MODELING DAN REMODELING PADA TULANG

BAB I PENDAHULUANTulang merupakan salah satu dari jaringanjaringan tubuh yang paling keras. Fungsinya adalah sebagai kerangka utama pada manusia dewasa, penunjang otot, pelindung organ-organ vital seperti otak dan rongga toraks dan merupakan tempat sumsum tulang. Tulang juga merupakan tempat penyimpanan kalsium, fosfor dan ionion kainnya yang dapat dilepaskan atau disimpan untuk mempertahankan kadar yang tetap ion-ion tersebut dalam cairan tubuh. Tulang adaah jaringan ikat khusus terdiri dari sel dan matriks. Sel tulang adalah osteoblas, osteosit dan osteoklas di luarnya. Matriks adalah komponen anorganik yaitu Ca fosfat, Ca karbonat, sedikit Ca fluoride, Mg fluoride dan komponen organik yaitu serat kolagen dan substansi dasar. Pertukaran nutrient, O2 dan metabolit antara osteosit dan kapilar darah terjadi

melalui kanalikuli (saluran kecil yang menembus matriks) karena tidak bisa dengan cara difusi melalui matriks. Dengan adanya kanalikuli, osteosit data berhubungan satu dengan lainnya, dengan permukaan dalam dan luar tulang dan dengan pembuluh darah yang melintasi matriks. jaringan di permukaan dalam tulang yang mengandung sel osteoprogenitor dan jaringan ikat disebut endosteum. Jaringan di permukaan luar tulang yang mengandung sel osteoprogenitor dan jaringan ikat disebut periosteum. Walaupun sifat tulang tampak mati, sebenarnya konstituen-konstituen tulang secara terus-menerus diperbarui. Dalam keadaan normal, pengendapan (deposisi, pembentukan) tulang dan penyerapan (resorpsi, pembuangan) tulang berlangsung bersamaan sehingga tulang secara terus-menerus mengalami remodeling, seperti orang memperbarui gedung dengan meruntuhkan temboknya untuk diganti dengan yang baru. Pembaruan tulang tersebut memiliki da tujuan, (1) menjaga agar tulang belulang direkayasa dengan semestnya supaya dapat digunakan untuk keperluan mekanis dengan keefektifan maksimum dan (2) membantu mempertahankan kadar Ca plasma. Penyesuaian kekuatan tulang sebagai respons terhadap kerja yang dibebankan kepadanya ditentkan oleh faktor-faktor mekanis. Semakin besar stress fisik dan penekanan yang dialami oleh suatu tulang, semakin besar tingkat pengendapan tulang. Sebagai contoh, tulang atlet lebih masif dan kuat daripada individu yang jarang bergerak. Di pihak lain, penghentian stress mekanik akan menyebabkan massa tulang berkurang, seperti yang dijumpai pada orang yang harus bertirah baring jangka pajang atau mereka yang berada di luar angkasa. Dahulu para astronot kehilangan sampai 20% massa tulang mereka selamaberada di orbit. Olahraga terapeutk dapat membatasi atau mencegah pengurangan massa tulang tersebut. Kecepatan relative resorpsi dan pengendapan tulang juga dipengaruhi oleh hormone. Selama masa kanak-kanak, hormone pertumbuhan mendorong pengendapan tulang untuk melaksanakan pertumbuhan tulang. Selama hidup, hormone paratiroid menggunakan tulang sebagai bankuntuk menarik Ca sesuai keperluan untuk mempertahankan adar Ca plasma.

BAB II MODELING DAN REMODELING PADA TULANG

Struktur tulang Secara garis besar tulang dikenal ada dua tipe yaitu tulang korteks(kompak) dan tulang trabekular (berongga =spongy=cancelous). Bagian luarkedua tulang tersebut merupakan tulang padat yang disebut korteks tulang danbagian dalamnya adalah tulang trabekular yang tersusun seperti bunga karang. Tulang korteks merupakan bagian terbesar (80%) penyusun kerangka,mempunyai fungsi mekanik, modulus elastisitas yang tinggi dan mampu menahantekanan mekanik berupa beban tekukan dan puntiran yang berat. Tulang korteksterdiri dari lapisan padat kolagen yang mengalami mineralisasi, tersusunkonsentris sejajar dengan permukaan tulang. Tulang korteks terdapat pada tulangpanjang ekstremitas dan vertebra. Tulang spongiosa atau canselous atau trabekular mempunyai elastisitasnya lebih kecil dari tulang korteks, mengalami

proses resorpsi lebih tulang pendek. Secara padaembrio

cepat dibandingkan dengan tulang korteks. Tulang

spongiosa

terdapat pada daerah metafisis dan epifisis tulang panjang serta padabagian dalam makroskopis dan selama tulang dibedakan menjadi dari tulang woven dan

tulangberlapis lamellar . Tulang woven adalah bentuk tulang yang paling awal pertumbuhannya terdiri jaringan kolagen berbentuk ireguler. Setelah dewasa tulang woven diganti oleh tulang berlapis yang terdiridari tulang korteks dan trabekular Fisiologi Tulang Tulang secara fisiologis memiliki 3 fungsi utama yaitu sebagai fungsi metabolik dan fungsi mekanik serta fungsi hemopoetik. Fungsi metabolik menyediakan cadangan ion seperti calsium, fosfat dan magnesium sedangkan fungsi mekanik melindungi organ-organ vital, tempat melekatnya otot dan menunjang gerak tubuh serta menjadipembungkussumsum tulang. Sebagai fungsi hemopoetik, sumsum tulang juga merupakan tempat asal utama limfosit manusia dan ada bukti untuk sel prekursor sama dari kedua sistem hemopoetik dan limfoid. Stem sel hemopoetik juga membentuk osteoklas yang merupakan bagian sistem fagosit monosit dan berfungsi sebagai resorpsi tulang. Proses pembentukan tulang terdiri dari dua tahap yaitu modeling dan remodeling tulang sebagai berikut Komposisi tulang Unsur yang membentuk tulang adalah mineral sekitar (65%), matriks(35%) sel sel osteoblas, osteoklas, osteosit dan air. Matriks tulang korteks dantrabekula tersusun atas matriks organik dan anorganik. Komponen anorganik merupakan 65% dari seluruh masa tulang sedangkan, komponen organic sekitar 20% dan air 10%. Kolagen tulang merupakan komponen organik terbesar yangmembentuk dan memungkinkan tulang menahan regangan sedangkan anorganik atau mineral berfungsi menahan beban tekanan Asal mula sel-sel tulang berasal dari stem sel tulang yang berkembangmenjadi mesoderm progenitor kemudian membentuk jalur mesenkim(preosteoblas, osteoblas, osteosit danbone lining cells) dan jalur hemopoetik (preosteoklas, osteoklas) Stem sel ini definisinya masih sulit dipahami, beberapapendapat mendefinisikan stem sel merupakan unspesified dan undifferentiated cells yang berfungsi memperbaharui sel-sel

tubuh termasuk didalamnya sel-seldarah, kulit, intestinal, dan seterusnya. Pada awal pembentukannya diawali oositteraktifasi, menjadi zigot membelah berbentuk blastokis yang berisi DNA donor. Blastokis akan terurai menghasilkan sel-sel embrionik / stem cellembryonic, selsel inilah yang terdiri beberapa tipe sel sel pluripoten terbagimenjadi tiga yaitu endoderm, mesoderm (progenitor sel mesoderm dan progenitorsel hematopoesis) dan ektoderm yang akan berdiferensiasi sebagai sel-selprogenitor dan mempunyai kapabilitas berdiferensiasi menjadi berbagai jaringantubuh nantinya, seperti proses pembentukan sumsum tulang, Sumsum tulang adalah tempat terpenting dari 6 sampai dengan 7 bulankehidupan janin dan selama masa anak dan dewasa normal, sumsum tulang adalahsatu-satunya sumber sel darah baru serta lingkungan yang cocok untuk perkembangan stem sel. Di dalamnya terdapat sel stromal, sel lemak dan jaringanmikrovaskuler. Sumsum tulang juga merupakan tempat asal utama limfositmanusia dan ada bukti untuk sel prekursor sama dari kedua sistem hemopoetik dan limfoid. Stem sel hemopoetik juga membentuk osteoklas yang merupakanbagian sistem fagosit monosit dan berfungsi sebagai resorpsi tulang. Didalam aspek umum hemopoesis, stem sel sumsum tulang (pluripoten stem sel) setelahpembelahan sel dan langkah diferensiasi, menjadi urutan sel progenitor untuk tigajalur berfungsi membentuk sel sumsum tulang utama yaitu : a. eritroid ; b.granulositik dan monosotik ; c. megakariositik

Sel Tulang Osteoblas Osteoblas berasal dari jalur sel mesenkim stroma sumsum tulang. Osteoblas memproduksi osteoid atau matriks tulang, berbentuk bulat, oval atau

polihedral,terpisah dari matriks yang telah mengalami mineralisasi. Osteoblas berfungsimensintesis dan mensekresi matriks organik tulang, mengatur perubahan elektrolitcairan ekstraselular pada proses mineralisasi. Osteoblas mengandung retikulumendoplasmik, membran golgi dan mitokondria. Pematangan Osteoblas memerlukan fibroblast growth factor (FGF),bone morphogenic proteins(BMPs),core binding factor CBFA-1) dan osteoblast specific cis acting element (OSE-2). Osteoblas memiliki reseptor estrogen, sitokin, paratiroid hormon (PTH),insulin derivated growth factor (IGF), dan Vitamin D3. Osteoblas salingberhubungan melalui gap junction.. Osteoblas yang menetap pada permukaantulang bentuknya pipih yang dinamakan bone lining cells/restingosteoblast Osteoklas Osteoklas berasal dari jalur hemopoetik yang juga membuat makrofagdan monosit. Sel ini berpindah dari sumsum tulang lewat sirkulasi atau migrasidirek. Sel prekursor osteoklas terdapat pada sumsum tulang dan sirkulasi darah. Sel ini ditemukan pada permukaan tulang yang mengalami resorpsi dan kemudian membentuk cekungan yang dikenal sebagai lakunaHowshi. menyediakan Osteoklasdalamsitoplasmanya akan terisi oleh mitokondria guna energi untuk proses resorpsi tulang. Osteoklas merusak matriks tulang, melekat padapermukaan tulang, memisahkan sel dengan matriks, menurunkan pH7 menjadipH4. Keasaman ini akan melarutkan mineral dan merusak matriks sel sehinggaprotease keluar. Osteoklas memiliki reseptor yaitu RANK-ligand. Osteosit Osteosit berasal dari osteoblas dimana pada akhir proses mineralisasi akantersimpan pada matriks tulang. Osteosit mempunyai satu inti, jumlah organela bervariasi dan sel ini menjangkau permukaan luar dan dalam tulang, membuattulang menjadi sensitif terhadap tekanan, mengontrol pergerakan ion sertamineralisasi tulang.Osteosit merupakan 90% dari sel tulang terletak diantara matriks tulangyang mengalami mineralisasi. Osteosit mempunyai satu inti, jumlah organelabervariasi. Jaringan sel ini menjangkau permukaan luar dan dalam tulang,membuat tulang menjadi sensitif terhadap pengaruh tekanan, mengontrolpergerakan ion serta mineralisasi tulang. Osteosit berasal dari osteoblas yang padaakhir proses mineralisasi terhimpit oleh ekstraselular matriks. Osteosit merupakansel yang sensitif terhadap tekanan mekanik Osteosit merupakan sel yang sensitif terhadap tekanan mekanik,

berperan dalam pemeliharaan massa dan struktur tulang, Modeling Modeling tulang adalah suatu proses untuk mencapai bentuk dan ukuran yang tepat selama pertumbuhan dan perkembangan tulang. Pembentukan tulangpanjang terjadi melalui mekanisme pergeseran tulang endokondrial pada tulang panjang dan pergeseran pada tulang apendikular. Hal ini merupakan perubahandari garis turunan sel mesenkim menjadi kondroblas selanjutnya menjadikondrosit dengan mensintesis proteoglikan sebagai dasar dari matriks ekstraseluler. Ketika terjadi kalsifikasi matriks ekstraseluler, berlangsung juga invasi pembuluh darah termasuk prekursor osteoklas dan prekursor osteoblas.Kalsifikasi tulang rawan disebut the primary spongiosum bone dan untuk tulang yang terletak di antara jaringan disebut the secondary spongiosum bone yang nantinya dikenal sebagai woven bone. Proses Pembentukan Tulang/Osifikasi Proses pengerasan tulang disebut penulangan atau osifikasi. Osifikasi pertama kali terjadi didiafisis, yaitu pusat osifikasi primer, pada akhir masa embrionik. Pada waktu lahir, sebagian besar diafisis telah mengalami osifikasi, sedang epifisis masih berupa kartilago. Osifikasi sekunder baru berlangsung pada tahun-tahun pertama usia bayi. Karena osifikasi dari dua arah, dari epifisis dan diafisis, hanya daerah di tengahtengah kedua daerah itulah (lempeng epifisis) yang masih berupa kartilago. Kartilago ini akan terus berproliferasi yang dibarengi dengan osifikasi. Saat seluruhlempeng epifisis telang mengalami osifikasi, berarti masa pertumbuhan tulang telah berhenti. Pembentukan tulang dimulai dari perkembangan jaringan penyambung seperti tulang rawan yang berkembang menjadi tulang keras. Jaringan yang berkembang akan disisipi dengan pembuluh darah. Pembuluh darah ini akan membawa mineral seperti kalsium dan menyimpannya pada jaringan tersebut. Osifikasi atau yang disebut dengan proses pembentukan tulang telah bermula sejak umur embrio 6-7 minggu dan berlangsung sampai dewasa. Osifikasi dimulai dari sel-sel mesenkim memasuki daerah osifikasi, bila daerah tersebut banyak mengandung pembuluh darah akan membentuk osteoblas, bila tidak mengandung pembuluh darah akan membentukkondroblas. Pembentukan tulang rawan terjadi segera setelah terbentuk tulang rawan (kartilago).Mula-mula pembuluh darah menembus perichondrium di

bagian tengah batang tulang rawan,merangsang sel-sel perichondrium berubah menjadi osteoblas. Osteoblas ini akan membentuksuatu lapisan tulang kompakta, perichondrium berubah menjadi periosteum. Bersamaan denganproses ini pada bagian dalam tulang rawan di daerah diafisis yang disebut juga pusat osifikasiprimer, sel-sel tulang rawan membesar kemudian pecah sehingga terjadi kenaikan pH (menjadibasa) akibatnya zat kapur didepositkan, dengan demikian terganggulah nutrisi semua sel-sel tulangrawan dan menyebabkan kematian pada sel-sel tulang rawan ini.Kemudian akan terjadi degenerasi (kemunduran bentuk dan fungsi) dan pelarutan dari zatzatinterseluler (termasuk zat kapur) bersamaan dengan masuknya pembuluh darah ke daerah ini sehingga terbentuklah rongga untuk sumsum tulang. Pada tahap selanjutnya pembuluh darah akan memasuki daerah epiphise sehingga terjadipusat osifikasi sekunder, terbentuklah tulang spongiosa. Dengan demikian masih tersisa tulang rawan dikedua ujung epifise yang berperan penting dalam pergerakan sendi dan satu tulang rawan di antara epifise dan diafise yang disebut dengan cakram epifise. Selama pertumbuhan, sel-sel tulang rawan pada cakram epifise terus-menerus membelah kemudian hancur dan tulang rawan diganti dengan tulang di daerah diafise, dengan demikian tebalcakram epifise tetap sedangkan tulang akan tumbuh memanjang. Pada pertumbuhan diameter(lebar) tulang, tulang didaerah rongga sumsum dihancurkan oleh osteoklas sehingga ronggasumsum membesar, dan pada saat yang bersamaan osteoblas di periosteum membentuk lapisan-lapisan tulang baru di daerah permukaan. Osifikasi ini biasanya terjadi pada tulang-tulang pipih. Osifikasi ini terjadi pada sel-sel mesenkim dan berlangsung dalam suatu membran yang dibentuk oleh selsel mesenkim itu sendiri. Sel-sel mesenkim yang telah berkondensasi berdiferensiasi menjadi osteoblast dan mulai mensekresikan matriks dan substansi interselular. Osteoblast yang dikelilingi oleh matriks menjadi osteocyte. Pada diafisis, sel-sel kartilago mengalami tiga hal, yaitu hipertropi, kalsifikasi matriks serta kematian sel-selnya. Selain itu, perichondrium akan mengalami vaskularisasi sehingga sel-sel kartilago akan berubah menjadi osteoblast. Perichondrium pun sekarang disebut periosteum.Pemanjangan tulang berlangsung hanya pada perbatasan antara diafisis dan epifisis (lempeng epifisis). Hal ini

dikarenakan

hanya

sel-sel

kartilago

di

bagian

inilah

yang

mampu

berproliferasi.Mendekati diafisis, sel-sel ini mengalami hipertropi dan matriksnya akan mengalami kalsifikasi. Jenis osifikasi ada dua macam yaitu Osifikasi Intramembranosa (osifikasi desmal) dan Osifikasi Intracartilaginosa (osifikasi endokondral). 1. Osifikasi Intramembranosa (osifikasi desmalis/osifikasi primer) yaitu suatu proses penulangan secara langsung. Osteoblast yang tumbuh menjadi osteosit akan mempengaruhi zat-zat disekitarnya (matriks) yang mula-mula cair akan menjadi kental, kemudian membentuk osteoid. Osteoid akan mengeras karena proses pengapuran (cakification), sehingga akan mengurung osteosit. Disinilah mulai terbentuk pulau tulang pertama, dan tempat proses ini disebut titik penulangan (punctum ossification). Contoh tulang yang pembentukannya melalui proses ini pada umumnya terjadi pada tulang pipih misalnya os frontalis, os parietalis. 2.Osifikasi Intracartilaginosa (osifikasi endochondralis/osifikasi sekunder) yaitu suatu proses penulangan tidak langsung, selalu didahului dengan terbentuknya tulang rawan (cartilago) dan prosesnya lebih kompleks. Jaringan mesencym mula-mula membentuk tulang rawan hyaline yang sekaligus merupakan pola tulang yang akan dibentuk. Pertumbuhan sampai menjadi tulang berlangsung melalui tahap berikut : Pertumbuhan sel-sel tulang rawan: sel-sel mesencym menjadi sel calon tulangrawan (chondroblast) kemudian melanjut menjadi sel tulang rawan (chondrocyte). Perbanyakan dan pembesaran chondrocyte yang berderat-deret menurut poros panjang tulang. Pengapuran matriks tulang rawan Pergantian tulang rawan yang mengapur dengan tulang secara proses penulangan langsung.

Proses ini umumnya dimulai dari kedua ujung bakal tulang (bakal epiphyse), sedang ditengah batang tulang yang juga merupakan pusat penulangan prosesnya berlangsung secara primer.dengan demikian tulang yang proses pembentukannya secara tidak langsung sekurang-kurangnya memiliki tiga punctum osifikasi.

Remodeling Setelah tulang woven berubah menjadi tulang berlapis (lamellar ), tulang terus mengalami proses resorpsi, pembentukan dan mineralisasi yang dikenal sebagai remodeling tulang (pembentukan kembali). Tujuan pembentukan kembalitulang atau remodeling tulang adalah untuk mereparasi kerusakan tulang akibatkelelahan atau fatigue damage, mencegah proses ketuaan atau Aging dan akumulasi tulang tua. Proses remodeling diatur oleh sel osteoblas dan osteoklas.yang tersusun dalam struktur yang disebutbone remodeling unit(BRU). BRU merupakan suatu struktur temporer yang unik aktif saat modeling dan remodeling.Struktur dari BRU terdiri dari osteoklas didepan diikuti oleh osteoblas, dibelakangdan ditengah-tengah terdapat kapiler, jaringan syaraf dan jaringan ikat. PanjangBRU 1-2 mm dengan lebar 0,24 mm bekerja memahat tulang, meresorpsi

tulangdan membentuk tulang baru. Pada orang dewasa sehat diperkirakan 1 juta BRUaktif bekerja sedangkan 2-3 juta BRU dalam keadaan non aktif. BRU bekerja padatulang kortikal maupun trabekular

Pada tulang trabekula, BRU bergerak melewati permukaan memahat danmenggali oleh osteoklas dan menutup bekas galian tadi mengganti sel sel yangrusak dan membentuk tulang baru oleh osteoblas. Proses penyerapan tulang terjadidalam tiga minggu sedangkan proses pembentukan tulang membutuhkan waktu sekitar tiga bulan. Masa hidup BRU enam sampai sembilan bulan, lebih lama darimasa hidup osteoblas yaitu tiga bulan dan masa hidup osteoklas dua minggusehingga diperlukan persediaan banyak sel osteoblas yang dibentuk oleh selmesenkim dan osteoklas Menurut Frost, BRU terjadi pada permukaan tulang trabekular dan kortikalsebaga ilacuna howsip ireguler berlangsung selama 2 minggu. Proses aktifitasremodeling tulang dimulai dengan aktifitas prekusor hemopoetik menjadiosteoklas yang secara normal akan berinteraksi dengan linning cell osteoblas.Dalam fase reversal osteoklas menghilang, digantikan oleh sel monosit yangbekerja menempelkan bahan yang akan menjadi lapisan cement,

kemudian padafase formasi tulang oleh pengaruh sinyal tertentu osteoblas menempel dipermukaan lubang lacuna howsip dan mensintesis kolagen, protein non-kolagen dan mensekresinya membentuk osteoidyang pada akhirnya termineralisasiekstrasel menjadi tulang.Densitas tulang akan terus meningkat sampai pada dekade keempat ataukelima dengan kecepatan paling tinggi pada massa pertumbuhan akil balik atau adolescent . Tulang trabekular mengalami remodeling atau bone turnover sekitar2030% pertahun sedangkan tulang korteks 3% - 10% pertahunnya.

tahapan siklus remodeling tulang sebagai berikut (Compston, 2001) 1.Quiescence yaitu fase tenang, permukaan tulang sebelum terjadi resorpsi. 2.Aktivation dimulai saat osteoklas teraktivasi dan taksis (pergerakan dan arahperpindahan dipengaruhi oleh arah datangnya rangsangan) ke permukaantulang. 3. Resorption dimana osteoklas berada pada permukaan tulang. Osteoklas akanmengikis permukaan tulang, melarutkan mineral, matriks tulang, membuatlubang (resorption pit ) dan selanjutnya tertarik dalam resorption pit .

4.Bone formation dimana osteoblas akan membentuk tulang baru denganmemproduksi matriks tulang osteoid. 5.Mineralization dimana permukaan tulang telah ditutupi dengan sel-sel pelapisoleh proses modeling dan remodeling

Proses Remodeling Tulang Manfaat Pemeriksaan Remodeling Tulang Perkembangan ilmu dan teknologi serta peningkatan pemahaman yanglebih mendalam tentang metabolisme tulang membuka cakrawala baru dalammenera remodeling tulang. Seperti telah dijelaskan terdahulu, bahwa prosesremodeling tulang secara garis besarnya ditentukan oleh dua aktivitas yangberlawanan antara osteoblas dan osteoklas (Compston, 2001).Teknologi terkini telah mampu untuk menera

keberadaan alkalifostafaseyang hanya diproduksi ostoblas dan dikenal sebagai Bone spesific alkalinephosphatase (BAP), serta serum Osteokalsin

DAFTAR PUSTAKA Normal Structure and Function of Musculoskeletal Tissue. Dalam: Salter RB. Textbook of Disorders and Injuries of the Musculoskeletal System. 2nd Edition. Baltimore: Williams & Wilkins, 1982. hal. 5 9 Prinsip Endokrinologi: Kelenjar Endokrin Sentral. Dalam: Sherwood L. Fisiologi Manusia dari Sel ke Sistem. Edisi 2. Jakarta: EGC, 2001. hal. 634 6