DISERTASI PENGARUH LATIHAN JALAN KECEPATAN SEDANG TERHADAP MOBILISASI, DIFERENSIASI DAN MATURASI STEM CELL PADA PBMC SERTA REMODELING TULANG PEREMPUAN PASCAMENOPAUSE
DISERTASI
PENGARUH LATIHAN JALAN KECEPATAN SEDANG
STEM CELL PADA PBMC SERTA REMODELING TULANG
PEREMPUAN PASCAMENOPAUSE
DAMAYANTI TINDUH
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS AIRLANGGA
SURABAYA
2012
Diterbitkan untukUjian Terbuka
TERHADAP MOBILISASI, DIFERENSIASI DAN MATURASI
LEMBAR PENGESAHAN
Disertasi ini telah disetujui
1 Maret 2012 Oleh
Pembimbing Ketua/Promotor Prof. Dr. Harjanto J. M., dr., AIF, MS.
NIP. 194412251973011001 Pembimbing / Ko Promotor I
Prof. Dr. Djoko Roeshadi, dr., Sp.OT(K) NIP. 194111151967011002 Diuji pada Ujian Doktor Tahap I (Tertutup) Tanggal 9 Pebruari 2012 Panitia Penguji Disertasi Panitia Penguji, Ketua : Dr. FX Judajana, dr., Sp.PK(K) Anggota : 1.
Prof. Dr. Harjanto J.M., dr., AIFM 2. Prof. Dr. Djoko Roeshadi, dr., Sp.OT(K) 3. Prof. Dr. Fedik A. Rantam, drh 4. Prof. Dr. Aulani’am DES, drh 5. Dr. Hari Basuki Notobroto, dr, MKes 6. Dr. Hening L. Putra, dr, Sp.KFR(K) 7. Dr. Hendy Hendarto, dr., Sp.OG(K)
Ditetapkan dengan Surat Keputusan Rektor Universitas Airlangga tentang Panitia Penguji Disertasi Nomor : 2639/H3/KR/2012 Tanggal: 16 Pebruari 2012
PENGARUH LATIHAN JALAN KECEPATAN SEDANG TERHADAP MOBILISASI, DIFERENSIASI DAN MATURASI
STEM CELL PADA PBMC SERTA REMODELING TULANG PEREMPUAN PASCAMENOPAUSE DISERTASI Untuk memperoleh Gelar Doktor dalam Program Studi Ilmu Kedokteran pada Program Pascasarjana Universitas Airlangga Telah Dipertahankan Di Hadapan Panitia Ujian Doktor Terbuka Pada Hari : Kamis Tanggal : 23 Pebruari 2012 Pukul : 10.00-12.00 BBWI Oleh : Damayanti Tinduh NIM. 090970131
UCAPAN TERIMA KASIH
Pertama dan yang terutama saya panjatkan puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, Pencipta alam semesta dengan segenap isinya. Dialah sumber pengetahuan tertinggi dan karena kasih karunia, penyertaan, perlindungan dan berkatNyalah, saya dimampukan untuk menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi ini.
Disertasi ini dapat diselesaikan tidak terlepas dari dorongan, bimbingan, arahan, saran dan koreksi dari Pembimbing Akademik, tim Promotor serta para konsultan. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati perkenankanlah saya menghaturkan terima kasih yang tulus serta penghargaan setinggi-tingginya kepada yang terhormat :
Prof. Dr. Harjanto J.M, dr., AIFM, sebagai pembimbing akademik dan promotor saya yang merupakan inspirator saya dalam bidang ilmu keolahragaan, atas dukungan, masukan serta keikhlasan untuk meluangkan waktu di sela kesibukan beliau, untuk membimbing saya selama menjalani studi pendidikan doktor. Saya haturkan terimakasih yang tak terhingga.
Prof. Dr. Djoko Roeshadi, dr., Sp.OT(K), sebagai ko-promotor yang merupakan inspirator saya pada pengembangan penanganan osteoporosis, yang dengan penuh perhatian memberikan dorongan, semangat dan meluangkan waktu bagi saya untuk berkonsultasi. Saya haturkan terima kasih yang tak terhingga.
Prof. Dr. Fedik A. Rantam, drh, sebagai konsultan di bidang stem cell yang telah dengan sabar di sela kepadatan waktu beliau, memperkenalkan pada saya mengenai stem cell dan proses isolasinya dari PBMC, sehingga menginsiprasi saya untuk mengembangkan penelitian ini ke arah endogenous stem cell. Saya haturkan terima kasih yang tak terhingga.
Dr. Hari Basuki Notobroto, dr., M.Kes, sebagai konsultan di bidang metodologi penelitian dan statistika yang telah dengan sabar membimbing saya dalam mengembangkan dan memperkaya pemahaman saya tentang metode penelitian dan analisis statistika serta aplikasinya dalam penelitian saya. Saya haturkan terima kasih yang tak terhingga.
Perkenankanlah pula saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya pada : Rektor Universitas Airlangga, Prof. Dr. H. Fasichul Lisan, Apt, yang telah memberikan kesempatan bagi saya untuk menjalani program pendidikan doktor yang sangat berharga ini.
Direktur Program Pascasarjana Universitas Airlangga, Prof. Dr. Hj. Sri Hajati, SH, MS dan seluruh jajaran baik pimpinan maupun staf Program Pascasarjana Universitas Airlangga Surabaya, atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan pada saya untuk menjadi mahasiswa program pendidikan doktor.
Prof. Dr. Teddy Ontoseno, Sp.A(K), Sp.JP, FIHA selaku Ketua Program Studi Ilmu Kedokteran S-3 Program Pascasarjana Universitas Airlangga, dan Prof. Dr. Harjanto JM, dr., AIFM selaku mantan Ketua Program Studi Ilmu Kedokteran S-3 Program Pascasarjana Universitas Airlangga, beserta jajarannya, atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan pada saya untuk menjalani program pendidikan doktor dengan baik.
Prof. Dr. Agung Pranoto, dr., M.Kes, Sp.PD-KEMD, FINASIM, selaku Dekan Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga dan Prof. Dr. Muhammad Amin, dr., Sp.P(K), selaku mantan Dekan Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga, atas kesempatan yang diberikan pada saya untuk menjadi mahasiswa program pendidikan doktor pada Program Pascasarjana Universitas Airlangga.
Dodo Anondo, dr., MPH, selaku Direktur RSUD Dr. Soetomo dan Dr. Slamet Riyadi Yuwono, dr., DT&MH, MARS selaku mantan Direktur RSUD Dr. Soetomo, yang telah memberikan ijin bagi saya untuk mengikuti program pendidikan doktor pada Program Pascasarjana Universitas Airlangga. Demikian juga saya sangat berterima kasih atas bantuan Eko Dwi Martini, DCN, FX Wahyurin Mitano, SKM dan Rr. Harudiyati, DCN dari bagian Gizi RSUD Dr.
Soetomo yang telah sangat membantu dalam proses analisis asupan makanan subyek penelitian saya.
Prof. Dikman Angsar, dr., Sp.OG(K) selaku Direktur Umum RS Pendidikan Universitas Airlangga, Prof. Dr. Muhammad Amin, dr., Sp.P(K) selaku Direktur Pelayanan Medis RS Pendidikan Universitas Airlangga, Bayu Santoso, dr., Sp.KFR(K) selaku Direktur Keuangan RS Pendidikan Universitas Airlangga, Ketua Departemen Kedokteran Fisik dan Rehabilitasi RS Pendidikan Universitas Airlangga serta Imam Subadi, dr., Sp.KFR dan Patricia Maria K, dr., Sp.KFR sebagai Koordinator Pelayanan Kedokteran Fisik dan Rehabilitasi RS Pendidikan Universitas Airlangga, yang telah memberikan fasilitas yang sangat baik dan sangat menunjang pelaksanaan program latihan bagi subyek penelitian saya.
Demikian pula saya ucapkan terima kasih pada staf Departemen Kedokteran Fisik dan Rehabilitasi yang telah sangat membantu proses pelaksanaan latihan jalan kecepatan sedang pada subyek penelitian saya, yaitu Rizky Praditiwi Ajeng Gayatri, SKM dan Muh. Aziz Sukma Wardhana, Amd.Fis.
Prof. Dr. Nasronudin, dr., Sp.PD-KPTI, FINASIM, selaku Ketua Lembaga Penyakit Tropis Universitas Airlangga, dan Prof. Dr. Fedik A. Rantam, drh, selaku Kepala Laboratorium Stem Cell yang telah memberikan kesempatan bagi saya untuk melaksanakan penelitian di Laboratorium Stem Cell. Demikian juga kepada setiap staf yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian pendahuluan dan pembuatan PBMC, yaitu Helen Susilowati, SKM, Eryk Hendrianto, S.Si dan Annas Prasetyo Adi, S.Si.
Prof. Dr. Achmad Sjarwani, dr., Sp.OT(K), selaku Ketua Tim Sport Clinic RSUD Dr. Soetomo, beserta seluruh tim Sport Clinic yang telah memberikan dorongan moril dan fasilitas untuk melaksanakan proses skrining subyek penelitian. Bertumbuh bersama dalam pengembangan sport science, berjuang dan saling mengisi dalam Tim ini, layaknya sebuah keluarga, sangat memotivasi saya untuk melakukan yang terbaik. Saya bangga menjadi bagian dalam Tim Sport Clinic RSUD Dr. Soetomo. Demikian juga saya menyampaikan terima kasih atas bantuan Mujiasih, yang dengan telaten membantu pelaksanaan penelitian ini secara keseluruhan.
Dr. Aryati, dr., Sp.PK(K), MS, selaku Ketua Departemen Patologi Klinik FK Unair, E. Djoko Marsudi, dr., Sp.PK(K), MS, selaku Kepala Instalasi Patologi Klinik RSUD Dr. Soetomo dan Endang Retnowati, dr., Sp.PK(K), MS, selaku Wakil Kepala Litbang Departemen Patologi Klinik FK Unair/RSUD Dr. Soetomo, yang telah berkenan memberi kesempatan dan fasilitas untuk melaksanakan pemeriksaan laboratorium. Demikian juga pada para staf yang terlibat secara langsung dalam pemeriksaan ELISA dan flow cytometri, yaitu Sri Hariastuti, AMdK dan Umi Haryanti, AMdK.
Dr. Hening L. Putra, dr., Sp.KFR(K), selaku Ketua Departemen Kedokteran Fisik dan Rehabilitasi FK Universitas Airlangga dan Ketua SMF Rehabilitasi Medik RSUD Dr. Soetomo, yang mengijinkan, memfasilitasi dan mengarahkan saya dalam mengikuti program pendidikan doktor pada Program Pascasarjana Universitas Airlangga.
Subagyo, dr., Sp.KFR(K), selaku Kepala Instalasi Rehabilitasi Medik RSUD Dr. Soetomo yang telah mengijinkan saya menggunakan fasilitas Gait
Analyzer dalam penelitian saya ini. Demikian juga secara khusus saya
menyampaikan terima kasih pada I Putu Alit Pawana, dr., Sp.KFR yang telah sangat membantu dalam proses pemeriksaan dan interpretasi hasil Gait Analyzer.
Oemijono Moestari, dr., Sp.S(K) (alm) yang saya hormati dan saya kagumi karena kesederhanaan dan dedikasinya yang kuat, telah merintis Bagian Ilmu Kedokteran Fisik dan Rehabilitasi Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga.
Bayu Santoso, dr., Sp.KFR(K), Fatchur Rochman, dr., Sp.KFR(K), Dr. Ratna D. Soebadi, dr., Sp.KFR(K), Dr. Hening L. Putra, dr., Sp.KFR(K), S.M. Mei Wulan, dr., Sp.KFR(K), Subagyo, dr., Sp.KFR(K), Reni Hendrarati Masduchi, dr., Sp.KFR(K), Meisy Andriana, dr., Sp.KFR(K), Rr. I Lukitra Wardhani, dr., Sp.KFR, Andriati, dr., Sp.KFR, Imam Subadi, dr., Sp.KFR, Patricia Maria K, dr., Sp.KFR, Nuniek Nugraheni S, dr., Sp.KFR, Rwahita Satyawati, dr., Sp.KFR, Noor Idha Handayani, dr., Sp.KFR, para senior, guru dan panutan saya, yang dengan tulus membentuk pola pikir yang komprehensif sejak pendidikan dokter hingga spesialis. Hal itu adalah harta yang sangat berharga bagi saya dan memampukan saya melanjutkan pendidikan ke jenjang pendidikan doktor. Dewi Poerwandari, dr., Sp.KFR, I Putu Alit Pawana, dr., Sp.KFR dan Lydia Arfianti, dr., Sp.KFR, yang sangat mendukung dalam bentuk moril dan memberikan perhatian sejak masa pendidikan spesialis hingga saat ini.
Meisy Andriana, dr., Sp.KFR(K), selaku Ketua Program Studi Kedokteran Fisik dan Rehabilitasi, yang telah mengijinkan PPDS KFR terlibat dan berkontribusi dalam penelitian saya. Saya juga menyampaikan terima kasih atas bantuan Doni Gunawan, dr., Ika Puspitasari, dr., Yudith Dian Prawitri, dr., dan Febry Indriana, dr., dalam proses skrining subyek penelitian. Demikian juga bagi para sekretaris di lingkungan Kedokteran Fisik dan Rehabilitasi Medik dan Perdosri Jatim, saya sampaikan terima kasih atas dukungan dan bantuannya selama saya menjalani pendidikan doktor.
Kepada para staf pengajar pada Program Doktor Ilmu Kedokteran Program Pascasarjana Universitas Airlangga, Prof. Dr. Suhartono Taat Putra, dr., MS., Prof. Harjanto JM, dr., AIFM, Prof. Dr. Zainuddin, drs., Apt., Prof. Dr. Juliati Hood A, dr., MS, Sp.PA(K), FIAC., Prof. Dr. Fedik A. Rantam, drh., Prof. Dr.
Aulani’am DES, drh., Prof. Dr. Kuntoro, dr., MPH., PH, Prof. Siti Pariani, dr., MS, MSc., PhD., Dr. Sunarjo, dr., MS., MSc., Dr. F. Sustini, dr., MS., Widodo J.
Pudjihardjo, dr., MPH, Dr. PH., Dr. FM Judajana, dr., Sp.PK(K-Im), Dr. Hari Basuki Notobroto, dr., MKes., Dr. Hendy Hendarto, dr., Sp.OG(K), yang telah menambah wawasan filsafati, keilmuan serta memberi bimbingan selama saya mengikuti pendidikan doktor.
Kepada teman-teman peserta pendidikan Program Doktor Ilmu Kedokteran Program Pascasarjana Universitas Airlangga angkatan 2009/2010, yang saling mendorong, mendukung, mengingatkan dan memberi masukan, sehingga berkontribusi pada penyusunan disertasi ini. Tanpa mengurangi rasa penghargaan karena tidak mungkin menyebut nama satu persatu, saya menyampaikan ungkapan terima kasih atas segala kerjasama yang telah terjalin selama ini.
Pimpinan Laboratorium Prodia Surabaya dan Pusat (Jakarta) beserta seluruh stafnya, yang telah memfasilitasi saya mendapatkan fasilitas pemeriksaan khusus P1NP, pelayanan pengambilan darah hingga pelaksanaan pemeriksaan menggunakan ECLIA, dan mengijinkan saya mengikuti proses pemeriksaan tersebut.
Kepada pimpinan PT Becton Dickinson Jakarta, yang diwakili Bapak Effendi, yang telah membantu dalam pengadaan stem cell surface marker, sehingga penelitian ini dapat berjalan dengan baik.
Kepada para subyek penelitian, yang sangat kooperatif, saling memperhatikan, rela meluangkan waktu dan setia menjalani rangkaian penelitian ini, saya menghaturkan terima kasih yang sedalam-dalamnya. Sumbangan ibu sangat membantu membuka pemahaman baru tentang salah satu upaya pencegahan dan penanganan osteoporosis.
Dalam kesempatan ini saya menyampaikan rasa hormat setinggi-tingginya dan kasih sayang pada : Kedua orangtua, ayahanda Prof. Dr. Djoko Roeshadi, dr., Sp.OT(K) dan ibunda Irum Jan Sawong dr., Sp.KFR, yang telah mengasuh, mendidik, menanamkan norma-norma luhur dan mendampingi perjuangan saya dengan doa dan kasih sayang yang luar biasa. Kepada kedua mertua, ayahanda Ismoeljono, BA dan ibunda Atikah, BSc yang telah mendampingi saya dalam bentuk perhatian, doa dan kasih sayang tulus yang luar biasa.
Suamiku tercinta, Pria Istjahja Utama, dr., Sp.PD, yang mendampingi, memberi semangat, setia dan penuh pengertian dalam menjalani kebahagiaan dan kesulitan, sehingga semua menjadi lebih ringan dilewati. Kepada kedua mutiara kami, Primadita Esther Rosita dan Theresia Daniella Rosita, yang menjadi pemacu semangat, sumber inspirasi dan sukacitaku, terima kasih atas kesabaran, pengertian, cinta kasih dan keceriaan ananda selama mama menjalani program Doktor ini.
Kepada seluruh saudaraku yang telah mendukung dan memberi dorongan, semangat dan doa terus menerus dalam proses penyelesaian penelitian ini, Dr.
Heri Suroto, dr., Sp.OT(K) dan Isdiah Primawati, drg; Kris Nugroho, Drs, M.A dan Dewi Isadiartuti, Dra., Apt, M.Si; Jesaja Widhia Nugraha, Dipl.-Inf dan Kartika Ishartadiati, dr., M.Ked; Rady Dwipayana, dr., Sp.OT dan Sawitri Boengas, dr., SpM; Aria Immanuel Ranying dan Cecilia Erwin Damayanti, S.Pd, sungguh dukungan itu melebihi yang pernah saya pikirkan.
Kepada para senior yang memberikan semangat dan dukungan moril, Dr. Cita Rosita, dr., Sp.KK(K), Dr. Ferdiansyah, dr., Sp.OT(K), Paulus Rahardjo, dr., Sp.Rad(K), Dwikora NU, dr., Sp.OT(K), Sri Andreani, dr., SpRad(K), Yudha Haryono, dr., SpS, Andrijano, dr., Sp.OT, serta semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, atas semua dukungan sehingga penelitian ini.
Semoga penelitian ini dapat bermanfaat untuk kemajuan dunia kedokteran, peningkatan pelayanan kesehatan bagi pasien dan bagi siapapun yang berkepentingan dengan penelitian ini. Semoga Tuhan memberikan rahmat dan anugerahNya untuk kita semua.
RINGKASAN PENGARUH LATIHAN JALAN KECEPATAN SEDANG TERHADAP MOBILISASI, DIFERENSIASI DAN MATURASI STEM
CELL PADA PBMC SERTA REMODELING TULANG PEREMPUAN PASCAMENOPAUSE
Penurunan kadar estradiol (E ) pada perempuan pascamenopause secara
2
umum menyebabkan penurunan massa otot, peningkatan pembentukan jaringan lemak (Fanciulli et al., 2009) dan menyebabkan peristiwa negative uncoupling remodeling tulang. Pada kondisi negative uncoupling remodeling tulang terjadi dominasi aktifitas pembongkaran tulang oleh osteoklas (OC), yang ditandai oleh marker pembongkaran tulang, dibandingkan aktifitas pembentukan tulang oleh osteoblas (OB), yang ditandai oleh marker pembentukan tulang (Albright, 1979; Orum et al., 1996; Rosen dan Tenenhouse, 1998; Bostro et al., 2000; Manolagas, 2000; Mosley, 2000). Negative uncoupling remodeling tulang akan menyebabkan penurunan massa tulang sehingga memicu kejadian osteoporosis (Frost, 1966; Forwood, 2001; Rubin, 2001; Blair, 2002; Pavalko, 2002; Schopet, 2002; Pearse, 2006; Lane dan Yao 2009). Osteoporosis berdampak luas karena akan menyebabkan keluhan nyeri hingga fraktur yang rumit penanganannya, sehingga meningkatkan angka mortalitas (Leibson et al., 2002) dan morbiditas. Pada 30 tahun terakhir di Asia terjadi peningkatan insiden fraktur femur osteoporosis hingga 2-3 kali lipat (Baziad, 2003). Morbiditas pasca fraktur osteoporosis akan menyebabkan penurunan kualitas hidup dan meningkatkan beban ekonomi serta ketergantungan fisik maupun psikologis.
Remodeling tulang (RT) ditentukan oleh aktifitas OB yang berasal dari dari progenitor OB hasil diferensiasi stem cell mesenkim (mesenchymal stem
cell /MSC) (Rickard et al., 1996; Chen, 1997; Eghbali-Fatourechi et al., 2005;
Kalajzic, 2007) dan OC yang berasal dari progenitor OC hasil diferensiasi sel punca hematopoetik (hematopoietic stem cell/HSC) (Takeshita et al., 2000; Xing dan Schwarz, 2005). Sumber MSC tidak hanya dari sumsum tulang, namun dilaporkan juga bahwa jaringan lemak menyediakan adipose-derived stem cell (ADSC) yang memiliki sifat MSC (Kern et al., 2006). Diferensiasi MSC menjadi
osteoprogenitor cell dipengaruhi kondisi microenvironment yang bersifat
osteogenik yang melibatkan hormon, interleukin, vitamin dan gaya mekanik (Huang et al., 2010). Segala upaya untuk meningkatkan diferensiasi MSC menjadi progenitor OB dan OB mature, serta penurunan apoptosis OB akan meningkatkan pembentukan tulang (Forwood, 2001; Rubin, 2001; Blair, 2002; Pavalko, 2002; Schopet, 2002; Huang et al., 2010).
Latihan jalan kecepatan sedang merupakan suatu bentuk rangsangan mekanik fungsional yang bersifat osteogenik, yang bila dilakukan selama 30 menit, 3 kali seminggu akan memiliki OI 23-25 tergantung pada kecepatannya (Santos-Rocha et al., 2006). Latihan fisik menyebabkan perubahan pada proses RT, yang responnya tergantung pada tipe, intensitas dan durasi latihan (Tinduh et
al , 2004; Rantailainen et al, 2009), yang berarti bersifat response-dose dependent (Forwood, 2001; Rubin, 2001; Blair, 2002; Pavalko, 2002; Schopet, 2002).
Latihan jalan bekerja secara lokal dan sistemik (Lanyon, 1991). Aktifasi RT pasca latihan jalan cepat diduga terjadi akibat respon lokal (pada osteosit) dan sistemik (melalui aktifitas IL-6 dan PTH) yang menyebabkan dominasi peningkatan pembentukan tulang (Pedersen dan Fischer, 2010; Ortega et al., 2010). Diduga
positive uncoupling RT melibatkan aktifitas stem cell dan osteoprogenitor cell
yang diperantarai oleh IL-6 dan PTH, namun mekanismenya belum jelas. Sejauh
ini pengaruh latihan jalan kecepatan sedang pada mobilisasi stem cell, diferensiasi dan maturasinya menjadi osteoprogenitor cell pada peripheral blood mononuclear cell (PBMC) yang menyebabkan positive uncoupling remodeling tulang perempuan pascamenopause serta peran perubahan IL-6 dan PTH serum pada proses tersebut belum diketahui.
Tujuan penelitian ini untuk menjelaskan pengaruh latihan jalan kecepatan sedang terhadap mobilisasi, diferensiasi dan maturasi stem cell pada PBMC serta remodeling tulang perempuan pascamenopause alami, serta menjelaskan pengaruh perubahan kadar IL-6 dan PTH serum pada proses tersebut. Disain penelitian ini adalah one group pretest-posttest design pada 14 perempuan pascamenopause alami (1-5 tahun), dengan perlakuan jalan kecepatan sedang (kecepatan ditingkatkan 25% dari kecepatan awal) selama 30 menit 3 kali seminggu selama 3 minggu. Proposal penelitian ini disetujui oleh Komite Etik Penelitian Kesehatan RSUD Dr. Soetomo yang dinyatakan dengan Keterangan Kelaikan Etik no 197/Panke.KKE/IX/2011. Variabel yang dimati adalah proporsi persentase stem
cell yang bermobilisasi, berdiferensiasi dan mengalami maturasi dalam PBMC
dan proses remodeling tulang yang ditunjukkan oleh kadar C-terminal cross- linking telopeptide of type I collagen/CTx dan N-terminal propeptide of type I collagen/P1NP dalam serum.
Pasca latihan jalan kecepatan sedang, pada serum subyek penelitian terjadi penurunan bermakna pada kadar IL-6 (p=0,003), peningkatan kadar PTH yang tidak bermakna (p=0,480), peningkatan kadar P1NP yang tidak bermakna (p=0,635), penurunan CTx yang tidak bermakna (p=0,056) dan peningkatan rasio P1NP/CTx yang tidak bermakna (p=0,121). Sedangkan pada PBMC subyek penelitian terjadi peningkatan yang bermakna pada persentase AD-MSC (p=0,006) dan T-MSC (p=0,008), namun persentase MD-MSC mengalami peningkatan yang tidak bermakna (p=0,365). Persentase HSC pasca latihan mengalami penurunan bermakna (p=0,001). Rasio persentase T-MSC/HSC mengalami peningkatan bermakna (p=0,045). Terjadi peningkatan bermakna pada persentase early OB lin cell (p=0,000), early OC lin cell (p=0,025) dan rasio persentase early OB/OC lin cell (p=0,001). Terjadi peningkatan yang tidak bermakna pada persentase late OB lin cell (p=0,344) dan peningkatan bermakna pada late OC lin cell (p=0,001), sehingga rasio persentase late OB/OC lin cell tidak mengalami perubahan (p=0,864).
Perubahan rasio persentase early OB/OC lin cell dipengaruhi oleh perubahan OI (γ= -0,301, p=0,001) dan perubahan kadar IL-6 serum (γ= 0,276, p=0,004), namun tidak dipengaruhi oleh perubahan kadar PTH serum. Perubahan persentase late OC lin cell dipengaruhi oleh perubahan kadar IL-
6 serum (γ= 0,541, p=0,0496). Perubahan kadar P1NP serum dipengaruhi oleh perubahan OI (γ= 0,499, p=0,033) dan kadar IL-6 serum (γ= -0,625, p=0,011), namun tidak dipengaruhi oleh perubahan kadar PTH serum. Perubahan kadar CTx serum dipengaruhi oleh perubahan kadar PTH serum (β= 0,544, p=0,044), namun tidak dipengaruhi oleh perubahan OI dan kadar IL-6 serum. Perubahan rasio P1NP/CTx serum dipengaruhi oleh perubahan kadar P1NP serum (β= 0,661, p=0,000), perubahan kadar CTx serum (β= -0,324, p=0,000), perubahan OI (γ= 0,123, p=0,010) dan perubahan kadar PTH serum (β= -0,150, p=0,004), namun tidak dipengaruhi oleh perubahan kadar IL-6 serum.
Dapat disimpulkan bahwa latihan jalan kecepatan sedang meningkatkan mobilisasi stem cell dan diferensiasi dan maturasinya menjadi osteoprogenitor
cell pada PBMC yang lebih dominan terjadi pada jalur osteoblas lineage cell,
sehingga bersifat osteogenik yang akan berkontribusi pada positive uncoupling remodeling tulang pada perempuan pascamenopause. Perubahan kadar IL-6 serum pada fase subakut latihan berperan pada proses diferensiasi stem cell menjadi
osteoprogenitor pada PBMC dan secara langsung pada osteoblas dewasa,
sedangkan perubahan kadar PTH serum pada fase subakut latihan berperan pada proses positive uncoupling remodeling tulang secara langsung.
Hasil temuan baru dari penelitian ini adalah sel yang mengekspresikan marker permukaan AD-MSC yaitu CD34-CD105+CD49d+ (yang berdiferensiasi ke arah osteoprogenitor cell) dan CD34+CD105-CD49d+ (yang berdiferensiasi ke arah pericyte – endothelial stem cell) dapat mengalami mobilisasi secara spontan pasca latihan jalan kecepatan sedang. Dinamika IL-6 dan PTH serum memiliki pola spesifik yang berhubungan dengan perannya dalam dimensi waktu pada
positive uncoupling remodeling tulang dan mobilisasi serta diferensiasi stem cell.
SUMMARY THE EFFECTS OF MODERATE INTENSITY WALKING EXERCISE ON STEM CELL MOBILIZATION, DIFERENTIATION AND MATURATION
Reduced serum estradiol (E
2 ) level on postmenopausal women leads to
decreased muscle mass, increased adipogenesis (Fanciulli et al., 2009) and negative uncoupling bone remodeling. Negative uncoupling bone remodeling is caused by more prominent osteoclastic bone resorption than osteoblastic bone formation activities (Albright, 1979; Orum et al., 1996; Rosen dan Tenenhouse, 1998; Bostro et al., 2000; Manolagas, 2000; Mosley, 2000). Negative uncoupling bone remodeling leads to reduced bone mass and increased osteoporosis incidence (Frost, 1966; Forwood, 2001; Rubin, 2001; Blair, 2002; Pavalko, 2002; Schopet, 2002; Pearse, 2006; Lane dan Yao 2009). Osteoporosis has wide range impacts from bone pain to fracture, which are difficult to treat, and will increase mortality (Leibson et al., 2002) morbidity rate. On the last 30 years, incidence of osteoporotic fracture increased 2-3 folds in Asia (Baziad, 2003). Post osteoporotic fracture morbidity leads to decreased quality of life, increase economical burden and physical and phsychological dependency.
Bone Remodeling (BR) is determined by activities of osteoblast (OB), the mature form of OB progenitor which is coming from mesenchymal stem cell/MSC differentiation (Rickard et al., 1996; Chen, 1997; Eghbali-Fatourechi et al., 2005; Kalajzic, 2007) and activities of osteoclast (OC), the mature form of OC progenitor which is coming from hematopoietic stem cell/HSC differentiation (Takeshita et al., 2000; Xing dan Schwarz, 2005). The MSC are coming from marrow and adipose tissue (Kern et al., 2006). MSC differentiation to osteoprogenitor cells are affected by ostegenic microenvironment including humoral, interleukin, vitamine and mechanical force factors (Huang et al., 2010).
Every action increasing MSC differentiation to OB progenitor and mature OB, and reducing OB apoptosis will increase bone formation (Forwood, 2001; Rubin, 2001; Blair, 2002; Pavalko, 2002; Schopet, 2002; Huang et al., 2010).
Moderate intensity walking exercise is a form of osteogenic functional mechanical loading, which is performed regularly in 30 menit, 3 times a week, depend on walking speed, will give the range of Osteogenic Index 23-25 (Santos- Rocha et al., 2006). Physical exercise will change BR process related to the type, intensity and duration of exercise (Tinduh et al, 2004; Rantailainen et al, 2009), and it is response-dose dependent (Forwood, 2001; Rubin, 2001; Blair, 2002; Pavalko, 2002; Schopet, 2002). Walking exercise works locally and systemically (Lanyon, 1991). Post moderate intensity walking exercise, BR activation occur as a local (on osteocyte) dan systemic (via IL-6 and PTH activities) responses which leads to bone formation domination (Pedersen dan Fischer, 2010; Ortega et al., 2010). It is suspected positive uncoupling BR recruites stem cell and osteoprogenitor cell activites mediated by IL-6 and PTH, but the mechanism still not clear. The effects of moderate intensity walking exercise on stem cell
mobilization, diferentiation and maturation to osteoprogenitor cell in peripheral blood mononuclear cell (PBMC) which leads to positive
uncoupling BR on postmenopausal women and the role of serum IL-6 and PTH changes in this process still not clear.
The aim of this study to reveal the effect of moderate intensity walking exercise to stem cell mobilization, differentiation and maturation in PBMC and BR on postmenopausal women, and reveal the role of serum IL-6 and PTH changes in that process. This one group pretest-posttest design research has done on 14 postmenopausal women (the postmenopausal period within 1-5 years), which underwent moderate intensity walking exercise (the cadence was increased 25% from initial cadence) for 30 minute 3 times a week for 3 weeks. This research has been approved by Komite Etik Penelitian Kesehatan RSUD Dr.
Soetomo. Observed variables were proportion of percentage of mobilize, differentiate and mature stem cell in PBMC and BR showed by serum C-terminal cross-linking telopeptide of type I collagen/CTx and N-terminal propeptide of type I collagen/P1NP level.
After 3 weeks session of moderate intensity walking exercise, there were marked reduced on serum IL-6 (p=0,003), non significant increased on serum PTH (p=0,480), serum P1NP (p=0,635), and serum P1NP/CTx ratio (p=0,121) and non significant decreased on serum CTx (p=0,056). Observation on PBMC showed marked increased on AD-MSC (p=0,006) and T-MSC (p=0,008) percentage, but non significant increased on MD-MSC (p=0,365). HSC percentage reduced significantly (p=0,001), so there was marked increased on ratio of T-MSC/HSC percentage (p=0,045). There were marked increased on early OB lin cell (p=0,000) and early OC lin cell (p=0,025) percentage and ratio of early OB/OC lin cell (p=0,001) percentage. There were non significant increased on late OB lin cell (p=0,344) percentage and marked increased on late OC lin cell (p=0,001) percentage, so the ratio of late OB/OC lin cell percentage did not changed (p=0,864). The change of ratio of early OB/OC lin cell percentage was affected by the change of
OI (γ= -0,301, p=0,001) and serum IL-6 (γ= 0,276, p=0,004), but did not affected by the change of serum PTH. The change of late OC lin cell percentage was affected by the change of serum IL- 6 (γ= 0,541, p=0,0496). The change of serum P1NP was affected by the change of
OI (γ= 0,499, p=0,033) and serum IL- 6 (γ= -0,625, p=0,011), but not affected by the change of serum PTH. The change of serum CTx was affected by the changes of serum
PTH (β= 0,544, p=0,044), but not affected by the change of OI and serum
IL-6. The change of the ratio of serum P1NP/CTx was affected by the change of serum P1NP (β= 0,661, p=0,000), serum CTx (β= -0,324, p=0,000), OI (γ= 0,123, p=0,010) and serum serum
PTH (β= -0,150, p=0,004), but did not affected by the change of serum IL-6.
The conclusion is moderate intensity walking exercise increase stem cell mobilization, differentiation and maturation in PBMC, with domination on osteoblastic lineage cell, which will have contribution on positive uncoupling BR on postmenopausal women. The change of serum IL-6 on subacute exercise phase affected stem cell differentiation to osteoprogenitor cell in PBMC and directly affected the mature OB, the change of serum PTH on subacute exercise phase affected positive uncoupling BR directly via OC.
This research found that cells expressed the surface marker of AD-MSC (CD34-CD105+CD49d+, which will be differentiated to osteoprogenitor cell) can mobilize spontaneously post moderate intensity walking exercise. The dynamics of serum IL-6 and PTH have a specific pattern related to their role in temporal dimension on positive uncoupling BR and stem cell mobilization and differentiation.
ABSTRAK PENGARUH LATIHAN JALAN KECEPATAN SEDANG TERHADAP MOBILISASI, DIFERENSIASI DAN MATURASI STEM CELL PADA PBMC, SERTA REMODELING TULANG PEREMPUAN PASCAMENOPAUSE Damayanti Tinduh Penurunan kadar estradiol (E2) serum pascamenopause menyebabkan penurunan massa otot, peningkatan adipogenesis dan negative uncoupling bone remodeling, yang cenderung meningkatkan insiden osteoporosis. Remodeling Tulang (RT) ditentukan oleh aktifitas osteoblas (OB), yang berasal dari MSC dari sumsum tulang dan jaringan lemak, dan aktifitas osteoklas (OC), dari hematopoietic stem cell/HSC. Diferensiasi MSC osteogenik dipengaruhi oleh lingkungan mikro osteogenik yang meliputi faktor hormonal, interleukin, vitamin dan gaya mekanik. Latihan jalan kecepatan sedang telah terbukti meningkatkan RT pascamenopause, namun efeknya pada mobilisasi, diferensiasi dan maturasi stem cell (SC) yang cenderung menyebabkan positive uncoupling RT serta peran sIL-6 dan PTH dalam proses ini masih belum jelas.
Tujuan penelitian ini untuk mengetahui efek latihan jalan kecepatan sedang pada mobilisasi, diferensiasi dan maturasi stem cell pada PBMC dan RT pascamenopause, dan mengetahui peran perubahan sIL-6 dan PTH pada proses tersebut. Penelitian yang berdesain one group pretest-posttest dilakukan pada 14 perempuan pascamenopause, yang menjalani latihan jalan kecepatan sedang selama 30 menit 3 x/minggu selama 3 minggu. Penelitian ini mendapat persetujuan laik etik dari Komite Etik Penelitian Kesehatan RSUD Dr. Soetomo.
Terdapat peningkatan mobilisasi MSC, dan penurunan mobilisasi HSC pada PBMC. Terdapat peningkatan diferensiasi dan maturasi stem cell yang bersirkulasi pada PBMC. Perubahan osteogenic index (OI) mempengaruhi perubahan %early OB/OC lin cell, sP1NP dan rasio sP1NP/CTx. Perubahan sIL-6 mempengaruhi perubahan %early OB/OC lin cell, %late OC lin cell dan sP1NP. Perubahan sPTH mempengaruhi perubahan sCTx dan rasio sP1NP/CTx.
Disimpulkan bahwa latihan jalan kecepatan sedang meningkatkan mobilisasi, diferensiasi dan maturasi stem cell pada PBMC, didominasi oleh osteoblastic lineage cell, yang cenderung menyebabkan positive uncoupling RT pada perempuan pascamenopause. Pada fase subakut pasca latihan, kadar sIL-6 mempengaruhi diferensiasi stem cell pada PBMC dan OB dewasa, sedangkan kadar sPTH mempengaruhi positive uncoupling RT melalui OC.
Kata kunci : latihan jalan, stem cell, remodeling tulang, IL-6, PTH
ABSTRACT THE EFFECTS OF MODERATE INTENSITY WALKING EXERCISE ON STEM CELL MOBILIZATION, DIFERENTIATION AND MATURATION
IN PBMC AND BONE REMODELING OF POSTMENOPAUSAL WOMEN Damayanti Tinduh Reduced serum estradiol (E 2 ) level on postmenopausal women leads to decreased muscle mass, increased adipogenesis and negative uncoupling bone remodeling, which tends to increased osteoporosis incidence. Bone Remodeling (BR) is determined by activities of osteoblast (OB), from marrow derived- and adipose derived- mesenchymal stem cell/MSC, and activities of osteoclast (OC), from hematopoietic stem cell/HSC. The MSC’s osteogenic differentiation are affected by osteogenic microenvironment including humoral, interleukin, vitamine and mechanical force factors. Moderate intensity walking exercise has been proved promote BR in postmenopausal women, but its effects on stem cell mobilization, differentiation and maturation which leads to positive uncoupling BR and the role of serum IL-6 and PTH in this process still not clear.
The aim of this study to revealed the effect of moderate intensity walking exercise to stem cell mobilization, differentiation and maturation in PBMC and BR on postmenopausal women, and revealed the role of serum IL-6 and PTH changes in that process. This one group pretest-posttest design research has done on 14 postmenopausal women, which underwent moderate intensity walking exercise for 30 minute 3 times a week for 3 weeks. This research has been approved by Komite Etik Penelitian Kesehatan RSUD Dr. Soetomo.
There was increasing MSC mobilization, but reduced HSC mobilization on PBMC. There were increasing on differentiation and maturation of circulated stem cell on PBMC. The change of OI affected the changes of %early OB/OC lin cell, sP1NP and the ratio of sP1NP/CTx. The change of sIL-6 affected the changes of %early OB/OC lin cell, %late OC lin cell and sP1NP. The change of sPTH affected the changes of sCTx and the ratio of sP1NP/CTx.
The conclusion was moderate intensity walking exercise increased stem cell mobilization, differentiation and maturation in PBMC, with domination on osteoblastic lineage cell, which lead to positive uncoupling BR on postmenopausal women. Subacute exercise sIL-6 affected stem cell differentiation in PBMC and mature OB, subacute exercise sPTH affected positive uncoupling BR via OC.
Keywords : walking exercise, stem cell, bone remodeling, IL-6, PTH