi yang diperoleh disimpan untuk dilepaskan kemudian, tetapi juga kerugian dari kontraksi eksentrik lebih kecil dari pada untuk kontraksi konsentrik. Spesifikasi adaptasi kekuatan otot versus power otot Salah satu sifat penting latihan adalah bahwa tubuh beradaptasi secara khusus dengan tipe beban yang diberikan. Latihan beban saat ini merupakan ciri 10

11 dari kebanyakan program latihan atlet dan dipahami secara lebih baik oleh para pelatih tentang keuntungan latihan ini dan oleh para ilmuwan yang berkecimpung dalam mekanika gerak tubuh manusia. Latihan beban dianggap semata-mata sebagai alat untuk meningkatkan ukuran dan kekuatan otot. Sekalipun demikian, latihan beban sekarang ini digunakan tidak hanya untuk tujuan itu saja, tetapi juga untuk meningkatkan power dan daya tahan otot, untuk memberikan keragaman latihan dan memberikan adaptasi pada tubuh. Kunci terhadap perubahan tersebut adalah perwujudan pentingnya kekhasan latihan. Misalnya, jika seorang atlet ingin meningkatkan power tungkai maka perlu menekankan pada kekuatan dan kecepatan dan bukan hanya salah satu saja. Penelitian memperlihatkan hubungan yang kuat antara kekuatan dan power dan tingkat penampilan dalam sejumlah cabang olahraga termasuk renang, lari, sepakbola, rowing, dan bola voli. Meskipun hubungan ini kuat, tetapi ada riset lain yang telah memperlihatkan peningkatan dalam kekuatan setelah mengikuti program latihan tahanan tetapi tidak diikuti dengan peningkatan dalam penampilan cabang olahraganya. Deduksi dari hasil tersebut adalah bahwa program latihan dapat menyebabkan adaptasi yang kuat pada sekelompok otot tetapi kekuatan pada otot itu bukan merupakan faktor pembatas bagi penampilan. Misal, jika kemampuan untuk mengembangkan power merupakan faktor yang membedakan antara penampilan yang baik dan superior, maka pengembangan kekuatan tak mungkin mengubah penampilan. Atau jika kekuatan yang diperoleh tidak pada kelompok otot yang sesuai, maka diharapkan penampilan tidak akan berubah. Misal, tidak mungkin bahwa menguatkan otot-otot dorsi-fleksi pada pergelangan kaki akan menyebabkan penampilan dayung meningkat. Salah satu persoalan pokok yang tidak tersedia dalam biomekanika dasar adalah realisasi bahwa kekuatan dan power merupakan karakteristik yang berbeda. Kekuatan merupakan gaya maksimum atau puntiran (torque) yang dapat diterapkan. Power merupakan produk dari kekuatan dan kecepatan atau puntiran dan kecepatan anguler. Maka, power berkaitan dengan kekuatan tetapi juga mempunyai unsur yang berkaitan dengan kecepatan. Perhatikan hubungan hipotetikpada gambar 2 di bawah ini dimana gaya diplot berlawanan dengan 11

12 waktu untuk ketiga orang. Grafik memperlihatkan bahwa atlet A mempunyai kekuatan tinggi tetapi memerlukan banyak waktu untuk mencapai level itu. Atlet B mempunyai kekuatan sedang tetapi dapat mencapai puncak dengan cepat. Atlet C mempunyai tingkat kekuatan rendah dan kemampuan sedang untuk menerapkan kekuatan dengan cepat. Grafik ini menggambarkan penampilan yang sangat berbeda dari ketiga orang dan kemungkinan untuk mengklasifikasikan tiap individu dengan dasar kemampuan dalam menciptakan gaya (kekuatan). Gambar 2 Hubungan hipotetik antara kekuatan (kapasitas mengembangkan kekuatan) dan waktu dari tiga atlet yang berbeda Atlet A mungkin seorang lifter yang mempunyai power karena menggunakan tingkat kekuatan yang sangat tinggi dan kecepatan gerak tidak begitu penting. Dengan demikian, olahraga angkatan yang menggunakan power merupakan sesuatu yang tidak sesuai karena power tidak merupakan atribut penting untuk penampilan yang sempurna. B mempunyai tingkat kekuatan sedang tetapi mampu mengembangkan kekuatan dengan cepat. Dengan demikian orang ini paling baik disebut sebagai atlet ber-power karena kemampuannya untuk menerapkan gaya yang lebih besar dengan cepat. Aktivitas yang melibatkan gerak melempar (lembing, cakram, dan pitching baseball), sprint dan angkatan akan disesuaikan dengan orang yang mempunyai tipe kapasitas untuk mengembangkan kekuatan. 12

13 Atlet C sebaliknya memperlihatkan kemampuan untuk mengembangkan kekuatan dengan cepat dan merupakan kualitas yang diperlukan untuk olahraga yang memerlukan power, tetapi penampilan dibatasi dengan kekuatan yang rendah. Dengan demikian, untuk memperbaiki penampilan, orang ini mungkin perlu meningkatkan kekuatan awal yang diikuti dengan latihan khusus untuk meningkatkan power. Kita amati lagi hubungan kekuatan-kecepatan (force-velocity relationship). Hubungan ini menunjukkan bahwa otot dapat menciptakan gaya terbesar bila berkontraksi secara eksentrik yang diikuti dengan tingkat lanjutan dengan kondisi kontraksi isometrik dan gaya yang paling kecil pada kecepatan memendek tinggi (aksi konsentrik). Power yang diciptakan sebuah otot dapat ditentukan dari tipe grafik dengan mengambil produk kecepatan kontraksi dan gayanya. Contohnya, seorang pembalap sepeda yang mengayuh pada sepeda yang diam. Jika hanya aksi otot konsentrik dan isometrik yang dipertimbangkan, maka menurut hubungan prinsip ini kekuatan rata-rata atau puntiran yang diberikan pembalap akan lebih besar bila pedal tidak berputar (otot berkontraksi secara isometrik). Karena kecepatan anguler pedal atau irama meningkat, maka puntiran rata-rata yang diterapkan akan mulai menurun sampai irama yang paling tinggi, maka pembalap tidak akan mampu menerapkan puntiran pada pedal. Hubungan ini diperlihatkan pada gambar 3. Power yang tersedia pada beberapa irama kayuhan dapat diperoleh dengan mengambil produk puntiran dan irama kayuhan. Meskipun kenyataan bahwa puntirannya paling tinggi dengan kondisi isometrik, maka power yang diterapkan adalah nol. Begitu pula, bila irama kayuhan berada pada nilai maksimum, maka tidak ada puntiran yang dapat diterapkan dan powernya sama dengan nol. Hubungan pada gambar 4 menunjukkan bahwa power puncak tersedia bilamana puntiran mendekati 50 persen dari nilai maksimumnya dan irama kayuhan hampir 80 revolusi / menit. Tidak seperti hubungan linier antara puntiran dan kecepatan anguler pada gambar 3, maka hubungan ini dalam sistem biologi tidak linier. Dengan demikian power puncak terjadi pada titik dimana gaya hampir persen dari nilai isometrik maksimum. 13

14 Latihan dapat mengubah puntiran kecepatan anguler (hubungan kekuatan kecepatan) pada sebuah sendi dengan mengubah puntiran yang dapat diciptakan dengan kecepatan sendi tertentu. Kenyataannya, salah satu prosedur latihan biasanya diadopsi untuk orang-orang yang berkeinginan meningkatkan powernya dengan meningkatkan kekuatan kemudian meningkatkan kecepatannya. Hubungan tegangan panjang otot juga mempunyai implikasi terhadap latihan. Dengan mengubah postur dimana latihan dilakukan, maka tahanan maksimal terhadap gerakan dapat diubah. Misalnya, latihan bicep curl. Biasanya latihan ini dilakukan berdiri dan sikut dibengkokkan ke arah dada. Pada awal aksinya, otot-otot memannjang secara maksimum dan memendek sampai batas panjang minimum. Puntiran resistif maksimum terjadi bila sikut difleksikan sampai 90 derajat dan beratnya mempunyai lengan momen (moment arm) terbesar. Otot berada pada panjang optimalnya pada posisi ini dan mempunyai kapabilitas kontraktil maksimum. Sekalipun demikian, jika latihan dilakukan dalam posisi terlentang, maka panjang otot bisep pada awal dan selama keseluruhan gerakan lebih pendek dari pada yang dilakukan sambil berdiri. Puntiran yang diciptakan oleh tahanan tidak berubah dan oleh karenanya otot tidak berada pada panjang optimal bila puntiran resistif dari berat pada tangannya maksimum. Hasilnya adalah bahwa lebih banyak usaha yang diperlukan untuk memindahkan berat pada posisi yang berubah dibandingkan dengan posisi berdiri, dan adaptasi yang berbeda terhadap tipe latihan ini yang dihasilkan oleh otot. Modifikasi peralatan atau pakaian Kita telah membahas optimisasi gerakan dalam konteks adaptasi biomekanika yang diakibatkan oleh latihan. Tambahan lain dari optimisasi yang mungkin tetapi tidak berkaitan dengan latihan, muncul dari modifikasi peralatan atau pakaian yang digunakan selama menampilkan beberapa gerakan. 14

15 Popularisasi dan komersialisasi olahraga telah disertai dengan usaha-usaha yang meningkat oleh para ilmuwan dan insinyur untuk memperbaiki peralatan yang tersedia. Terdapat banyak alasan terhadap usaha yang ditingkatkan dalam wilayah ini termasuk keuntungan periklanan, pemasaran dan penjualan yang diperoleh dan produknya didasarkan pada prinsip-prinsip ilmiah, termasuk juga potensi untuk meningkatkan penampilan dan kenyamanan para partisipan. Disain peralatan modern kebanyakan ditemukan dari ilmu teknik dan prinsip mekanika, dan hal ini telah memperbaiki penampilan dan stadar keselamatan dalam olahraga. Pada dekade terakhir telah terlihat perubahan yang besar dalam mendisain sepeda balap, yang dimulai pada tahun 1984 pada saat roda cakram pertama digunakan pada pertandingan olimpiade. Para insinyur dan ilmuwan telah bekerja sama untuk meminimalkan hambatan (drag) pada sepeda dengan mengubah bentuk rangka, memodifikasi ukuran roda depan dan belakang dan mengubah bahan yang digunakan. Desain lainnya termasuk pada perseneling sepeda, pedal, alat peredam getaran pada sepeda gunung. Perubahan tersebut mengakibatkan olahraga sepeda lebih efisien dan lebih aman. Salah satu cabang olahraga yang telah mendapat banyak keuntungan dari aplikasi prinsip mekanika terhadap desain peralatan adalah golf. Dalam olahraga ini yang mempunyai keuntungan adalah pemain yang mempunyai keterampilan sedang. Club golf modern didesain dengan perimeter weighted clubhead untuk meningkatkan bagian clubhead yang kontak dengan bola dan menciptakan hasil yang baik serta getaran minimal terhadap tangan. Prinsip-prinsip mekanika seperti peningkatan tahanan terhadap rotasi yang terjadi dengan pukulan yang tidak mengenai titik tengah (penigkatan momen inersia) dibantu dengan perimeter weighted club. Batang baja sudah jarang digunakan pada club, tetapi bahan yang ringan dan kaku seperti boron, titanium dan grafit lebih banyak digunakan. Keuntungan menggunakan bahan ini adalah menurunkan inersia (hambatan) sistim, memudahkan berat untuk ditempatkan pada ujung club dimana lebih menguntungkan dalam hal transfer energi terhadap bola, dan memudahkan batang panjang dan kaku tetapi tidak berat. Akhirnya, dengan bahan komposit yang terbuat dari grafit dan bahan lainnya seperti kevlar, lebih banyak variasi 15

16 Gambar 3 Puntiran (torque) yang diciptakan pembalap sepeda merupakan fungsi irama kayuhan (cadence) (a). Dengan produk puntiran dan kecepatan anguler, maka fungsi power-cadence dapat terlihat pada (b) memungkinkan adanya unsur mekanika yang dimiliki batang. Raket tenis dan squash juga mengalami perubahan dalam desain, dan para pemain mengubah raketnya dari bentuk konvensional dengan kepala raket kecil, raket kayu menggantinya dengan kepala raket lebih besar dan modern. Seperti pada golf, teknologi sekarang dalam bahan komposit dan fibreglass adalah kaku, ringan tetapi mempunyai rangka yang kuat. Keuntungan desain itu termasuk perluasan bidang kontak agar menghasilkan impact yang baik dengan bola, penurunan inersia serta keawetan raket. Karakteristik tesebut menjadi perhatian seluruh pemain -pemain tenis dan squash, tetapi kebanyakan mendatangkan keuntungan hanya bagi pemain yang mempunyai keterampilan sedang saja. Ekonomi Efisiensi dan ekonomi gerakan meningkat dalam merespon terhadap latihan dan perbaikan ini khususnya ditunjukkan pada cara berjalan (gait). Perubahan-perubahan dalam ekonomi gerakan dengan latihan terjadi karena berbagai alasan, alasan biomekanika yang paling relevan menurunkan kerja internal yang dilakukan dalam menggerakkan segmen tubuh dengan 16

17 mengeliminasi aksi-aksi atau gerakan yang tidak mempunyai keuntungan positif terhadap hasil yang diinginkan. Misal, gerakan ke samping tubuh tidak membantu terhadap gerak ke arah depan, maka mengayunkan tungkai ke samping selama fase ayunan dapat diturunkan dengan latihan. Gerakan vertikal yang berlebihan dari titik berat tubuh menurunkan efisiensi dan gerakan ini pula dapat diminimalkan selama latihan. Perubahan pada panjang langkah dan frekuensi langkah juga terjadi dengan latihan dan kematangan, yang memberikan optimisasi efisiensi gerak lari. Karena cara berjalan dan keterampilan lain yang lebih komplek dipelajari, maka pola gerakan ditandai dengan varabilitas yang menurun dalam kinematika dan kinetika gerakan. Penelitian menunjukkan bahwa koefisien variasi (angka yang digunakan untuk menunjukkan variabilitas pola gerakan) adalah 10 persen untuk variabel kinetika dalam cara berjalan. Contoh lainnya tentang bagaimana efsiensi dapat berubah dalam merespon latiha dapat diamati pada olahraga renang. Pada saat seseorang mulai renang untuk pertama kalinya, pola gerak lengan dan tungkainya sangat tidak efisien. Kepalanya berputar ke atas dan bawah, tungkainya terlalu masuk dalam air dan mempunyai deviasi lateral yang besar, serta tarikan lengannya pada air tidak menggunakan prinsip hambatan dan gaya angkat hidrodinamik. Dengan latihan, orang dapat memperbaiki berbagai aspek tekniknya dan menurunkan hambatan yang dialami pada saat bergerak di air. Penurunan tahanan (drag) terjadi karena perbaikan secara biomekanika, yang mengakibatkan gaya renangan menjadi semakin efisien. Penurunan dalam variabilitas kinetika dan kinematika akan mengakibatkan efisiensi yang meningkat kareana gerakan yang tidak perlu dan tidak membantu laju ke arah depan dieliminasi dari polanya. Adaptasi gerakan dengan latihan bisa terjadi dengan menerapkan prinsip-prinsip biomekanika dasar. Sumber : The Biophysical Foundations of Human Movement (1997, p ) Pengarang : Bruce Abernethy dkk The University of Queensland Australia Penerbit : Human Kinetics 17

18 18