Pendahuluan
�� Di seluruh dunia tembakau dapat menyebar Osteoporosis adalah penyakit tulang yang
ditandai dengan berkurangnya kepadatan tulang secara progresif pada beberapa
tempat (Tanaka
et al., 2013). Pada tulang rahang, osteoporosis
menyebabkan resorpsi tulang alveolar yang berada di sekeliling akar gigi dan
menyangga gigi. Adanya resorpsi tulang alveolar
akan mengakibatkan gigi menjadi goyang bahkan mengakibatkan gigi tanggal (Florencio-Silva
et al., 2017).
Dari beberapa
penelitian telah diketahui terdapat hubungan antara merokok dengan jumlah
mineral dan sel sel dalam kandungan tulang. Rokok mengandung lebih dari 4.000 racun,
antara lain nikotin, karbonmonoksida (CO), nitrosamin,
bensen, aldehid dan hidrogen sianida,
yang berpotensi mengganggu proses bone
healing (Shibli
et al., 2010). Pada rokok yang sebagian
besar bahannya adalah daun tembakau (nicotinia
tabaccum), didapatkan kandungan nikotin yang tinggi. Pada sebagian besar
perokok, seringkali ditemukan adanya osteoporosis
tulang alveolar. Osteoporosis terjadi akibat nikotin sebagai bahan kimia aktif utama
yang terkandung dalam tembakau merangsang turn over tulang (Broulik
et al., 2007).
�Dalam penelitian eksperimental didapatkan
bahwa fungsi platelet sangat dipengaruhi oleh nikotin dan karbonmonoksida.
Kedua faktor ini menyebabkan pelepasan Platelet
Derived Growth Factor (PDGF) yang berakibat resiko trombosis meningkat pada perokok. Nikotin juga merangsang pelepasan katekolamin kofaktor (chalone)
yang dapat menghambat epitelisasi.
Nikotin merupakan vasokonstriktor
yang berpotensi menghambat aliran darah dan suplai nutrisi ke daerah
penyembuhan, serta menghambat proliferasi
fibroblas, sel darah merah dan makrofag
(Shibli
et al., 2010).�
Tulang
merupakan jaringan hidup yang dinamik dan mengalami proses regenerasi secara
terus menerus yang disebut proses remodeling (Manolagas,
2000). Fase remodeling adalah fase pembentukan
kembali tulang yang digambarkan sebagai keseimbangan antara fungsi osteoblas dan osteoklas. Proses ini terjadi pada tiap permukaan tulang dan
berlanjut sepanjang hidup. Fungsi osteoblas
dan osteoklas diatur oleh hormon paratiroid, estrogen, kalsitonin,
vitamin D dan testoteron (Canalis
et al., 2010).� Pemberian
nikotin subkutan pada hewan coba kelinci selama 16-30 hari, menyebabkan graft menjadi nekrotik bila dibandingkan
dengan kelompok kontrol. Selain itu ditemukan trabekula yang tipis dan berkurangnya volume yang merupakan suatu
indikasi adanya proses resorpsi tulang yang berlebihan (Porter
& Hanley, 2001).�
Penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui bagaimana nikotin
dapat menyebabkan osteoporosis pada
tulang alveolar. Pemilihan nikotin
sebagai bahan penelitian karena bahan utama rokok adalah tembakau yang
kandungan nikotinnya mencapai 95%.
Metode Penelitian
Penelitian
ini adalah penelitian eksperimental dengan disain� post-test
control group� yang dilakukan pada� 16 ekor kelinci New Zealand secara random.
Grup 1 (8 ekor), sebagai kelompok�
kontrol dan grup 2 (8 ekor), sebagai kelompok perlakuan. Pada kelompok
perlakukan dilakukan injeksi larutan nikotin
selama 1 minggu dengan dosis nikotin sebesar 2,5 mg/kg BB/hari.� Pengamatan dilakukan pada minggu pertama
dengan menghitung jumlah sel� osteoklas dan sel osteoblas melalui pemeriksaan�
histologi.
1.
Cara pemaparan nikotin
Bubuk nikotin (-) Nicotine hydrogen
tartrate salt) dari Sigma-Aldrich produksi Amerika Serikat seberat 2,5
mg/kgBB dilarutkan dengan air destilasi steril sebanyak 0,2 ml. Segera setelah
dilarutkan, cairan nikotin disuntikkan
di bawah kulit di daerah leher kelinci kelompok perlakuan. Injeksi nikotin
dilakukan setiap pagi selama 7 hari.
2.
Cara pengolahan bahan penelitian
Setelah kelinci pada kelompok perlakuan
menerima paparan nikotin selama 7 hari, semua kelinci dalam penelitian ini
dibunuh. Kelinci dibunuh dengan cara injeksi overdosis dengan bahan� anestesi
Ketamine. Selanjutnya tulang rahang diambil dan difiksasi dalam cairan
formalin 10% selama sehari. Kemudian tulang dilunakkan dalam larutan asam
formiat 5% selama 14 hari. Setelah lunak, tulang rahang daerah sekitar gigi
dipotong sebesar 15x15mm dan diblok dalam parafin.
Selanjutnya dilakukan serangkaian proses pembuatan preparat untuk pemeriksaan
histologi.
3.
Cara pemeriksaan jaringan
Pemeriksaan jaringan dilakukan dengan
cara melihat preparat yang telah diwarnai dengan hematoxylen eosin. Dengan
mikroskop elektron, pada preparat dihitung jumlah sel osteoklas dan osteoblas
pada 10 lapang pandang berbeda.
Hasil dan Pembahasan
A. Hasil Penelitian
Data jumlah sel osteoklas dan osteoblas diperoleh dari pengamatan terhadap jumlah sel pada
jaringan tulang di sekitar implan dengan metode histologi. Hasil pengamatan
yang dilakukan pada kelompok kontrol dan kelompok perlakuan yang telah diberi
paparan nikotin dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
(A)
(B)
Keterangan: Sel osteoklas ditandai dengan panah kuning dan sel osteoblas ditandai dengan panah biru.�
A) Kelompok kontrol minggu
ke-1.�
B)Kelompok perlakuan yang
dipapar dengan nikotin minggu ke-1. Pembesaran 400x Nikon E 100.
Data jumlah sel osteoklas dan osteoblas
dianalisa menggunakan SPSS versi 13.0, sehingga didapatkan hasil rerata (x) dan
simpang baku (SB). Pada semua variabel dilakukan uji homogenitas varian yang diukur dengan uji Lavene dengan tingkat kemaknaan 0,05. Perbedaan antar kelompok
dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini
Tabel 1
Hasil Uji Statistik Variabel Osteoklas Dan Osteoblas
Minggu Ke-1
|
Variabel
|
Kelompok
|
Rerata
|
Simpang Baku
|
P
|
|
Osteoklas
|
Kontrol
|
13,00
|
2,390
|
0,000
|
|
|
Perlakuan
|
18,63
|
4,104
|
|
Osteoblas
|
Kontrol
|
��� 21,13
|
2,360
|
0,000
|
|
Perlakuan
|
��� 10,50
|
1,770
|
Keterangan:
Hasil uji Anova variabel osteoklas dan osteoblas
pada minggu ke-1, menunjukkan terdapat perbedaan yang bermakna (p<0,05).
Hasil analisis data pada minggu ke-1
menunjukkan, terdapat peningkatan rerata variabel osteoklas yaitu 13,00 menjadi 18,63. Sedangkan untuk variabel osteoblas terjadi kebalikannya yaitu
terdapat penurunan rerata dari 21,13 menjadi 10,50. Dari uji statistik terdapat
perbedaan bermakna baik pada variabel osteoklas
maupun osteoblas kelompok
penelitian (p=0,000)
B. Pembahasan
Hasil penghitungan jumlah osteoblas pada penelitian ini menunjukkan
bahwa jumlah osteoblas pada kelompok
yang dipapar nikotin lebih rendah dibanding dengan kelompok kontrol. Dengan
demikian terbukti bahwa paparan nikotin
menghambat perkembangan sel osteoblas
dan osteoblastogenesis. Dalam
penelitian ini juga terbukti, paparan nikotin mempercepat osteoklastogenesis. Jumlah osteoklas� pada kelompok perlakuan dalam penelitian ini,
lebih banyak dibandingkan dengan kelompok kontrol (p=0,000). Hasil penelitian
ini mendukung (Henemyre
et al., 2003) yang menyatakan, paparan nikotin akan menambah jumlah osteoklas.
Tulang mengalami remodeling berkesinambungan melalui siklus perusakan dan
pembentukan. Remodeling diperantarai
oleh keseimbangan antara osteoklas
yang meresorpsi tulang dan osteoblas yang
membentuk tulang baru (Yoshida
et al., 2002). Pengaruh nikotin terhadap seluler tulang adalah
mengganggu keseimbangan antara pembentukan dan resorpsi tulang (Yamano
et al., 2010). Nikotin menghambat
pembentukan osteoblas dan merangsang pembentukan osteoklas (Tanaka
et al., 2013).��� Menurut (Rocha,
2011) nikotin dapat mempengaruhi osteoklastogenesis
melalui cara yang berbeda dan mengakibatkan perubahan metabolisme tulang.
Osteoblas adalah sel yang berasal
dari sel mesensimal dan bertanggung
jawab untuk mendeposisi matrik tulang. Peristiwa seluler yang melibatkan
pembentukan tulang adalah khemotaksis
dan proliferasi prekursor osteoblas
dan proses diferensiasi osteoblas menjadi
osteoblas matang yang menghasilkan
matrik tulang (Lorenzo
et al., 2015).� Pada proses pematangan sel osteoblas, core binding factor a1 (cbfa1) dan osterix (osx) berperan penting. Cbfa1
merangsang gen diantaranya adalah osteokalsin,
osteopontin, kolagen (Tanaka
et al., 2013), kolagenase (Shibli
et al., 2010), bone sialopontin, reseptor transforming growth factor β1
(TGFβ1) dan receptor activator of
nuclear factor kappa B ligand (RANKL) (Kirkham
& Cartmell, 2007).
Mineralisasi menghasilkan
peningkatan ekspresi osteokalsin, osteopontin, trombospondin dan bone sialopontin yang menandakan osteoblas telah matang. Tahap akhir dari
diferensiasi osteoblas adalah osteosit. Sel osteosit berperan menerima dan mengirimkan sinyal pada sel
permukaan (Baron,
2008). Diferensiasi osteoblas terjadi akibat adanya sinyal kimia dan stres
fisik yang mengaktifkan sinyal pada jalur spesifik (Kirkham
& Cartmell, 2007). Osteoblas mempunyai 3 fungsi utama yaitu: mensekresi matrik tulang
sehingga terbentuk mineralisasi tulang, merangsang diferensiasi osteoklas dan
membantu diferensiasi dan pertumbuhan sel hematopoetik (Lorenzo
et al., 2015).
Menurut (Zheng
et al., 2008), nikotin menyebabkan iskhemia dan
secara langsung mempengaruhi pertumbuhan sel
osteoblas. Hambatan nikotin pada
aktivitas osteoblas tergantung pada
konsentrasi nikotin (Rothem
et al., 2009). Menurut (Ma et
al., 2007), nikotin mempengaruhi ekspresi gen osteogenik dan angiogenik pada
regenerasi tulang kelinci. Lebih jauh nikotin
juga mempengaruhi perkembangan osteoklas
melalui mekanisme tidak langsung yaitu melalui sel osteoblas. Dari hasil penelitian (Kim
et al., 2013) pada human alveolar bone marrow-derived mesenchyme stem cells (hABMMSCs)
juga dapat disimpulkan bahwa, nikotin
dapat menghambat dan merangsang proliferasi dan diferensiasi sel osteoblas tergantung pada
konsentrasi nikotin. Adanya hambatan pada hormon pertumbuhan akan menghambat diferensiasi dan maturasi sel osteoblas.
Osteoklas berasal dari sel myeloid dan makrofag yang memproduksi banyak sitokin dan bertugas mengatur makrofag
dan fungsi sel dendritik.� Osteoklas
terletak pada permukaan endosteal
saluran Haversian sepanjang tulang kortikal dan trabekula lebih tebal dari 200 um (Lorenzo
et al., 2015). Osteoklas adalah sel paling besar, berinti banyak dan tidak
beraturan dengan sitoplasma berwarna
pucat. Osteoklas mampu mendegradasi
matrik organik dan anorganik pada tulang, bertanggung jawab terhadap terjadinya
resorpsi tulang 15. Saat melekat pada tulang, osteoklas terdiferensiasi membentuk ruangan tertutup di bawahnya,
dimana fase mineralisasi tulang terutama hidroksi
apatit, diresorpsi oleh asam dan fase organik terutama kolagen tipe 1 dilarutkan oleh ensim
proteolitik. Aktivitas ini meninggalkan pit atau cekungan di bawahnya dan
disebut Howships�s lacunae (Hefti
et al., 2010).
Hasil penelitian ini membuktikan
bahwa terjadi penurunan jumlah sel
osteoblas pada kelompok yang dipapar nikotin. Akibatnya, aktifitas sel osteoklas yang cepat tidak mampu di
imbangi oleh sel osteoblas dalam
menutup cekungan sehingga terjadi ketidak seimbangan remodeling. Pada fase proses remodeling
tulang, sel bone lining membersihkan
deposit kolagen tipe 1, karena itu jaringan tulang terbentuk oleh osteoblas melalui regulasi kalsium dan
fosfat membentuk hidroksi apatit (Lorenzo
et al., 2015).
Osteoporosis termasuk dalam issue
utama kesehatan masyarakat karena menyebabkan morbiditas dan mortalitas (Kung
& Huang, 2007; Zhang et al., 2010). Pada tulang rahang, osteoporosis
menyebabkan resorpsi pada tulang alveolar
yaitu tulang yang berada di sekeliling akar gigi dan menyangga gigi.
Adanya� resorpsi tulang alveolar akan mengakibatkan gigi menjadi
goyang bahkan mengakibatkan gigi tanggal 2. Resorpsi tulang alveolar adalah
salah satu tanda penyakit periodontitis.
Periodontitis adalah penyakit infeksi
pada jaringan yang menyangga gigi termasuk tulang alveolar. Meskipun tidak di definisikan sebagai penyakit tulang, periodontitis dapat terjadi akibat
penyakit pada tulang alveolar dengan
gejala terjadi resopsi tulang alveolar
sehingga menyebabkan gigi menjadi goyang bahkan tanggal.
Kesimpulan
Osteoporosis tulang alveolar yang terjadi pada
kelinci New Zealand yang dipapar nikotin, diakibatkan adanya peningkatan jumlah
sel osteoklas dan penurunan jumlah
sel osteoblas. Peningkatan jumlah osteoklas
dan penurunan jumlah sel osteoblas
menyebabkan ketidak seimbangan remodeling, yaitu saat terjadi resorpsi tulang oleh sel osteoklas tidak diimbangi dengan
aposisi atau pembentukan tulang oleh sel
osteoblas.
BIBLIOGRAFI
Baron,
R. (2008). Anatomy And Ultrastructure Of Bone-Histogenesis, Growth And
Remodeling. Diseases Of Bone And Mineral Metabolism. Endotext. Com2008. Google Scholar
Broulik,
P. D., Rosenkrancov�, J., Rů�ička, P., Sedl�ček, R., &
Kurcov�, I. (2007). The Effect Of Chronic Nicotine Administration On Bone
Mineral Content And Bone Strength In Normal And Castrated Male Rats. Hormone
And Metabolic Research, 39(01), 20�24. Google Scholar
Canalis,
E., Zanotti, S., Beamer, W. G., Economides, A. N., & Smerdel-Ramoya, A.
(2010). Connective Tissue Growth Factor Is Required For Skeletal Development
And Postnatal Skeletal Homeostasis In Male Mice. Endocrinology, 151(8),
3490�3501. Google Scholar
Florencio-Silva,
R., Sasso, G. R. Da S., Simoes, M. De J., Sim�es, R. S., Baracat, M. C. P.,
Sasso-Cerri, E., & Cerri, P. S. (2017). Osteoporosis And Autophagy: What Is
The Relationship? Revista Da Associa��o M�dica Brasileira, 63(2),
173�179. Google Scholar
Hefti,
T., Frischherz, M., Spencer, N. D., Hall, H., & Schlottig, F. (2010). A
Comparison Of Osteoclast Resorption Pits On Bone With Titanium And Zirconia
Surfaces. Biomaterials, 31(28), 7321�7331. Google Scholar
Henemyre,
C. L., K. Scales, D., Hokett, S. D., Cuenin, M. F., Peacock, M. E., Parker, M.
H., Brewer, P. D., & Chuang, A. H. (2003). Nicotine Stimulates Osteoclast
Resorption In A Porcine Marrow Cell Model. Journal Of Periodontology, 74(10),
1440�1446. Google Scholar
Kim,
D. H., Liu, J., Bhat, S., Benedict, G., Lecka-Czernik, B., Peterson, S. J.,
Ebraheim, N. A., & Heck, B. E. (2013). Peroxisome Proliferator-Activated
Receptor Delta Agonist Attenuates Nicotine Suppression Effect On Human
Mesenchymal Stem Cell-Derived Osteogenesis And Involves Increased Expression Of
Heme Oxygenase-1. Journal Of Bone And Mineral Metabolism, 31(1),
44�52. Google Scholar
Kirkham,
G. R., & Cartmell, S. H. (2007). Genes And Proteins Involved In The
Regulation Of Osteogenesis. Topics In Tissue Engineering, 3,
1�22. Google Scholar
Kung,
A. W. C., & Huang, Q. (2007). Genetic And Environmental Determinants Of
Osteoporosis. Journal Of Musculoskeletal And Neuronal Interactions, 7(1),
26. Google Scholar
Lorenzo,
J., Horowitz, M., Choi, Y., Takayanagi, H., & Schett, G. (2015). Osteoimmunology:
Interactions Of The Immune And Skeletal Systems. Academic Press. Google Scholar
Ma,
L., Zheng, L. W., & Cheung, L. K. (2007). Inhibitory Effect Of Nicotine On
Bone Regeneration In Mandibular Distraction Osteogenesis. Front Biosci, 12,
3256�3262. Google Scholar
Manolagas,
S. C. (2000). Birth And Death Of Bone Cells: Basic Regulatory Mechanisms And
Implications For The Pathogenesis And Treatment Of Osteoporosis. Endocrine
Reviews, 21(2), 115�137. Google Scholar
Porter,
S. E., & Hanley, E. N. (2001). The Musculoskeletal Effects Of Smoking. Jaaos-Journal
Of The American Academy Of Orthopaedic Surgeons, 9(1), 9�17. Google Scholar
Rocha,
M. I. P. N. M. Da. (2011). Nicotine Effects On Bone Metabolism: In Vitro
Studies With Human Osteoclasts And Co-Cultures Of Osteoclasts And Osteoblasts
In An Hydroxyapatite Surface. Google Scholar
Rothem,
D. E., Rothem, L., Soudry, M., Dahan, A., & Eliakim, R. (2009). Nicotine
Modulates Bone Metabolism-Associated Gene Expression In Osteoblast Cells. Journal
Of Bone And Mineral Metabolism, 27(5), 555�561. Google Scholar
Shibli,
J. A., Piattelli, A., Iezzi, G., Cardoso, L. A., Onuma, T., De Carvalho, P. S.
P., Susana,� D�avila, Ferrari, D. S.,
Mangano, C., & Zen�bio, E. G. (2010). Effect Of Smoking On Early Bone
Healing Around Oxidized Surfaces: A Prospective, Controlled Study In Human
Jaws. Journal Of Periodontology, 81(4), 575�583. Google Scholar
Tanaka,
H., Tanabe, N., Kawato, T., Nakai, K., Kariya, T., Matsumoto, S., Zhao, N.,
Motohashi, M., & Maeno, M. (2013). Nicotine Affects Bone Resorption And
Suppresses The Expression Of Cathepsin K, Mmp-9 And Vacuolar-Type H+-Atpase D2
And Actin Organization In Osteoclasts. Plos One, 8(3), E59402. Google Scholar
Yamano,
S., Berley, J. A., Kuo, W. P., Gallucci, G. O., Weber, H., & Sukotjo, C.
(2010). Effects Of Nicotine On Gene Expression And Osseointegration In Rats. Clinical
Oral Implants Research, 21(12), 1353�1359. Google Scholar
Yoshida,
K., Oida, H., Kobayashi, T., Maruyama, T., Tanaka, M., Katayama, T., Yamaguchi,
K., Segi, E., Tsuboyama, T., & Matsushita, M. (2002). Stimulation Of Bone
Formation And Prevention Of Bone Loss By Prostaglandin E Ep4 Receptor
Activation. Proceedings Of The National Academy Of Sciences, 99(7),
4580�4585. Google Scholar
Zhang,
J., Chen, F., Yun, F., & Chen, J. (2010). Low Level Nicotine: A Novel
Approach To Reduce Osteoporosis Incidence. Medical Hypotheses, 74(6),
1067�1068. Google Scholar
Zheng,
L. W., Ma, L., & Cheung, L. K. (2008). Changes In Blood Perfusion And Bone
Healing Induced By Nicotine During Distraction Osteogenesis. Bone, 43(2),
355�361. Google Scholar
Vol. 2, No. 4, April 2021
