Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa...

16
TINJAUAN PUSTAKA Tulang Tulang merupakan jaringan ikat khusus yang berfungsi sebagai alat penyokong, pelekatan, perlindungan, dan penyimpanan mineral. Konsekuensinya, jaringan ini dilengkapi dengan rigiditas, kekuatan yang sangat besar, serta elastisitas yang sangat terbatas. Kemampuan jaringan ini untuk menyimpan mineral terutama kalsium (Ca), kebanyakan dalam bentuk kristal hidroksiapatit, merupakan sifat utama yang membedakan tulang dari jaringan ikat lainnya (Samuelson 2007). Tulang secara eksternal diselaputi oleh sebuah jaringan bernama periosteum. Periosteum berisi pembuluh darah, lapisan tebal serabut kolagen yang tersusun padat tidak beraturan, dan sel-sel yang mampu berdiferensiasi menjadi osteoblas (sel osteogenik). Semua bagian tulang diselaputi oleh periosteum, kecuali bagian yang terdapat artikulasi dengan tulang lainnya. Tulang memiliki ruang internal di bagian tengahnya yaitu rongga sumsum, yang di dalamnya terdapat sel stem dari sel darah. Rongga sumsum dilapisi oleh selapis jaringan ikat tipis tervaskularisasi bernama endosteum. Endosteum juga memiliki sel-sel osteogenik seperti halnya periosteum (Kalfas 2001; Samuelson 2007). Tulang tersusun atas tiga jenis sel utama yaitu osteoblas, osteosit, dan osteoklas. Osteoblas adalah sel yang berperan dalam aktivitas sintesis komponen organik tulang, yang disebut sebagai prebone atau osteoid. Osteoblas terletak dalam suatu garis di sepanjang permukaan jaringan tulang. Saat aktif, osteoblas cenderung berbentuk kubus dan bersifat basofilik. Sedangkan saat kurang aktif, maka bentuknya akan menjadi lebih kempis dan kurang basofilik. Ketika aktivitas sintesis matriks berhenti dan osteoblas telah memasuki matriks tersebut maka osteoblas berubah namanya menjadi osteosit. Osteosit berada di dalam suatu ruangan berbentuk oval bernama lakuna yang terletak di dalam matriks yang telah termineralisasi. Lakuna memiliki penjuluran halus yang disebut kanalikuli. Kanalikuli menghubungkan antar lakuna yang berdekatan sehingga osteosit mampu mencapai pembuluh darah untuk pertukaran nutrisi dan sisa metabolisme (Gambar 1).

Transcript of Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa...

Page 1: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

 

TINJAUAN PUSTAKA

Tulang

Tulang merupakan jaringan ikat khusus yang berfungsi sebagai alat

penyokong, pelekatan, perlindungan, dan penyimpanan mineral. Konsekuensinya,

jaringan ini dilengkapi dengan rigiditas, kekuatan yang sangat besar, serta

elastisitas yang sangat terbatas. Kemampuan jaringan ini untuk menyimpan

mineral terutama kalsium (Ca), kebanyakan dalam bentuk kristal hidroksiapatit,

merupakan sifat utama yang membedakan tulang dari jaringan ikat lainnya

(Samuelson 2007).

Tulang secara eksternal diselaputi oleh sebuah jaringan bernama

periosteum. Periosteum berisi pembuluh darah, lapisan tebal serabut kolagen yang

tersusun padat tidak beraturan, dan sel-sel yang mampu berdiferensiasi menjadi

osteoblas (sel osteogenik). Semua bagian tulang diselaputi oleh periosteum,

kecuali bagian yang terdapat artikulasi dengan tulang lainnya. Tulang memiliki

ruang internal di bagian tengahnya yaitu rongga sumsum, yang di dalamnya

terdapat sel stem dari sel darah. Rongga sumsum dilapisi oleh selapis jaringan ikat

tipis tervaskularisasi bernama endosteum. Endosteum juga memiliki sel-sel

osteogenik seperti halnya periosteum (Kalfas 2001; Samuelson 2007).

Tulang tersusun atas tiga jenis sel utama yaitu osteoblas, osteosit, dan

osteoklas. Osteoblas adalah sel yang berperan dalam aktivitas sintesis komponen

organik tulang, yang disebut sebagai prebone atau osteoid. Osteoblas terletak

dalam suatu garis di sepanjang permukaan jaringan tulang. Saat aktif, osteoblas

cenderung berbentuk kubus dan bersifat basofilik. Sedangkan saat kurang aktif,

maka bentuknya akan menjadi lebih kempis dan kurang basofilik. Ketika aktivitas

sintesis matriks berhenti dan osteoblas telah memasuki matriks tersebut maka

osteoblas berubah namanya menjadi osteosit.

Osteosit berada di dalam suatu ruangan berbentuk oval bernama lakuna

yang terletak di dalam matriks yang telah termineralisasi. Lakuna memiliki

penjuluran halus yang disebut kanalikuli. Kanalikuli menghubungkan antar lakuna

yang berdekatan sehingga osteosit mampu mencapai pembuluh darah untuk

pertukaran nutrisi dan sisa metabolisme (Gambar 1).

Page 2: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

 

Sitoplasma osteosit memiliki ukuran yang lebih kecil bila dibandingkan

dengan sitoplasma osteoblas, serta memiliki organel sel yang lebih sedikit

sehubungan dengan aktivitas metaboliknya. Osteosit memfasilitasi pemeliharaan

lingkungan ekstraseluler yang telah termineralisasi. Saat terstimulasi oleh hormon

paratiroid (PTH), osteosit mampu segera melepaskan mineral (termasuk Ca) dari

matriks ekstraseluler dengan menyekresikan hidrolase. Proses ini dikenal sebagai

osteocytic osteolysis yang berperan penting dalam pelepasan Ca secara cepat.

Osteoklas merupakan sel raksasa multinukleus (≥ 6-50 inti) yang terlibat

dalam resorpsi dan remodeling tulang. Sel ini, yang terlihat asidofilik secara

sitologi, memiliki banyak lisosom serta organel sel lainnya yang berkembang

baik. Osteoklas yang diketahui berasal dari sumsum tulang, merupakan turunan

dari sejumlah gabungan monosit. Pada proses pertumbuhan dan remodeling

tulang, osteoklas secara kontinu akan melakukan penyerapan (osteoclasia). Proses

osteoclasia merupakan hasil dari sekresi beberapa macam material termasuk asam

dan enzim hidrolitik. Asam yang disekresikan seperti asam laktat dan sitrat,

memiliki pH rendah sehingga memudahkan pelepasan mineral. Sedangkan enzim

hidrolitik, seperti acid hydrolase, collagenase, dan lainnya, mampu mencerna

matriks ekstraseluler. Osteoclasia terutama diatur oleh sistem endokrin, antara

lain: kelenjar tiroid yang menyekresikan hormon kalsitonin dan kelenjar paratiroid

yang menyekresikan hormon paratiroid (Samuelson 2007).

Matriks Ekstraseluler Tulang (Bone Extracellular Matrix)

Sebagian besar jaringan tulang terdiri atas matriks ekstraseluler, yang

kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya berupa material

organik. Sebagian besar material organik terdiri atas serabut kolagen tipe I

(~94%) dan sejumlah kecil bahan dasar (Samuelson 2007; IOF 2009). Secara

Kanalikuli Osteosit

Gambar 1 Struktur kanalikuli dan osteosit yang terkurung dalam lakuna (IOF 2009).

Page 3: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

 

umum tulang tersusun oleh 30% substansi organik, 55% substansi anorganik

(mineral), dan 15% air (Aoki 1991).

Material anorganik tulang seperti kalsium (Ca) dan fosfor (P) tersedia

dalam jumlah yang sangat banyak. Sebagian besar Ca dan P membentuk kristal

hidroksiapatit, yang terletak berdampingan dengan serabut kolagen. Selain itu,

beberapa mineral lain juga terdapat dalam jumlah sedikit antara lain: bikarbonat

(HCO3-), magnesium (Mg), natrium (Na), kalium (K), tembaga (Cu), seng (Zn),

mangan (Mn), dan lainnya. Kristal hidroksiapatit tersusun di sepanjang serabut

kolagen dan di dalam celah serabut tersebut. Bahan dasar matriks tulang terdiri

atas protein non-kolagenous, glikoprotein, proteoglikan, peptida, karbohidrat, dan

lemak (Kalfas 2001). Molekul-molekul proteoglikan kecil terutama terdiri atas

sulfated glycosaminoglycans, chondroitin 4-sulfate, dan keratan sulfate, melekat

pada hyaluronans, membentuk suatu satuan komposit yaitu hyaluronic

proteoglycan aggregate yang melapisi kristal hidroksiapatit (Samuelson 2007).

Proteoglikan dalam komposit tersebut bersifat instrumental dalam inisiasi

dan inhibisi proses mineralisasi tulang. Selama proses mineralisasi normal

berlangsung, jumlah dari proteoglikan dalam ECM (Extracellular Matrix) relatif

menurun. Jadi terdapat suatu hubungan timbal balik dalam jumlah proteoglikan

dan derajat mineralisasi dalam tulang yang sedang tumbuh. Bahan dasar yang

terutama terdiri atas satuan komposit tersebut, memungkinkan air untuk

bersentuhan dengan kristal sehingga terjadi pertukaran ion. Sejumlah kecil

glikoprotein dan protein matriks hadir dalam bahan dasar ECM dan berfungsi

sebagai bahan pelekat (Samuelson 2007).

Klasifikasi Tulang

Terdapat tiga tipe utama tulang yaitu woven bone, cortical bone, dan

cancellous bone. Woven bone terdapat selama perkembangan embrio, selama

persembuhan fraktur (pembentukan kalus), dan pada beberapa kasus patologis

seperti hiperparatiroidisme. Tulang ini tersusun atas berkas kolagen yang tersusun

acak serta ruang vaskular yang tidak beraturan dan dilapisi deretan sel osteoblas.

Cortical bone, yang juga disebut tulang kompak atau tulang lamelar,

merupakan bentuk kelanjutan woven bone yang telah mengalami remodeling.

Page 4: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

 

Remodeling terjadi akibat infiltrasi pembuluh darah ke dalam woven bone melalui

permukaan periosteal dan endosteal tulang. Unit struktural primer tulang kompak

dinamakan osteon atau sistem Haversian. Osteon tersusun oleh osteosit, lakuna,

dan kanalikuli yang tersusun dalam matriks ekstraseluler tulang yang berlapis-

lapis membentuk lamel-lamel tulang (Gambar 2). Lamel-lamel tulang berbentuk

silinder mengelilingi sebuah saluran longitudinal yang disebut saluran Havers

(Kalfas 2001; Samuelson 2007). Saluran Havers mengandung pembuluh darah,

nervus vasomotorik, sel-sel osteoblas dan osteoprogenitor. Osteon-osteon dapat

saling berhubungan melalui suatu saluran horisontal yang bernama saluran

Volkmann. Melalui saluran Volkmann, pembuluh darah dan syaraf dari

periosteum dan endosteum dapat mencapai saluran Havers sehingga pertukaran

nutrisi dan sisa metabolisme dapat terjadi (Samuelson 2007).

Gambar 2 Osteon yang merupakan unit struktural primer tulang. Terdiri atas

lamel-lamel konsentris dan saluran Havers (IOF 2009). Osteon terbentuk di sepanjang pinggiran tulang kompak dengan

pembentukan asimetris lamel-lamel interstitial yang mengelilingi sebuah

pembuluh darah. Lamel dan jaringan osteogenik terdekat kemudian mengelilingi

pembuluh darah tersebut dan osteon muda terbentuk. Osteoblas, yang sekarang

merupakan bagian dari endosteum, mensekresikan matriks osteoid secara

konsentris, dan osteosit menjadi terbenam dalam matriks tersebut. Ukuran osteon

semakin mengecil dan sejumlah kecil jaringan osteogenik, syaraf, dan pembuluh

darah tinggal di dalamnya (Samuelson 2007). Kekuatan mekanik dari tulang

kompak bergantung pada kepadatan susunan osteonnya (Kalfas 2001).

Cancellous bone (trabecular bone) terletak di antara permukaan bagian

dalam tulang kompak. Cancellous bone berisi elemen hematopoietik dan bony

trabeculae (Kalfas 2001). Bony trabeculae (trabekula tulang) merupakan spikula

Osteosit

Kanalikuli

Saluran Havers

Page 5: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

 

tulang yang saling berhubungan membentuk jaring-jaring yang saling

berhubungan (Dorland 2002). Jaring-jaring yang saling berhubungan tersebut

terisi oleh sumsum tulang. Trabekula terutama terdapat pada bagian ujung tulang

panjang. Cancellous bone secara berkelanjutan akan mengalami remodeling pada

permukaan internal lapisan endosteum tulang (Kalfas 2001).

Gambaran struktur tulang trabekular dan tulang kompak dapat terlihat jelas

pada tulang panjang. Bila tulang panjang dipotong (Gambar 3 A dan B), maka

akan terlihat bagian tulang kompak dan tulang trabekular. Bagian luarnya

dibentuk oleh tulang kompak, sedangkan bagian dalamnya dibentuk oleh tulang

trabekular yang mirip bunga karang (spongy). Bagian tengah tulang panjang

dinamakan sebagai diafise, dan kedua ujungnya dinamakan epifise. Antara epifise

dan diafise terdapat daerah pertumbuhan tulang yaitu metafise, yang

memungkinkan pertumbuhan memanjang tulang. Diafise hampir seluruhnya

tersusun atas tulang kompak, dan sedikit tulang trabekular pada bagian tengah

yang berbatasan dengan sumsum tulang. Sedangkan epifise, hampir seluruhnya

terdiri atas tulang trabekular dan selapis tipis tulang kompak pada bagian luarnya

(Mills 2007).

Gambar 3 Berbagai gambaran struktur tulang. Tulang kompak dan cancellous

(A), dan potongan melintang tulang panjang (B) (IOF 2009).

Proses Histogenesis Tulang

Pertumbuhan tulang terbentuk dari jaringan ikat, baik pada masa embrio

maupun pascanatal. Dilihat dari proses perkembangannya, tulang dibedakan

menjadi dua pola, yakni osifikasi intramembranous dan intrakartilagenous.

Epifise

Epifise

Diafise

(B)

Tulang spongy

Rongga sumsum

Endosteum

Garis epifiseal

Periosteum

Kartilago persendian

(A)

Kartilago persendian Tulang kompak

Tulang cancellous

Saluran Havers

Saluran Volkmann

Lakuna Lamela

Kanalikuli

Osteon

Periosteum

Page 6: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

 

Pada osifikasi intramembranous, tulang langsung berkembang dari

jaringan ikat, yang dimulai dari tengah mesenkim yang disebut “pusat

pertulangan”. Mesenkim akan mengalami peningkatan vaskularisasi dan

proliferasi. Selanjutnya terjadi perubahan bentuk sel yang menghasilkan sel

osteogenik dan osteoblas. Osteoblas kemudian menjadi aktif menghasilkan

matriks dan serabut kolagen, yang mula-mula masih lunak (osteoid). Osteoid

tersebut kemudian mengalami kalsifikasi oleh garam Ca berupa kristal

hidroksiapatit (Hartono 1989). Tulang-tulang yang mengalami proses ini adalah

sejumlah tulang yang berfungsi sebagai pelindung seperti tulang frontal dan

parietal tengkorak, tulang rahang bawah, dan rahang atas (Samuelson 2007).

Pada osifikasi intrakartilagenous (Gambar 4), jaringan ikat mula-mula

menumbuhkan “tulang rawan miniatur”, yaitu suatu tulang rawan hialin,

bentuknya mirip tulang dewasa hanya formatnya kecil. Tulang rawan ini

selanjutnya akan dirombak, dan digantikan dengan tulang. Osifikasi dimulai dari

tengah tulang rawan dan meluas ke seluruh arah sesuai dengan pertumbuhan

tulang rawan (Hartono 1989). Proses pembentukan tulang ini terjadi pada

pembentukan tulang panjang dan tulang pendek (tulang-tulang penahan bobot

tubuh) seperti tulang femur, tibia, dan lain-lainnya. Pada masa fetus, hampir

semua tulang tubuh merupakan tulang rawan. Namun seiring dengan

perkembangan fetus dan setelah kelahiran, tulang rawan tersebut berkembang

menjadi tulang untuk menyediakan kekuatan terhadap tekanan-tekanan yang

makin bertambah (Mills 2007; Samuelson 2007).

Gambar 4 Proses osifikasi intrakartilagenous (Reza 2008).

Page 7: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

10 

 

Proses Modeling dan Remodeling Tulang

Modeling tulang adalah suatu kondisi saat proses resorpsi dan

pembentukan tulang terjadi pada permukaan tulang yang berlainan (pembentukan

dan resorpsi tidak berpasangan). Contohnya pada pertambahan panjang dan

diameter tulang panjang. Modeling tulang terjadi sejak kelahiran hingga dewasa

dan proses ini berperan dalam penambahan massa dan perubahan bentuk

kerangka. Pada kondisi ini proses pembentukan tulang lebih dominan terjadi

daripada proses resorpsi tulang.

Remodeling tulang adalah pergantian jaringan tulang tua dengan jaringan

tulang muda. Kondisi ini sebagian besar terjadi pada kerangka hewan dewasa

untuk mempertahankan massa tulang. Proses ini mencakup pembentukan dan

resorpsi tulang secara bersamaan (berpasangan). Remodeling merupakan sebuah

proses yang dinamis termasuk penggantian dan pengisian kembali baik tulang

kompak maupun trabekular. Proses ini terus-menerus terjadi untuk

mempertahankan massa tulang serta integritas dan fungsi kerangka. Proses ini

kompleks dan dikendalikan oleh susunan syaraf pusat melalui hormon dan oleh

tekanan mekanis. Proses ini bergantung pada keterpaduan aksi dari osteoblas,

osteosit, dan osteoklas. Secara bersamaan, ketiga sel ini membentuk BMU (Basic

Multicellular Unit) atau unit remodeling tulang yang berperan dalam proses

remodeling pada hewan dewasa (Mills 2007).

Proses remodeling tulang terjadi dalam beberapa fase (Gambar 5), yaitu:

1. Aktivasi: pre-osteoklas terstimulasi menjadi

osteoklas dewasa yang aktif.

2. Resorpsi: osteoklas mencerna matriks tulang tua.

3. Pembalikan: akhir dari proses resorpsi, saat

osteoklas digantikan oleh osteoblas.

4. Pembentukan: osteoblas menghasilkan matriks

tulang yang baru.

5. Fase pasif: osteoblas selesai menghasilkan

matriks dan terbenam di dalamnya. Beberapa

osteoblas membentuk sederet sel yang berjejer

di permukaan tulang yang baru.

Gambar 5 Proses remodeling tulang (IOF 2009).

Page 8: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

11 

 

Persembuhan Kerusakan Tulang

Kerusakan segmental tulang akibat defek pengeboran prinsipnya hampir

sama dengan kerusakan pada patah tulang (fraktur). Namun dalam persembuhan

kerusakan segmental tersebut, di dalam defek pengeboran diberi suatu

biomaterial/implan tulang. Boden et al. (1995) menyebutkan bahwa proses

penyatuan implan tulang dalam spinal fusion model hampir sama dengan proses

persembuhan tulang yang terjadi dalam keadaan persembuhan fraktur.

Fraktur merupakan kerusakan dalam suatu jaringan ikat makhluk hidup,

dan persembuhannya dapat dicapai melalui pertumbuhan sel. Tahap-tahap

persembuhan tulang dapat dilihat pada Gambar 6 dan Tabel 1.

Gambar 6 Proses persembuhan tulang (Anonim 2010).

Minggu Ke-1 Minggu Ke-2 sampai ke-3

Hematoma dan inflamasi Kalus halus

Minggu Ke-4 sampai ke-16 Minggu Ke-17 dan seterusnya

Kalus keras Remodelling

Proses Persembuhan Fraktur

Page 9: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

12 

 

Tabel 1 Persembuhan tulang pada fraktur tulang sederhana Waktu Perubahan yang terjadi

<1 hari Hemoraghi dan pembentukan hematoma. Penggumpalan darah pada daerah fraktur. Invasi makrofag untuk menghilangkan debris, sel darah merah, dan fibrin. Nekrosis sel osteosit pada daerah fraktur.

Hari ke 1-5 Edema dan deposisi fibrin pada jaringan sekitar fraktur. Jaringan granulasi menginvasi bekuan darah. Proliferasi kondroblas dan osteoblas dari bagian pinggir periosteal dan endosteal.

Hari ke 3-7 Pembentukan kalus sementara seiring dengan tulang dihubungkan oleh jaringan granulasi dan pulau-pulau kartilago.

Minggu ke 1-4 Bony callus terbentuk oleh kalsifikasi. Penghubung kalus sementara oleh jaring-jaring trabekula osteoid yang dihasilkan osteoblas.

> 4 minggu Remodeling tulang: proses penyerapan dan pembentukan tulang terus berlangsung.

Penghilangan kalus eksternal. Pelekukan kalus internal untuk membentuk sumsum tulang.

Secara histologi, persembuhan tulang dapat dibagi menjadi beberapa fase:

1. Fase hemoraghi dan pembentukan jaringan granulasi.

Pada fraktur traumatis sederhana pada tulang panjang, patahan tulang

mengalami pergeseran dari lokasi normalnya dan jaringan lunak di sekitarnya ikut

terlukai (Cheville 2006). Selama 24-48 jam pertama setelah pelukaan, gambaran

histologi persembuhan tulang memperlihatkan adanya eksudat traumatik berisi

serum dan darah akibat pecahnya pembuluh darah (Watson-Jones 1952).

Hemoraghi terjadi di sepanjang daerah fraktur dan otot apabila darah merembes

keluar dari periosteum yang sobek. Koagulasi darah dengan segera membentuk

bekuan darah yang mengisi celah fraktur.

Kerusakan vaskular mengakibatkan terjadinya nekrosis pada jaringan tulang di

sekitar fraktur. Osteosit mati akibat kehilangan nutrisi yang biasanya disuplai

melalui pembuluh darah. Periosteum dan sumsum lebih tervaskularisasi dengan

baik sehingga kejadian nekrosis pada bagian ini lebih sedikit (Cheville 2006).

Bekuan darah selanjutnya berubah menjadi jaringan granulasi untuk

melindungi tulang yang rusak (Samuelson 2007). Jaringan granulasi merupakan

jaringan ikat fibroblastik tervaskularisasi pada persembuhan luka. Monosit

memasuki daerah fraktur dan berubah menjadi makrofag yang berperan utama

dalam proses persembuhan tulang (Cheville 2006).

Page 10: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

13 

 

2. Fase pembentukan kalus.

Dalam waktu 48 jam setelah fraktur, bekuan darah diserbu oleh sel-sel

osteogenik dari lapisan periosteum, endosteum, dan sumsum tulang. Sel-sel ini

berproliferasi di pinggir fraktur dan secara cepat menyerbu bekuan darah dan

daerah nekrotik sekitarnya untuk membentuk kalus. Kalus merupakan massa

jaringan yang berfungsi melekatkan ujung-ujung tulang yang patah (Cheville

2006). Proses pembentukan kalus yang berasal dari periosteum, endosteum, dan

sumsum tulang tersebut bertemu dalam satu proses yang sama (Rizka 2010).

Proses terus berlangsung ke bagian dalam dan luar tulang sehingga menjembatani

permukaan fraktur satu sama lain. Awalnya, kalus merupakan jaringan granulasi

(kalus lunak) yang kemudian akan berubah menjadi jaringan tulang dan tulang

rawan (kalus keras) (Cheville 2006).

3. Fase pembentukan tulang rawan.

Dalam waktu satu minggu, sel-sel yang berproliferasi mulai berdiferensiasi

menjadi kondroblas dan tulang rawan terbentuk. Material matriks terdeposit

mengelilingi sel. Dalam proses kalsifikasi tulang rawan, vesikula kecil matriks

dilepaskan di bawah pengaruh enzim yang meningkatkan konsentrasi lokal

orthophosphate dan mengarah pada pembentukan hidroksiapatit. Pada 7 sampai

10 hari, pH kalus meningkat sehingga membantu proses deposisi garam kalsium.

Tulang rawan yang terbentuk bersifat hanya sementara karena akan segera

digantikan oleh woven bone. Matriks ekstraseluler tulang rawan mengalami

kalsifikasi, sehingga menyebabkan kondrosit mati. Proses perubahan tulang rawan

menjadi tulang terjadi melalui mekanisme osifikasi intrakartilagenous.

4. Fase pembentukan tulang baru.

Selama kalus yang terbentuk sebelumnya menghilang, osteoblas menghasilkan

osteoid dengan susunan yang lebih teratur. Molekul kolagen berorientasi di

sekeliling pembuluh darah untuk membentuk sistem Haversian. Osteoklas

kemudian melekat pada permukaan trabekula tulang untuk meresorpsi tulang.

Woven bone yang lebih dahulu terbentuk secara bertahap berubah menjadi

cortical bone dan kalus berlanjut mengalami remodeling. Secepatnya, dengan

ketepatan serta respon kalus yang minimal, susunan tulang terbentuk kembali dan

kalus tidak teraba lagi (Cheville 2006).

Page 11: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

14 

 

Ada kalanya fraktur terjadi cukup parah sehingga membutuhkan tindakan lain

untuk membantu persembuhan tulang yang sempurna. Tindakan tersebut dapat

berupa cangkok tulang atau bone graft (Samuelson 2007).

Jika menggunakan suatu bone graft, persembuhan tulang akan dimulai

dengan terisinya perbatasan antara tulang-graft dengan jaringan tulang baru. Graft

akan mengalami vaskularisasi dan secara perlahan akan digantikan oleh

pertumbuhan tulang baru. Perbatasan antara tulang-graft akan sembuh dalam 1

sampai 3 bulan, namun proses remodeling terhadap graft dapat berlangsung

berbulan-bulan sampai tahunan yang lamanya tergantung pada besarnya graft.

Biomaterial Pengganti Tulang

Biomaterial merupakan suatu material, baik bersifat alamiah maupun

buatan, yang dapat berinteraksi dengan sistem tubuh dengan tujuan untuk

memperbaiki (repair), memulihkan (restore), dan menggantikan jaringan yang

rusak (replace) atau sebagai penghubung (interface) dengan lingkungan fisiologis

tubuh (Darwis 2008).

Pemilihan biomaterial yang tepat sangatlah diperlukan dalam proses

implantasi. Tentunya biomaterial yang dipilih adalah yang bersifat osteoinduktif,

osteokonduktif, biokompatibel, bioaktif, stabil secara biomekanis, bebas penyakit,

serta mengandung faktor antigen minimal (Kalfas 2001), bioresorbabel (Samsiah

2009) dan biodegradabel (Pane 2008).

Osteoinduktif adalah kemampuan biomaterial untuk menginduksi sel-sel

sumsum tulang atau osteoprogenitor berdiferensiasi menjadi sel-sel tulang dewasa

(Laurencin 2009). Osteokonduktif adalah kemampuan biomaterial untuk

mendukung pelekatan sel-sel osteoblas baru dan osteoprogenitor, menyediakan

struktur saling berhubungan sehingga sel-sel baru dapat berpindah dan pembuluh

darah baru dapat terbentuk (Laurencin 2009). Sifat biokompatibel adalah

kemampuan biomaterial untuk menyesuaikan dengan kecocokan tubuh penerima,

tidak mempunyai efek toksik maupun melukai fungsi biologis (Dorland 2002).

Sedangkan bioaktif adalah kemampuan biomaterial untuk bereaksi dengan

jaringan tubuh dan menghasilkan suatu ikatan yang sangat baik (Purnama 2006).

Page 12: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

15 

 

Autograft adalah biomaterial yang berasal dari tubuh pasien itu sendiri.

Autograft memiliki kerugian karena ketersediaannya terbatas serta dapat

meningkatkan resiko kehilangan darah, menimbulkan rasa sakit, dan memperbesar

luka akibat operasi tambahan (Schnettler et al. 2004; Nandi et al. 2009). Allograft

adalah biomaterial yang berasal dari spesies yang sama. Allograft berpeluang

menularkan berbagai penyakit dan menimbulkan ketidakcocokan respon imun

(Nandi et al. 2009). Xenograft adalah biomaterial yang berasal dari spesies, genus,

maupun famili yang berbeda. Misalnya xenograft yang berasal dari tulang sapi.

Namun graft tersebut memiliki keterbatasan dalam perbedaan karakter mineral

tulang (Stavropoulos 2008).

Biomaterial sintetik pengganti tulang merupakan alternatif yang dapat

mengatasi keterbatasan beberapa metode sebelumnya. Penggunaan biomaterial

sintetik secara tepat untuk substitusi tulang tidak akan menimbulkan inflamasi

serta tidak menyebabkan respon iritasi (Nurlaela 2009). Saat ini penggunaan

biomaterial sintetik yang memiliki kemiripan dengan fase anorganik tulang telah

mengalami peningkatan di bidang operasi rekonstruksi tulang karena sifat

biokompatibilitasnya yang unggul (Schnettler et al. 2004).

Hidroksiapatit (HA)

Secara umum penyusun utama komponen anorganik tulang adalah kalsium

fosfat yang mempunyai dua fase yaitu amorf dan kristal. Senyawa kalsium fosfat

kristal hadir dalam empat fase, yaitu dikalsium fosfat (DKF, CaHPO4.2H2O), okta

kalsium fosfat (OKF, Ca8H2PO4.5H2O), trikalsium fosfat (TKF, Ca3(PO4)2) dan

hidroksiapatit (HA, Ca10(PO4)6(OH)2). Senyawa kalsium fosfat yang paling stabil

adalah hidroksiapatit (Saraswathy et al. 2001). HA terdiri atas kalsium dan fosfat

dengan rasio perbandingan 1,67 (Pane 2008).

Penggunaan HA sebagai material implan untuk aplikasi medis semakin

meningkat saat ini. Beberapa penelitian seperti di India, telah memanfaatkan

bahan alam seperti batu koral, ganggang laut, dan cangkang telur ayam sebagai

sumber CaCO3 untuk pembentukan HA. Bahan alam diyakini lebih dapat diterima

oleh tubuh karena memiliki persamaan sifat fisiko kimia (Nurlaela 2009). Dua

Page 13: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

16 

 

penggunaan HA yang paling umum antara lain sebagai pelapis implan titanium

atau sebagai bahan pembentuk komposit (Pattanayak et al. 2005).

HA banyak digunakan dalam dunia orthopedik karena sifat fisis, kimia,

mekanis, dan biologisnya sangat mirip dengan komponen utama tulang manusia

(Pattanayak et al. 2005; Pane 2008). Sifat HA yang paling menarik adalah

kemampuan biokompatibilitasnya yang sangat baik. HA mampu berkontak dan

menyatu secara kimiawi dengan jaringan tulang (Pane 2008). Selain itu, HA

memiliki beberapa sifat yang menonjol lainnya yakni: osteokonduktif, berpori,

bioresorbabel, bioaktif, tidak korosi, inert, tahan aus (Samsiah 2009), serta mudah

didapatkan dalam jumlah banyak (Pane 2008).

Beberapa penelitian telah membuktikan kemampuan HA sebagai bahan

pengganti tulang. Salah satunya terdapat pada penelitian yang dilakukan oleh

Reddy dan Swamy (2010), tentang penggunaan HA sebagai biomaterial pengganti

tulang pada beberapa kasus orthopedik. Berdasarkan penelitian tersebut dapat

disimpulkan bahwa untuk lesio kecil, HA sendiri saja sudah cukup namun untuk

lesio yang lebih besar, lebih ideal untuk mencampurkan HA dengan autogenous

bone graft untuk mempercepat persembuhan. Terdapat pertumbuhan tulang baru

serta persembuhan lesio yang baik. Selain itu, tidak ditemukan reaksi imunogenik

tubuh terhadap material HA.

Uji mekanik memperkuat pendapat bahwa HA menyatu ke dalam tulang

lebih kuat daripada autogenous bone graft. Hal tersebut karena kemampuan

biodegradasi HA lebih lambat daripada autogenous bone graft sehingga mampu

memberi kekuatan mekanis yang lebih lama (Reddy & Swamy 2010).

Kitosan (K)

Kitosan adalah biopolimer karbohidrat hasil ekstraksi kitin, yang

merupakan biopolimer alami kedua disamping selulosa yang terdapat dalam

jumlah melimpah. Kitin merupakan komponen struktural primer dari eksoskeleton

hewan arthropoda (contohnya crustacean), dinding sel fungi, dan kutikula

serangga. Kitin merupakan polisakarida dan polimer linear dari N-acetyl-D-

glucosamine monomers yang bergabung dalam ikatan 1,4β-glikosidik (Shin et al.

2009). Kitosan merupakan derivat kitin yang diperoleh dengan menghilangkan

Page 14: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

17 

 

gugus asetilnya menggunakan basa pekat, sehingga bahan ini merupakan polimer

dari D-glucosamine (Nurlaela 2009).

Gambar 7 Struktur kimia kitosan (Harisson 2009).

Ketertarikan dalam pemanfaatan kitosan telah meningkat sehubungan

dengan sifat biologisnya yang unggul, seperti biokompatibilitas, mudah

terdegradasi tanpa meninggalkan racun, tidak karsinogenik terhadap hewan

maupun manusia, bioaktif (Nurlaela 2009) serta memiliki efek anti bakterial dan

efek persembuhan yang cepat bagi jaringan (Shin et al. 2009).

Studi lain memperlihatkan bahwa kitosan mampu meningkatkan

pembentukan jaringan tulang dan dapat digunakan sebagai matriks dalam teknik

pembuatan jaringan gingival. Paik et al. (2001) melaporkan bahwa kitosan dapat

meningkatkan sintesis kolagen tipe I pada tahap awal, dan memfasilitasi

diferensiasi sel-sel osteogenik pada percobaan in vitro fibroblas ligamen

periodontal manusia. Kitosan diketahui dapat mempercepat migrasi sel serta

membantu pematangan jaringan. Oleh karena itu, semakin banyak dilakukan

penelitian yang berkaitan dengan kemampuan kitosan dalam bidang dentistry dan

bedah orthopedik (Shin et al. 2009).

Komposit Hidroksiapatit dan Kitosan (HA-K)

Material komposit adalah kombinasi dua atau lebih fase material, baik

secara makro atau mikro yang berbeda bentuk atau komposisi kimianya untuk

memperoleh keseimbangan sifat (Samsiah 2009). Pengembangan teknologi

komposit bertujuan untuk meningkatkan efisiensi struktur dan karakteristik sifat

material yang signifikan, seperti untuk aplikasi material yang ringan tetapi sangat

kuat (Samsiah 2009).

Page 15: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

18 

 

Tulang merupakan salah satu komposit alami berskala nano, karena tulang

merupakan kombinasi fase organik dan anorganik (Nurlaela 2009). Material yang

paling baik untuk menggantikan tulang adalah material yang memiliki kesamaan

atau paling tidak identik dengan komposisi tulang yang sebenarnya.

Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk menggantikan tulang dari

material komposit yang dibentuk dari HA dan matriks polimer. Beberapa polimer

yang dapat digunakan antara lain: kolagen, kitosan, asam polylactic, dan

polymethylmethacrylate (PMMA) (Nurlaela 2009). HA yang serupa dengan

komponen utama mineral tulang memiliki kekerasan yang rendah dan bersifat

rapuh sehingga memberi kendala dalam proses desain (Pattanayak et al. 2005).

Sedangkan kitosan yang merupakan biopolimer alami diharapkan dapat bersifat

layaknya komponen organik matriks tulang serta dapat mengatasi sifat rapuh HA.

Komposit HA-K memiliki keuntungan karena ketika matriks polimer terserap,

tulang baru dapat tumbuh di sekitar partikel HA (Samsiah 2009).

Domba Lokal (Ovis ammon aries) Sebagai Hewan Coba

Implan tulang dapat dikatakan telah memenuhi persyaratan biomaterial

yang ideal apabila telah melewati uji in vitro maupun in vivo. Hasil dari uji in

vitro saja tidak cukup untuk dapat diterapkan pada manusia karena terkadang

memberikan hasil yang berbeda. Oleh karena itu, perlu dilakukan serangkaian uji

in vivo pada berbagai jenis hewan coba sebagai simulasi kondisi klinis manusia.

Hewan-hewan coba tersebut antara lain: anjing, domba, kambing, babi, dan

kelinci (Pearce et al. 2007). Hewan coba yang digunakan dalam penelitian ini

adalah domba lokal atau domba ekor tipis (Ovis ammon aries) (Sutama &

Budiarsana 2009).

Lebih dari sepuluh tahun terakhir penggunaan domba sebagai hewan coba

dalam penelitian orthopedik terus meningkat. Pada periode 1990-2001, sebanyak

9-12% penelitian orthopedik telah menggunakan domba sebagai hewan coba.

Jumlah ini meningkat dibandingkan dengan periode 1980-1989 ketika

penggunaan domba hanya sekitar 5% (Martini et al. 2001). Peningkatan jumlah

ini mungkin berhubungan dengan masalah isu etika dan pandangan negatif

masyarakat terhadap penggunaan hewan peliharaan sebagai hewan coba (Pearce et

Page 16: Kajian morfologi proses persembuhan kerusakan segmental ... · kurang lebih 2/3 bagiannya berupa material anorganik dan sisanya ... tulang rahang bawah, dan rahang ... Tabel 1 Persembuhan

19 

 

al. 2007). Bermacam-macam penelitian orthopedik yang telah dilakukan dengan

menggunakan domba antara lain tentang fraktur, osteoporosis, bone-lengthening,

dan osteoarthritis (Martini et al. 2001).

Secara makrostruktural, domba dewasa memiliki berat tubuh yang hampir

menyerupai manusia dan memiliki dimensi tulang panjang yang cocok untuk

model pemasangan implan tulang manusia dan prosthesis (Newman et al. 1995).

Hal ini tidak dimiliki oleh spesies hewan yang lebih kecil seperti kelinci atau

anjing ras kecil. Sedangkan secara histologi, struktur tulang domba sangat berbeda

dibandingkan dengan tulang manusia. Domba digambarkan memiliki sebagian

besar struktur tulang berupa tulang primer (deKleer 2006), dalam

perbandingannya dengan struktur tulang manusia yang kebanyakan terdiri atas

tulang sekunder (Eitel et al. 1981).

Terdapat perbedaan dalam kepadatan tulang antara manusia dan domba.

Tulang domba secara signifikan menunjukkan kepadatan yang lebih tinggi dan

kekuatan yang lebih besar (Pearce et al. 2007). Sementara itu, perbandingan

komposisi mineral tulang manusia dan domba tidak menunjukkan perbedaan yang

signifikan (Ravaglioli et al. 1996). Walaupun diakui adanya perbedaan dalam

struktur tulangnya, beberapa studi berpendapat bahwa domba masih valuable

sebagai model untuk penelitian remodeling dan pergantian tulang manusia.

Beberapa penelitian tentang implantasi tulang menunjukkan bahwa tulang domba

dan manusia memiliki pola yang serupa dalam hal pertumbuhan tulang (bone

ingrowth) terhadap poros implan (Pearce et al. 2007).