BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Irama...

5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Irama Sirkadian

Irama sirkadian(Circadian rhythm) merupakan suatu proses biologis ritmis

yang menyebabkan perubahan fisik, mental dan perilaku sesuai dengan siklus

selama 24 jam. Circadian berasal dari bahasa Latin circa berarti sekitar dan dian

berarti satu hari atau 24 jam. Hampir semua organisme, baik manusia, hewan,

tumbuhan,cyanobacteria dan fungi mengalami proses irama sirkadian

ini.Perubahan gelap-terang yang mempengaruhi irama sirkadian berasal dari

proses rotasi bumi pada garis axis biasa disebut dengan

photoentrainment(Berger,2004). Irama ini merupakan suatu proses endogen yang

berkaitan dengan proses osilasi yang berfungsi untuk sinkronisasi proses biologis

yang berkaitan dengan perubahan lingkungan. Karena adanya pengaruh dari

lingkungan, irama sirkadian tidak tepat berlangsung selama 24 jam. Periode

dimana suatu organisme berada di bawah kontrol genetik yang akan bertahan

selama beberapa lama karena tidak adanya pengaruh dari lingkungan disebut

dengan Free Running Period(Hedge,2011;Colwell,2000).

Irama sirkadian berfungsi mengatur berbagai irama tubuh antara lain irama

bangun-tidur, temperatur tubuh, tekanan darah, dan pola sekresi

hormon(Hedge,2011). Pada vertebrata, irama sirkadian dikontrol oleh suatu

pacemaker yang terletak pada bagian ventral anterior dari hipothalamus,yaitu

Suprachiasmatic Nuclei(Keller et al, 2009).SCN juga mengontrol irama sirkadian

pada bagian otak yang lain, seperti korteks serebral dan kelenjar pineal, serta pada

liver, ginjal dan jantung(Reghunandanandan Reghunandanan,2006).

ADLN – PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA

SKRIPSI PENGARUH IRAMA SIRKADIAN ... CLARRISA FREDLINE

6

Irama sirkadian sangat dipegaruhi oleh lingkungan, khususnya rangsangan

cahaya. Cahaya yang diterima oleh retina mata akan diteruskan menuju suatu

sistem osilasi SCN pada hipothalamus melalui suatu jalur saraf khusus yaitu

Retinohypothalamic Tract(RHT).Serabut eferen dari SCN akan memicu sinyal

saraf dan humoral yang akan menyelaraskan berbagai irama sirkadian penting.

Contoh pengaruh cahaya terhadap irama sirkadian ditunjukkan pada

produksimelatonin. Pada kondisi cahaya gelap, produksi melatonin akan

meningkat. Oleh karena itu akan banyak terjadi konversi dari serotonin menjadi

melatonin. Jumlah serotonin yang berfungsi untuk menekan tidur akan berkurang.

Oleh karena itu dalam kondisi cahaya gelap akan terjadi peningkatan

tidur(Ganong,2008).

Gambar2.1: Pengaruh Cahaya Terhadap Irama Sirkadian(Martha et al,2000)

2.1.1 Retinohypothalamic Tract

Retinohypothalamic Tract(RHT) merupakan suatu jalur saraf khusus yang

berjalan dari kiasma optikum pada retina mata. RHT berfungsi dalam mediasi

suatu photic entrainment. RHT dapat ditemukan hampir pada seluruh mamalia

antara lain manusia, tikus, monyet, kambing dan hamster(Hannibal dan

Fahrenkrug,2006).



7

Informasi cahaya akan diterima oleh fotoreseptor pada retina, yaitu reseptor

klasik(sel batang dan sel kerucut) dan intrinsic photosensitive Retinal Ganglion

Cell(ipRGC).ipRGC terdiri atas 2 jenis yaitu tipe III dan tipe W. ipRGC

menggunakan melanopsin sebagai fotopigmen. Melanopsin dapat ditemukan pada

bagian ganglion cell layer dan berpindah pada bagian dalam dari nuclear cell

layer. Melanopsin merupakan 0,8% dari ipRGC. Melanopsin memiliki

karakteristik morfologi dengan 2-4 dendrit yang merupakan suatu jaringan

panretinal(Hannibal et al,2004). Melanospin berperan penting dalam mediasi non-

image-forming photoreception dalam proses sinkronisasi irama sirkadian.

Melanopsin ini juga berfungsi untuk mengatur reflek pupil terhadap cahaya.

Selain melanopsin, cyrptocrome(CRY) juga dapat dianggap sebagai suatu

fotopigmen. CRY akan menghambat negatif feedback yang penting dalam

pengaturan circadian rhythm(Cermakiandan Sassone,2002).

Penghantaran stimulus melalui RHT akan mengeluarkan neurotransmitter

berupa glutamat dan Pituitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide

(PACAP) dari ipRGC. Penghantaran stimulus terang akan menghambat pelepasan

neurotransmitter, sedangkan penghantaran stimulus gelap akan merangsang

pelepasan neurotransmitter yang akan mengaktivasi reseptor

presinaptik(Mykhayloet al,2006). Pelepasan glutamat dan PACAP tersebut akan

menstimulasi reseptor dan diekspresikan di SCN. Target dari neurotransmitter ini

adalah clock gen per1 dan per2. Glutamat receptor (GluR) agonis berfungsi untuk

merangsang terjadinya phase shift di SCN, sebaliknya GluR antagonis akan

menghambat Phase shift di SCN(Reghunandanandan Reghunandanan,2006).



8

Tabel 2.1: Neurotransmitter yang Dipengaruhi Cahaya(Robert) Pengaruh Cahaya Neurotransmitter

Meningkat bila terdapat cahaya Serotonin

Dopamin

GABA

Menurun bila terdapat cahaya Melatonin

Norepinefrin

Acetylcholin

2.1.2 Suprachiasmatic Nuclei

Irama tubuh manusia diatur oleh suatu bagian pada ventral anterior

hipothalamus, yaitu Suprachismatic Nuclei(SCN). SCN terletak pada ventrikel

ketiga padabagian atas(“supra”) dari kiasma optika(“optic chiasm”). SCN pada

manusia terdiri dari 2 pasang nuclei, yaitu dorsomedial shell dan ventrolateral

core. Pembagian jenis tersebut didasarkan pada pola persarafan retina serta jenis

sel fenotip. Setiap nuclei mengandung 10000-20000 neuron. Neuron ini memiliki

ciri berukuran kecil dan memiliki kepadatan yang tinggi(Reghunandanandan

Reghunandanan,2006).



9

Gambar 2.2: Letak SCN(courses.washington.edu)

Ventrolateral core mengandung Vasoactive Intestinal Polypeptide(VIP) dan

Gastrin Releasing Peptide(GRP). Nuclei jenis ini mendapat input secara langsung

dari mata melalui RHT, input cahaya sekunder dari Intergeniculate Leafet(IGL)

melalalui Geniculo-hypothalamic Tract(GHT), dan input melalui median raphe

nucleus. Dorsomedial shell mengandung arginin-vasopresin(AVP) dalam jumlah

besar. Nuclei ini mendapatkan input dari sistem limbik, hipothalamus,

paraventricular thalamic nucleus, dan median raphe nucleus(Hannibal dan

Fahrenkrug,2006).

SCN memiliki peran yang sangat penting dalam irama sirkadian tubuh, yaitu

sebagai pacemaker. SCN terdiri dari multiple single cell oscillator. SCN akan

menerima informasi melalui jalur afferen(synchronization pathway) yaitu(Luiz et

al,2010):

- Jalur RHT, yang berasal dari RGC akan memberikan informasi mengenai siklus

gelap-terang.



10

- Jalur GHT, yang berasal dari IGL, adalah konduktor tidak langsung dari

informasi yang berhubungan dengan cahaya. Jalur ini akan menjalankan

fungsinya melalui Neuropeptide Y(NPY).

- Jalur mesencephalic nuclei of the raphe, akan menjalankan fungsinya melalui

serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT).

Setelah menerima informasi, SCN akan melepaskan faktor humoral yang

dapat menyebabkan modulasi dari sel lain, contohnya sel pada kelenjar pineal.

Kombinasi inhibitor dan stimulator pada SCN akan menghasilkan output berupa

kontrol multisinaptik pada sintesis melatonin. Sebaliknya, faktor humoral juga

dapat memodulasi ekspresi irama sirkadian pada SCN(Berger,2004).

2.2 Melatonin

Melatonin atau N-acetyl-5-methoxytryptaminemerupakan suatu hormon

yang dihasilkan oleh kelenjar pineal dan beberapa organ lain, seperti kelenjar

saliva, Gastro Intestinal Tract, kulit, sumsum tulang dan limfosit. Melatonin akan

disintesis oleh pinealosit. Pinealosit akan mengambil tryptophan dari darah dan

akan mengubahnya menjadi serotonin melalui proses hidroksilasi dan

dekarboksilasi. Dalam keadaan gelap khususnya, serotonin akan dikonversi

menjadi N-acetyl-serotonin oleh enzim N-acetyltransferase. N-acetylserotonin

akan dimetilasi menjadi melatonin oleh enzim hydroxyindole-O-

methyltransferase. Melatonin kemudian akan dilepaskan pada saat malam hari

karena aktivasi postsinaptik dari β-adrenergic receptor(Antonio et al,2007).



11

Gambar 2.3: Struktur Kimiawi Sintesa Melatonin(Sengupta,2001)

Melatonin yang biasa disebut dengan “hormone of darkness”(Charlotteet

al,2002) memiliki beberapa fungsi fisiologis antara lain mengontrol irama

sirkadian, pengaturan temperatur tubuh, mengaktivasi sistem imun, mengontrol

sekresi growth hormone dan Adrenocortico Hormone, meningkatkan diferensiasi

osteoblas secara in vitro dan meningkatkan pembentukan secara in vivo serta



12

memiliki aksi hipnotik untuk inisiasi tidur sebagai penggerak untuk

membuka”sleep gate”(Krauchi dan Wirz,2001).

Terdapat 3 jenis reseptor melatonin yang terdapat pada vertebrata, namun

hanya 2 jenis reseptor yang terdapat pada mamalia. Kedua reseptor tersebut

adalah MT1 (Mel 1a) dan MT2 (Mel 1b). Reseptor melatonin yang berperan

dalam respon irama sirkadian terdistribusikan ke Pars Tuberalis(PT) yang

terdapat pada kelenjar pineal dan Suprachiasmatic Nuclei(SCN) yang terdapat

pada otak manusia(Weaver,1999).

Sintesis melatonin dikontrol oleh mekanisme noradrenegik dan diatur secara

tidak langsung oleh stimulus neural yang diterima oleh mata. Informasi cahaya

yang diterima oleh mata tersebut akan ditransmisikan melalui RHT menuju ke

SCN pada hipothalamus. Pada kondisi cahaya gelap, signal elektrik neural yang

telah diterima oleh SCN akan diteruskan ke kelenjar pineal dan akan melepaskan

norepinefrin yang akan memulai sintesis melatonin. Oleh karena itu, peran cahaya

dalam sintes melatonin sangatlah penting(Berson,2003).Sintesa dan sekresi

melatonin tinggi pada keadaan cahaya gelap, sedangkan pada keadaan cahaya

terang melatonin akan tetap berada pada jumlah rendah. Level melatonin pada

konsentrasi plasma pada saat gelap mencapai 50 kali level melatonin pada saat

terang.Pada orang yang sehat, sekresi melatonin maksimal terjadi pada pukul 2

malam, dan sekresi minimal terjadi pada siang hari(Simonneaux,2003; Jerome et

al,1999).



13

Gambar2.4:Pengaruh Cahaya Terhadap Sekresi Melatonin(Antonioet al,2007)

Gambar 2.5: Variasi Level Melatonin(Theodoros dan Olga,2007)



14

2.2.1 Melatonin sebagai Antioksidan

Melatonin telah dibuktikan dapat digunakan sebagai antioksidan dengan

secara langsung menetralkan berbagai jenis Reactive Oxygen Specialized(ROS)

antara lain -OH, lipid peroxyl radical (ROO-), H2O2, dan singlet oxygen (O2-).

Mekanisme melatonin untuk mendetoksifikasi radikal bebas(-OH) ialah dengan

indoleamin yang mendonorkan sebuah elektron pada radikal untuk

menghilangkan reaktivitasnya. Pada proses ini, melatonin menjadi radikal yaitu

indolyl cation radica yang akan bereaksi dengan –OH membentuk 3-

hydroxymelatonin. Hasil metabolit melatonin ini akan diekskresikan melalui

urin(Hardeland,2005).

Melatonin juga dapat berperan sebagai antioksidan secara tidak langsung

yaitu dengan cara mengatur produksi Nitric Oxide(NO) melalui interaksi dengan

enzim yang mensintesanya(Aydoganet al,2006). Dalam rongga mulut, melatonin

juga berfungsi sebagai antioksidan yaitu dengan adanya efek sebagai stimulator

pada sistem imun rongga mulut(Antonioet al,2007).

2.2.2 Melatonin sebagai Promoter untuk Pembentukan Tulang

Melatonin juga memiliki fungsi dalamdiferensiasi osteoblas dan sebagai

promoter untuk pembentukan tulang. Melatonin juga menstimulasi pembentukan

serabut kolagen tipe 1 pada manusia secara in vitro. Selain itu, melatonin juga

meningkatkan ekspresi Bone Sialoprotein(BSP) dan beberapa protein marker

tulang antara lain alkaline phospatase, osteopontin, osteokalsin pada preosteoblas.

Hal tersebut akan mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk diferensiasi



15

osteoblas yaitu dari normalnya 21 hari menjadi 12 hari. Proses ini dimediasi oleh

reseptor membran indoleamin(Antonioet al,2007).

Melatonin juga diketahui dapat mempengaruhi osteoklas. Radikal bebas

juga memiliki peran penting dalam resorpsi tulang yang terjadi pada keadaan

inflamasi. Oxygen-derived species yang merupakan radikal bebas dihasilkan oleh

aktivasi fagosit yaitu monosit, makrofag dan neutrofil. Pada keadaan inflamasi

kronis, sel-sel tesebut akan terakumulasi pada permukaan tulang dan

memproduksi radikal bebas yang akan menstimulasi osteoklas untuk secara

langsung meningkatkan degradasi matriks tulang. Oleh karena itu, melatonin

sebagai antioksidan untuk radikal bebas juga secara tidak langsung dapat

menghambat resorpsi tulang(Cardinaliet al,2003;Koyamaet al,2002).

Melatonin juga dapat meningkatkan masa tulang dengan menghambat

resorpsi tulang. Melatonin akan menurunkan produksi Receptor Activator of

Nuclear Factor-Kappa B Ligand (RANKL). RANKLmemiliki peran penting

dalam formasi dan aktivasi osteoklas yang dapat menyebabkan resorpsi

tulang(Antonioet al,2007).

2.2.3 Melatonin sebagai Immunomodulator

Berkurangnya produksi melatonin dapat mengakibatkan terjadinya depresi

sistem imun. Melatonin mempengaruhi sistem imun karena adanya reseptor

melatonin yang ditemukan pada leukosit. Membran receptor melatonin paling

banyak ditemukan pada CD4+, limfosit T, dan sel B. Melalui reseptor inilah

melatonin mempengaruhi respon proliferatif dari

limfosit(Szczepanik,2007).Melatonin dapat meningkatkan produksi endogen IL-2.



16

Oleh karena itu, peningkatan produksi melatonin pada malam hari juga dapat

menyebabkan peningkatan IL-2 dan interferon δ dalam darah(Antonioet al,2007).

Melatoninmerangsang produksisel-sel progenitoryang membentukgranulosit

dan makrofag. Melatonin ini juga merangsangproduksi selNK dansel CD4 +dan

menghambat sel CD8+ . Produksi dan pelepasan sitokin dari Natural Killer

Cell(NK) dan limfosit T juga dapat ditingkatkan oleh melatonin. Melatonin dapat

mengatur sistem imun dengan mempengaruhi jalur proteinG-cAMP dandengan

mengaturtingkat glutathioneintraseluler. Melatonin juga dapat meningkatkan

meningkatkan sistem imun pada usia lanjut dan pada penderita

immunocompromise(Srinivasan et al,2005).

2.3 Remodelling Tulang

Tulang merupakan jaringan ikat khusus yang terdiri dari materi intrasel

yang mengapur, yaitu matriks tulang dan 3 jenis sel tulang. Ketiga sel tulang

tersebut antara lain(Junqueiradan Carneiro,2007):

- Osteosit (osteon:tulang + kytos:sel), yang terdapat dalam rongga

(lakuna) di dalam matriks.

- Osteoblas (osteon:tulang+ blastos:germ ), yang membentuk komponen

organik dari matriks.

- Osteoklas (osteon:tulang +Klastos:rusak), yang merupakan sel raksasa

berinti banyak yang berperan dalam resorpsi tulang.

Hasil metabolit tidak dapat keluar dari matriks tulang yang telah mengapur,

oleh karena itu pertukaran antara osteosit dan kapiler darah bergantung pada

komunikasi yang terjadi melalui kanalikuli, berupa celah silindris halus yang



17

menembus matriks tulang. Permukaan tulang dilindungi oleh lapisan jaringan

yang mengandung osteogenik. Pada permukaan dalam dilindungi oleh endosteum

dan pada permukaan luar dilindungi oleh periosteum(Junqueira dan

Carneiro,2007).

Gambar 2.6: Sel tulang(Junqueira dan Carneiro,2007)

2.3.1 Osteoblas

Osteoblas merupakan sel tulang yang bertanggung jawab dalam sintesis

komponen organik dari matriks tulang(kolagen tipe I, proteoglikan, dan

glikoprotein)(Junqueiradan Carneiro,2007). Osteoblas berasal dari sel

perkusornya di sumsum tulang yaitu stromal stem cell atau connective tissue

mesencyhmal stem cellyang dapat berkembang menjadi osteoblas, kondrosit, sel

otot, adiposit, dan sel ligamen. Sel perkusor ini akan berproliferasi menjadi

preosteoblas, yang kemudian akan berkembang menjadi osteoblas yang

matang(Morawati,2009).



18

Osteoblas terletak pada permukaan jaringan tulang secara berdampingan

seperti pada epitel selapis. Osteoblas mempunyai bentuk kuboid hingga silindris

dengan sitoplasma basofil. Apabila aktivitas sintesis matriks telah berkurang, sel

ini akan menjadi gepeng dan basofilia dalam sitoplasma akan berkurang.

Osteoblas memiliki juluran sitoplasma yang akan bersentuhan dengan osteoblas

yang berdekatan. Sekresi dari komponen matriks tampak padapermukaan sel

yang berkontak dengan matriks yang sudah terbentuk sebelumnya, membentuk

lapisan baru yang belum terkalsifikasi yang disebut osteoid. Proses aposisi tulang

ini akan diakhiri dengan penimbunan garam kalsium ke dalam matriks yang baru

terbentuk(Junqueiradan Carneiro,2007).

Gambar 2.7: Sel osteoblas dan Osteosit(vetmed.vt.edu)

Osteoblas juga memiki peran penting dalam proses mineralisasi dengan

proses pengendapan hidroxyapatit. Osteoblas mengatur konsentrasi kalsium dan

fosfat yang berguna dalam pembentukan hidroxyapatit. Selain itu, osteoblas juga

mengekspresikan alkaline fosfatase dalam jumlah yang cukup tinggi ke membran



19

plasma. Alkaline fosfatase ini juga penting dalam proses mineralisasi tulang.

Osteoblas juga mengekspresikan berbagai sitokin seperti Colony Stimulating

Factor 1(CSF 1), Receptor Activator of Nuclear Factor-Kappa B Ligand

(RANKL) dan osteoprotogerin(OPG) yang penting untuk pertumbuhan

tulang.Osteoblas juga memiliki reseptor permukaan terhadap berbagai hormon

yang mempengaruhi aktivitasnya. Hormon yang berperan penting dalam

metabolisme tulang adalah hormon paratiroid (PTH), 1,25-dihydroxyvitamin D3,

estrogen, dan glukokortikoid(Manolagas,2000;Morawati,2009).

2.3.2 Osteosit

Osteosit merupakan sel osteoblas yang terkurung dalam lakuna matriks yang

mengalami mineralisasi. Jumlah osteosit tergantung pada kecepatan pembentukan

tulang. Selama masa hidupnya, osteosit akan meresorpsi matriks di sekitarnya dan

membentuk lakuna. Oleh karena itu dalam satu lakuna hanya didapatkan satu

buah osteosit. Osteosit merupakan sel tulang dengan jumlah yang paling banyak,

yaitu sepuluh kali jumlah osteoblas(Satish et al,2002;Manolagas,2000).

Di dalam kanalikuli silindris terdapat juluran sitoplasma dari osteosit.

Juluran dari sel-sel yang bersebelahan akan saling berkontak dan bertaut secara

erat(tight junction) sehingga molekul-molekul dapat melewati struktur ini untuk

berpindah dari satu sel ke sel yang lain. Bila dibandingkan dengan osteoblas,

osteosit memiliki lebih sedikit retikulum endoplasma kasar dan kompleks golgi

serta memliki kromatin inti yang lebih padat. Sel-sel ini secara aktif berfungsi

untuk mempertahankan matriks tulang. Matinya osteosit ini akan diikuti dengan

resorpsi dari matriks ini(Junqueira dan Carneiro,2007).



20

Osteosit berperan sebagai sel mekanosensoris yang mampu mendeteksi

apakah tulang membutuhkan augmentasi atau reduksi pada saat terjadi adaptasi

fungsional tulang, untuk memperbaiki apabila terjadi microdamage, untuk

mentransmisikan signal untuk menghasilkan respon yang tepat(Manolagas,2000).

2.3.3 Osteoklas

Osteoklas merupakan sel motil bercabang banyak dan berukuran sangat

besar(berdiameter 50-100µm). Cabang-cabang selnya tidak teratur dan

mempunyai berbagai bentuk dan ukuran.Osteoklas merupakan sel

multinucleated(terdiri atas 5-50 inti) dengan banyak mitokondria, banyak lisosom

dan ribosom bebas(Junqueira dan Carneiro,2007; Manolagas,2000).

Fungsi utama osteoklas adalah berperan dalam resorpsi tulang pada saaat

kalsifikasi matriks. Pada daerah terjadinya resorpsi, osteoklas tampak terletak

pada lekukan yang terbentuk secara enzimatik dalam matriks yang disebut dengan

lakuna Howship. Osteoklas berasal dari penggabungan beberapa monosit darah

sehingga termasuk bagian dari sistem fagosit mononukleus(Junqueiradan

Carneiro,2007).

Struktur osteoklas dikelilingi oleh suatu area yang biasa disebut dengan

clear zone. Dalam clear zone tampak sitoplasma asidofilik yang uniform dan

berisi actin-like-filament. Permukaan osteoklas yang menghadap matriks tulang

tampak berlipat-lipat tidak beraturan. Daerah ini merupakan tempat perlekatan

osteoklas pada matriks tulang dan memberntuk suatu lingkungan mikro untuk

proses resorpsi tulang.Osteoklas menghasilkan asam, kolagenase, matriks



21

methalloproteinase(MMP) dan cathepsins K,B,L yang mendegradasi protein

matriks terutama kolagen(Junqueira dan Carneiro,2007; Manolagas,2000).

Sel progenitor berubah menjadi sel mieloid dengan adanya faktor transkripsi

PU-1. Dengan adanya rangsang M-CSF akan merubah sel tersebut menjadi sel-sel

monositik yang berproliferasi dan mengekspresikan reseptor RANK. Dengan

adanya RANKL, sel ini akan berdiferensiasi menjadi osteoklas. Setelah

meresorpsi tulang, osteoklas akan mengalami apaptosis karena adanya pengaruh

hormon estrogen(Morawati,2009).

Aktivitas osteoklas dikontrol oleh faktor parakrin yang dihasilkan oleh

osteoblas. Parathyroid Hormone(PTH) dan 1,25 dihydrocholecalcipherolakan

menstimulasi eksperesi dari Osteoclast Differentiating Factor (ODF)/RANKL.

ODF akan berikatan dengan Receptor Activator Of Nuclear Factor-Κappa b

(RANK) pada permukaan osteoklas dan akan menyebabkan terjadinya resorpsi

tulang(Sanchez et al,2010).

Gambar 2.8: Sel Osteoklas(Cui,2011)



22

2.3.4 Tulang Alveolar

Jaringan periodontal manusia terdiri dari beberapa bagian yaitu sementum,

gingiva, ligamen periodontal dan tulang alveolar. Tulang alveolar/prosesus

alveolaris terdiri dari 2 jenis yaitu alveolar bone proper dan supporting

bone.Alveolar bone proper adalah tulang yang membatasi soket. Bagian ini adalah

bagian yang melekat secara langsung dengan serat ligamen periodontal.

Supporting bone terdiri dari compact cortical plate dan spongy bone(Avery,2002).

Gambar 2.9: Histologi Tulang Alveolar(Avery,2002)

Secara umum terdapat 2 jenis tulang, yaitu cancellous(spongy)bone dan

compact bone. Alveolar bone proper merupakan suatu modifikasi dari compact

bone karena mengandung principal fiber bundles yaitu sharpey’s fiber. Serabut

kolagen ini menembus alveolar bone proper tepat pada sudut atau oblique dari

permukaan gigi. Sharpey’s fiber ini akan menembus sementum gigi. Hal ini

merupakan perlekatan ligamen periodontal ke gigi. Oleh karena itu alveolar bone

proper juga dapat disebut dengan bundle bone. Bundle bone juga dapat disebut



23

dengan lamina dura karena penampakan radiopaqnya. Penampakan radiopaq ini

karena ketebalan tulang tanpa adanya trabekula dan adanya kristal-kristal mineral

seperti garam kalsium.Cribriform plate juga merpakan nama lain dari bundle

bone. Penamaan ini dikarenakan banyaknya perforasi pada tulang ini yang

dilewati oleh saraf interalveolar dan pembuluh darah(Avery,2002;Satishet

al,2004).

Gambar 2.10 Alveolar Bone (Satishet al,2004)

(AB:Alveolar Bone, PL: Periodontal Ligament, a:Alveolar Bone Proper, b: Supporting Alveolar Bone, c:cementum)

Support Alveolar Bone merupakan tulang yang memberikan support pada

soket. Support alveolar Bone terdiri atas 2 jenis, yaitu:

a. Cortical Plate

Cortical plate terdiri dari tulang yang compact yang membentuk plate

prosesus alveolaris bagian luar dan dalam. Cortical plate lebih tipis pada

maxilla dibandingkan pada mandibula(Satishet al,2004). Cortical bone

terdiri atas sistem harvers, lamela dengan lakuna, dan kanalikuli. Nutrient

canal berjalan di sepanjang sumbu vertikal gigi dan beranastomose dengan

“perforating canal”(Volkmann’s canals) yang menembus tulang pada

sudut oblique.(Avery,2002)



24

b. Cancellous Supporting Bone(Spongy Bone)

Spongy Bone merupakan bagian dari prosesus alveolaris yang terdiri atas

banyak trabekula dan bone marrow spaces. Bone marrow spaces ini

mengandung bentukan elemen darah dan sel osteogenik. Spongy Bone

terdiri atas osteosit pada bagian interior dan osteoblas atau osteoklas pada

permukaan trabekula. Spongy Boneterdiri atas 2 jenis(Avery,2002;

Satishet al,2004):

- Tipe 1: trabekula interradikular dan interdental yang tersusun regular

dan horizontal pada susunan ladder like form.

- Tipe 2 : trabekula interradikular dan interdental yang tersusun banyak

dan lembut.

Gambar 2.11:Histologi Supporting Bone(Satishet al,2004)

2.3.5 Proses Remodelling Tulang

Proses remodelling tulang merupakan suatu proses untuk menjaga integritas

tulang dengan keseimbangan jumlah sel-sel penyusunnya. Sel tulang yang

mempengaruhi remodelling tulang antara lain osteoblas(sel yang bertanggung

jawab dalam produksi matriks tulang dan membantu proses mineralisasi),



25

osteoklas(sel eksokrin yang dapat melarutkan mineral tulang dan secara enzimatik

mendegradasi matriks ekstraseluler), osteosit(berperan sebagai sel

mekanosensoris dan sel endokrin), bone lining cell(berperan dalam proses resorpsi

dan formasi tulang)(Julie et.al,2011).

Proses remodellingtulang dapat dibagi menjadi beberapa fase,

yaitu(Fernandezet al,2006):

1. Quiescent phase: pada fase ini tulang berada dalam keadaan istirahat,

faktor inisiasi untuk proses remodelling tulang belum tampak.

2. Activation phase:pada fase ini terjadi aktivasi permukaan tulang sebelum

terjadi resorpsi. Pada fase ini terjadi retraksi dari bone lining

cells(pemanjangan osteoblas yang telah matang) di sepanjang permukaan

endosteal. Pada saat ini juga terjadi penyerapan membran endosteal oleh

aktivitas kolagenase. Hal ini akan menarik osteoklas untuk datang.

3. Resorption phase: pada fase ini osteoklas mulai melarutkan mineral dalam

matriks dan menguraikan matriks osteoid. Proses ini diselesaikan oleh

makrofag dan pelepasan growth factor dalam matriks serta perubahan

Transforming Growth Factor Beta (TGF-β), Platelet Derived Growth

Factor (PDGF), Insulin-Like Growth Factor I dan II (IGF-I and II).

4. Formation phase:pada area yang mengalami resorpsi terjadi pembentukan

preosteoblas karena adanya growth factor yang dilepaskan oleh matriks

yang berfungsi untuk kemotaksis dan menstimulasi terjadinya proliferasi.

Preosteoblas mengekspresikan Bone Morphogenic Protein(BMP) yang

bertanggung jawab untuk diferensiasi osteoblas. Dalam beberapa hari,



26

osteoblas akan mensintesis osteoid yang akan mengisi area yang telah

teresorpsi.

5. Mineralization phase: mineralisasi dimulai 30 hari setelah deposisi osteoid

dan berakhir setelah 90 hari pada tulang trabekular dan 130 hari pada

cortical bone.

Gambar 2.12: Proses RemodellingTulang(Fernandezet al,2006)

Remodelling tulang ini terjadi selama beberapa minggu dan dipengaruhi

oleh Basic Multicellular Units, yang terdiri dari osteoblas untuk formasi dan

osteoklas untuk resorpsi. Kontak antara osteoblas dengan perkusor osteoklas

dibutuhkan untuk pembentukan osteoklas. Penelitian telah menemukan bahwa



27

terdapat protein yang mempengaruhi hubungan osteoblas dan perkusor osteoklas

tersebut. Osteoblas akan menghasilkan IL-1 yang akan mempengaruhi

pembentukan osteoklas. Osteoklas terbentuk dari sel hematopoetik

monosit/makrofag sebagai respon dari Macrophage-Colony Stimulating

Factor(M-CSF) dan RANKL,sebuah protein yang merupakan bagian dari Tumor

Necrosis Factors (TNF) yang diekspresikan padamembran selosteoblas,mengikat

RANKyangterletakpada membranosteoklas. Interaksisel-sel ini akan

mengakibatkanaktivasidan diferensiasiosteoklas. Aktivitas ini dapat dihambat

dengan adanya osteoprogeterin(OPG)(Jung et al,2009).

Osteoklas yang aktif secara ultrastruktur dibagi menjadi 4 domain yaitu

basolateral membrane, sealing zone, functional secretory domain, dan ruffled

border.Resorpsi tulang oleh osteoklas dikontrol oleh kalsitonin(interleukin IL-1,

IL-6, IL-11, LIF), PTH, 1,25(OH)2Vitamin D3dan hormon estrogen. Osteoklas

menempel pada permukaan tulang melalui integrin dan membentuk sealing zone.

Osteoklas yang telah aktif akan meresorpsi tulang dengan memproduksi ion

hidrogen(untuk melarutkan mineral) dan enzim proteolitik(untuk degradasi

matriks protein). Proses resorpsi ini terjadi melalui asidifikasi permukaan tulang.

Di dalam sitoplasma osteoklas terjadi pembentukan H2CO3 dari CO2 dan H2O.

H2CO3 akan berdisosiasi menjadi HCO2- dan H+(proton). Proton akan ditranspor

melalui ruffled border ke dalam lakuna. Proton juga akan mengubah pH

ekstraseluler menjadi 4-5. Keasaman lingkingan ekstraseluler ini akan

menginisasi komponen mineral tulang, terutama hidroksiapatit. Hidroksiapatit

akan terdegradasi menjadi kalsium(Ca2+), soluble inorganik phosphate(HPO42-)

dan air. Setelah degradasi komponen anorganik akan diikuti oleh pencernaan



28

matriks organik oleh cathepsin K. Osteoklas pada akhirnya akan mengalami

apoptosis(kematian sel) yang ditandai dengan kondensasi inti dan sitoplasma serta

fragmentasi DNA inti menjadi berukuran nukleosomal(Hill,1998;Derek,2007).

Setelah mengalami resorpsi, remodelling tulang akan dilanjutkan dengan

proses formasi. Pada proses ini terjadi diferensiasi prekusor osteoblas menjadi

osteoblas yang matang. Beberapa growth factor tulang dapat menjadi marker

untuk diferensiasi osteoblas antara lain aktivitas dari alkaline phosphatase,

kolagen tipe I, dan osteokalsin. Pada saat ini, lakuna yang timbul karena resorpsi

akan mengalami perbaikan. Aktivitas osteoblas ini akan terhenti ketika terjadi

negative feedback inhibition atau induksi apoptosis osteoblas oleh

TNF(Hill,1998).

2.3.6 Faktor yang Mempengaruhi Fungsi Sel Tulang

1. Hormon Paratiroid(PTH)

Hormon Paratiroid meningkatkan serum kalsium. PTH dan

1,25(OH)2Vitamin D dapat berikatan dengan osteoblas dan melalui RANK

dan RANKL meningkatkan aktivitas osteoklastik yang menyebabkan

pelepasan kalsium dan fosfat dari tulang sehingga meningkatkan resorpsi

tulang(Khurana,2009).

2. 1,25(OH)2Vitamin D3

Kontrol metabolisme kalsium pada tulang, ginjal dan gut, mempengaruhi

produksi osteokalsin, resorpsi osteoklastik. Produksi 1,25(OH)2Vitamin D

akan menghambat PTH(Khurana,2009).

3. Kalsitonin



29

Menurunkan pembentukan dan aktivitas osteoklas sehingga dapat

menghambat resorpsi tulang(Khurana,2009).

4. Glukokortikoid

Diperlukan dalam diferensiasi sel tulang selama masa perkembangan, namun

memiliki efek postnatal yaitu menghambat pembentukan tulang(Raisz,1999).

5. Growth Hormone

Dibutuhkan dalam pertumbuhan normal tulang, yaitu menstmulasi

pembentukan dan resorpsi tulang(Raisz,1999).

6. Estrogen dan Androgen

Mempengaruhi kecepatan maturasi tulang, menurunkan pembentukan dan

aktivitas osteoklas(Raisz,1999).

2.3.7 Mekanisme Kerusakan Tulang Karena Penyakit Periodontal

Kerusakan tulang alveolar dapat diakibatkan karena penyakit periodontal,

trauma oklusi dan penyakit sistemik. Penyakit periodontal merupakan penyebab

terbesar dari terjadinya kerusakan tulang alveolar. Penyakit periodontal

diakibatkan karena adanya akumulasi plak. Faktor predisposisi penyakit

periodontal ini antara lain kalkulus, perawatan orto, dan restorasi yang tidak

sesuai(Newmanet al,2006).

Plak yang merupakan deposit berisi mikroorganime beserta eksudatnya

memegang peranan penting terhadap terjadinya inflamasi. Tingkat keparahan dan

kerusakan jaringan tergantung pada daya tahan tubuh dan kualitas reparasi

jaringan. Adanya penyakit atau kondisi sistemik yang menyebabkan penurunan



30

daya tahan tubuh penderita dapat menambah keparahan penyakit(Newmanet al,

2006).

Neutrofil PMN pada tahap awal keradangan gingiva terutama berfungsi

sebagai fagosit dan pembunuh bakteri plak(Antonio et.al, 2009).Selanjutnya,

limfosit B dikirim menuju plasma sel dan memproduksi antibodi untuk melawan

bakteri tertentu. Antibodi dan komplemen yang dilepaskan dalam jaringan gingiva

akan meningkatkan fagositosis dan pembunuhan bakteri oleh PMN(Kimura,

2005).Keadaan kronik disebabkan rangsangan menetap dalam beberapa

mingguatau bulan. Hal ini menyebabkan infiltrasi mononuklear dan proliferasi

fibroblas. Leukosit yang tertimbun sebagian besar terdiri dari makrofag, limfosit

dan sel plasma.

Proses keradangan pada individu yang rentan akan meluas ke lateral dan ke

apikal melibatkan jaringan yang lebih dalam dan tulang alveolar. Keadaan

tersebut terjadi ketika sel pertahanan seperti makrofag, limfosit dan sejumlah

besar sel PMN bermigrasi dan terkumpul di daerah keradangan. Sel PMN di

dalam jaringan akan mensekresi sejumlah enzim seperti matriks metalloproteinase

(MMPs), kolagenase dan mediator inflamasi dalam jumlah besar. Makrofag yang

bermigrasi akan teraktivasi dan memproduksi Prostaglandin E2 (PGE2),

Interleukin (IL-1β, IL-1α, IL-6), Tumor Necrosis Factor (TNF-α) dan MMPs.

Enzim kolagenase yang dihasilkan PMN dan fibroblas serta makrofag akan

merusak jaringan ikat pada jaringan periodontal, sedangkan IL-1, PGE2 dan TNF-

α akan merangsang osteoklast untuk meresorbsi tulang alveolar(Antonio et al,

2009).



BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Irama...

Documents

Transcript of BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Irama...