11 Bahan organik dari mineral tulang terdiri atas 98 jaringan kolagen dan
2 sisanya terdiri atas beberapa protein nonkolagen. Kolagen adalah protein dengan daya larut yang sangat rendah, terdiri atas 3 rantai polipeptida
triple helix yang pada setiap rantai terdapat seribu 1000 asam amino Shenk et al. 1993.
Protein nonkolagen tulang terdiri atas osteonektin, osteokalsin, osteopentin, dan sialoprotein Favus 1993. Osteonektin adalah protein besar
dengan bobot molekul 320 KDa yang disintesis oleh osteoblas. Protein ini berfungsi untuk mengikat kolagen hidroksiapatit. Osteokalsin adalah protein kecil
dengan bobot molekul 5.8 KDa dan berjumlah sekitar 10-12 dari total protein nonkolagen, protein ini berhubungan erat dengan fase mineralisasi tulang
Rachman 1999. Beberapa protein tulang yang lain seperti trombopontin, asam glikoprotein, dan fibronektin merupakan protein yang mengandung asam arginin-
glisin aspartat yang bersifat asam dan berafinitas besar terhadap kalsium. Protein-protein ini mempunyai kemampuan untuk diikat oleh reseptor integrin.
Growth factor dan sitokin seperti transforming growth factor beta TGFβ, insulin
growth factor IGF, interleukin IL, bone morphogenic protein BMP terdapat dalam jumlah kecil di matriks tulang Shenk et al. 1993. Protein-protein tadi
mengikat mineral tulang dan matriks dan dilepaskan saat terjadi proses resorbsi tulang oleh osteoklas Favus 1993.
2.1.2 Metabolisme Tulang
Metabolisme tulang diatur oleh osteoblas, osteosit, dan osteoklas terhadap respons dari berbagai rangsangan di sekelilingnya termasuk
rangsangan kimia dan mekanik Erickson et al. 1992; Puzas 1993. Rangsangan spesifik diatur oleh reseptor sel yang ditemukan pada membran sel atau di dalam
sel. Reseptor yang berada di membran sel menerima rangsangan dari luar dan mengirimkan informasi tersebut ke inti menyeberangi sitoplasma sel melalui
mekanisme transduksi. Sementara itu reseptor dalam sel di sitoplasma atau di inti mengikat rangsangan biasanya hormon steroid yang melewati membran
sel dan masuk ke dalam sel untuk memindahkan efektor ke nukleus yang di dalamnya terdapat reseptor steroid kompleks yang terikat pada asam
deoksiribonukleat DNA spesifik dari rangkaian gen Rachman 1999.
12 Pada tulang dapat dibedakan tiga jenis sel tulang, yaitu osteoblas,
osteosit, dan osteoklas Rachman 1999 Gambar 3. Osteoblas merupakan sel yang berhubungan dengan pembentukan tulang dan ditemukan pada permukaan
tulang, yaitu periosteum dan endosteum. Osteoblas dibentuk dari sel stroma dari mesoderm totipotent mesenchymal stem cell Smith 1993; Ott 2002.
Pembentukan osteoblas dimulai dari prekusor sel stroma menjadi preosteoblas yang kemudian berkembang menjadi osteoblas yang dapat diaktifkan sehingga
akhirnya dapat membentuk osteosit Erickson et al. 1992; Puzas 1993. Osteoblas merupakan sel berinti tunggal yang terdapat di permukaan luar
periosteum dan di dalam tulang endosteum. Sitoplasmanya bersifat basofil karena mengandung nukleoprotein. Apabila sel ini berada dalam keadaan aktif
berbentuk kuboid, sedangkan dalam keadaan tidak aktif, osteoblas berbentuk pipih Einhorn 1996. Dalam proses perbaikan kondisi tulang setelah adanya
perombakan tulang oleh osteoklas, biasanya ditemukan adanya osteoblas aktif di tempat itu untuk mensintesis matriks tulang baru yang diawali dengan proses
mineralisasi dan kolagenasi matriks tulang Price 1995; Lian dan Stein 1996. Osteoblas berfungsi menghasilkan kolagen, proteoglikan, dan glikoprotein untuk
pembuatan dan pertumbuhan tulang baru pada daerah permukaan tulang dan juga untuk pembentukan tulang pada kartilago Telford dan Bridgman 1995.
Proses perkembangan dan pembentukan tulang oleh osteoblas dipengaruhi oleh faktor yang bersifat lokal maupun sistemik. Faktor lokal yang
berpengaruh dalam meningkatkan pembentukan tulang adalah BMP bone morphogenic protein, TGF-
β, IGF insulin-like growth factor-1, estrogen, triiodotironin T
3
, tetraiodotironin T
4
, kalsitriol [1,25-OH
2
D
3
Saat menjalankan fungsinya, osteoblas juga memproduksi enzim alkalin fosfatase. Enzim ini mempunyai sifat spesifik dibandingkan dengan alkalin
fosfatase yang dihasilkan oleh jaringan lainnya. Fungsi alkalin fosfatase ini bekerja dengan cara membebaskan protein nonkolagen osteokalsin dalam
proses pembentukan tulang. Aktivitas osteoblas dapat dipantau secara biokimia ],
dan prostaglandin E2 PGE2. Faktor sistemik yang meningkatkan pembentukan
tulang adalah fluorida, PTH hormon paratiroid nutrisi, vitamin D, sitokin, kortisol, dan aktivitas individu Gambar 4. Faktor sistemik lainnya yang bekerja dengan
menghambat formasi tulang adalah hormon kortikosteroid yang dihasilkan oleh korteks adrenal Smith 1993; Ott 2002.
13 Gambar 3. Gambaran sel osteogenik, osteoblas, osteosit, dan osteoklas
dimodifikasi dari Leeson et al. 1996. dengan menilai kadar enzim alkalin fosfatase tulang dan kadar osteokalsin dalam
serum Price 1995. Dalam perkembangan penelitian selanjutnya telah ditemukan reseptor estrogen dan reseptor kalsitriol di osteoblas Gallaher 1986;
Reid 1996. Tipe sel tulang yang kedua adalah osteosit, yaitu osteoblas yang sudah
menetap dalam lakuna pada saat pembentukan lapisan permukaan tulang berlangsung. Osteosit merupakan sel peralihan dari sel-sel osteoblas yang
berhenti membentuk matriks tulang dan terperangkap di dalam tulang. Sel ini memiliki peran dalam memelihara matriks tulang sehingga tersimpan di dalam
tulang Erickson et al. 1992; Puzas 1993. Sel tersebut berhubungan satu dengan yang lainnya melalui penjuluran sitoplasma yang melewati kanalikuli dan
berperan dalam membantu koordinasi respons tulang terhadap stres atau deformasi Stevenson dan Marsh 1992. Tidak semua osteoblas berkembang
menjadi osteosit hanya 10-12 , hal ini disebabkan oleh kegagalan difusi nutrisi. Pembuluh darah masuk melalui kanal kecil yang dikenal sebagai
kanalikuli. Kanalikuli adalah satu-satunya saluran untuk nutrisi dan pertukaran gas yang akan digunakan oleh osteosit. Bentuk kanalikuli beraturan seperti
tubulus penghubung Lian dan Stein 1996. Osteosit juga diduga memiliki kemampuan merespons mekanisme rangsangan gaya mekanik dan neuroelektrik
yang berhubungan dengan aktivitas individu. Gaya fisioelektrik ini diduga merangsang pengeluaran IGF-1 untuk mengaktifkan osteoblas dan juga
merangsang proses pembentukan osteoblas yang baru Erickson et al. 1992; Hosking 1994.
14 Sel ketiga pada tulang adalah osteoklas yang bertanggung jawab
terhadap resorbsi kalsium tulang dan kartilago Ott 2002. Osteoklas memiliki progenitor yang berbeda dari sel tulang lainnya karena tidak berasal dari sel
mesenkim, melainkan dari jaringan mieloid, yaitu monosit atau makrofag pada sumsum tulang Smith 1993; Ott 2002. Osteoklas ini bersifat mirip dengan sel
fagositik lainnya dan berperan aktif dalam proses resorbsi tulang. Osteoklas merupakan sel fusi dari beberapa monosit sehingga bersifat multinukleus
10-20 nuklei dengan ukuran besar dan berada di tulang kortikal atau tulang trabekular Marcus et al. 1996. Di dalam menjalankan tugasnya, osteoklas
mensekresi enzim kolagenase dan proteinase lainnya, asam laktat, serta asam sitrat yang dapat melarutkan matriks tulang. Enzim-enzim ini memecah atau
melarutkan matriks organik tulang sedangkan asam akan melarutkan garam- garam tulang. Osteoklas mempunyai ruffled border yaitu daerah spesifik dari
membran sel berbentuk jari-jari atau gelambir-gelambir, yang biasanya berhadapan dengan permukaan tulang. Sekresi enzim-enzim, asam laktat, dan
asam sitrat dilepaskan keluar sel melalui ruffled border. Di area ruffled border ini terjadi proses resorbsi tulang sehingga mengakibatkan terbentuknya
Gambar 4. Faktor-faktor yang memengaruhi fungsi osteoblas dimodifikasi dari Smith 1993
Osteoblas
Kortisol
Osteosit Pre-osteoblas
Osteoblas pasif
Sintesis kolagen protein non-kolagen
proteoglikan Sitokin
Sel pengendali osteoklas
Mineralisasi
PTH 1,25OH
2
D
3
Jarak jauh Estrogen
Nutrisional Mekanik
Endokrin Jarak pendek
15 cekungan sebagai akibat hilangnya matriks di daerah itu, dan cekungan yang
terbentuk ini dinamakan lakuna Howship Telford dan Bridgman 1995; Leeson et al. 1996.
Interaksi antara osteoklas dan osteoblas Gambar 5 secara normal selalu terjadi pada proses remodeling tulang. Osteoblas diduga mengambil bone
morphogenetic protein BMP sebelum osteoklas merusak tulang. Resorbsi tulang akan membebaskan protein tulang yang berpengaruh timbal balik yaitu
dapat menstimulasi aktivitas osteoblas. Proses remodeling ini masih belum diketahui dengan pasti Smith 1993. Sel-sel osteoklas menangkap partikel-
partikel matriks tulang dan kristal melalui fagositosis yang akhirnya melarutkan benda-benda tersebut dan melepaskannya ke dalam darah Guyton 1996;
Smith 1993. Proses ini selalu dalam keadaan seimbang dalam mengatur formasi dan resorbsi tulang sehingga dikenal dengan istilah berpasangan atau
coupling Suda et al. 1992; Smith 1993. Dalam proses peningkatan aktivitas osteoklas, osteoblas menghasilkan beberapa sitokin seperti tumor necrosis factor
beta TNF β, IL-1, dan IL- 6, sehingga dapat dikatakan terdapat poros osteoblas-
osteoklas dalam pengendalian densitas tulang. Sebaliknya, aktivitas osteoklas dihambat oleh estrogen,
kalsitonin, TGF β, interferon gamma IFN- , dan prostaglandin PGE2 Suda et al. 1992.
Gambar 5. Diagram interaksi osteoblas dan osteoklas dalam proses remodeling pada permukaan tulang Smith 2003.
16 Bone morphogenetic protein merupakan pemicu osteoblastogenesis
dengan merangsang osteoblastic specific factor-2 OSF-2 atau core binding factor A1 Cbf A1 yang berfungsi mengaktifkan gen spesifik osteoblas, seperti
osteokalsin, osteopontin, sialoprotein, dan kolagen tipe I. Selain hormon sistemik dan sinyal mekanis, perkembangan dan diferensiasi osteoblas dan osteoklas
diatur juga oleh growth factor GF dan sitokin Manolagas 2000.
2.1.3 Modeling dan Remodeling Tulang
