BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. Komposisi mikrobiota bervariasi tergantung jenis infeksi dan perbedaan

ADLN- PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA

11

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Macam infeksi Endodontik (Torabinejad and Walton,2009): Infeksi Endodontik dapat diklasifikasikan berdasarkan lokasi anatomi (intra radikuler atau ekstra radikuler). Infeksi Intra radikuler dibagi menjadi 3 kategori yaitu : infeksi primer, sekunder dan persisten, tergantung pada saat mikroorganisme berada dalam saluran akar. Komposisi mikrobiota bervariasi tergantung jenis infeksi dan perbedaan jenis periodontitis apikal.

2.1.1 Infeksi Intra radikuler Mikroorganisma yang berkolonisasi pada sistem saluran akar menyebabkan infeksi intraradikuler diklasifikasikan sebagai infeksi primer, sekunder dan persisten.

2.1.1.1 Infeksi intra radikuler primer Mikroorganisme yang berinvasi dan berkolonisasi pada jaringan pulpa nekrotik menyebabkan infeksi intra radikuler primer. Dikenal sebagai infeksi awal atau virgin infection. Terdiri dari 10-30 spesies bakteri per saluran akar (Siqueira and Rocas, 2005 : Vianna et al., 2006). Keterlibatan mikroorganisme pada tahap awal invasi pulpa akan memuncak pada saat inflamasi dan pada akhirnya terjadi nekrosis. Gambar 2.1 adalah gambar berbagai cara masuk bakteri ke dalam pulpa gigi.

DISERTASI

MEKANISME IMUNOPATOBIOLOGI .....

TAMARA YUANITA


12

Ada beberapa cara masuk bakteri ke dalam saluran akar dan jaringan periapikal yaitu melalui dentin yang terbuka, karies gigi, dentin yang retak, celah antara restorasi dan gigi, periodontal attachmen loss dan sisa bakteri pada daerah apikal saluran akar (gambar 2.1)

Gambar 2.1 : Cara masuk bakteri,(A) Dapat mengakibatkan infeksi penyakit pulpa dan periapikal. (B) Periodontitis apikalis kronis terjadi melalui dentin yang retak. (C) Infeksi saluran akar persisten (Love and Jenkinson,2002).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


13

2.1.1.2 Infeksi intra radikuler sekunder Mikroorganisme yang tidak terdapat pada infeksi primer, tetapi dapat masuk ke dalam saluran akar melalui perantara seorang dokter gigi yang melakukan perawatan saluran akar, sehingga dapat menimbulkan infeksi intra radikuler sekunder. Jalan masuk mokroorganisme dapat selama dilakukan perawatan saluran akar, antar kunjungan pasien bahkan dapat setelah pengisian saluran akar. Spesies yang terlibat dapat mikroorganisme oral atau non oral tergantung penyebab infeksinya. Penyebab utama masuknya mikroba dalam saluran akar termasuk sisa-sisa plak gigi, kalkulus atau karies pada mahkota gigi, kebocoran isolator karet atau kontaminasi instrumen perawatan saluran akar, mikroorganisma yang masuk ke dalam sistem saluran akar antar perawatan karena adanya kebocoran tumpatan sementara, fraktur struktur gigi atau gigi yang sengaja dibuka saat drainase saluran akar. Mikroorganisma yang memasuki sistem saluran akar setelah pengisian (obturasi saluran akar), dapat disebabkan karena terdapatnya kebocoran pada tumpatan sementara atau tumpatan tetap, fraktur struktur gigi atau terlalu lamanya jangka waktu antara selesainya perawatan saluran akar dengan pembuatan restorasi tetap.

2.1.1.3 Infeksi Intra radikuler persisten Mikroorganisme yang resisten pada prosedur antimikroba saluran akar dan tahan dalam jangka waktu yang lama dalam keterbatasan nutrisi dalam saluran akar dapat menyebabkan infeksi intra radikuler persisten.

DISERTASI


TAMARA YUANITA


Dikenal

sebagai

infeksi

recurrent

(berulang

14

atau

kambuh).

Mikroorganisma yang terlibat merupakan sisa infeksi primer atau sekunder. Mikrobiota yang terlibat pada infeksi persisten biasanya terdiri dari lebih sedikit spesies dibanding infeksi primer, biasanya merupakan bakteri Gram positif fakultatif atau bakteri anaerob yang merupakan predominan. Infeksi sekunder atau persisten, pada kondisi klinik tidak dapat dibedakan, memberikan reaksi pada beberapa problem klinik termasuk eksudat yang persisten dan simptom yang persisten, kekambuhan antar kunjungan dan kegagalan perawatan saluran akar yang digambarkan sebagai lesi periodontitis apikal setelah perawatan saluran akar. Gambar berikut ini menunjukkan proporsi mikroorganisma yang diisolasi dari gigi dengan nekrosis pulpa yang tidak dirawat, gigi yang sedang dalam perawatan saluran akar dan gigi yang telah dirawat yang mengalami periodontitis apikalis, seperti tampak pada gambar 2.2 Gambar 2.2 menunjukkan bahwa pada saluran akar yang belum dirawat, terdapat satu sampai dua belas spesies yang dapat diisolasi pada tiap gigi, bakteri yang dominan adalah Gram negative rods sedangkan bakteri anaerob fakultatif terdapat dalam jumlah sedikit. Jumlah spesies bakteri saat dilakukan perawatan saluran akar terdiri dari satu sampai lima spesies dan bakteri Gram negative rods berkurang jumlahnya. Setelah dilakukan perawatan saluran akar ditemukan hanya satu sampai tiga spesies per kasus. Spesies yang sering ditemukan pada saluran akar gigi

DISERTASI


TAMARA YUANITA


15

yang telah dirawat adalah bakteri E faecalis yang merupakan bakteri Gram positif fakultatif anaeob (seperti terlihat pada gambar 2.2)

Gambar 2.2 : Gambar proporsi mikroorganisme pada saluran akar yang belum dirawat, sedang dalam perawatan dan setelah perawatan saluran akar (Chaves,2004). 2.1.2 Infeksi Ekstra radikuler Infeksi ekstra radikuler disebabkan oleh invasi mikroba dan proliferasinya pada jaringan periradikuler yang terinflamasi yang hampir seluruhnya merupakan akibat infeksi intra radikuler misalnya apikal abses akut, dikenal sebagai kasus endo-perio (Torabinejad and Walton, 2009).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


16

2.2 Keradangan jaringan pulpa dan periapikal Inflamasi merupakan mekanisme penting yang diperlukan tubuh untuk mempertahankan diri dari bahaya seperti kerusakan jaringan. Iritasi terhadap jaringan pulpa dapat disebabkan berbagai hal antara lain adalah mikroorganisme yang dapat mengakibatkan respon tubuh, pada jaringan pulpa dikenal sebagai pulpitis atau inflamasi jaringan pulpa. Pulpitis merupakan respon protektif yang sangat diperlukan untuk mengembalikan pada

keadaan sebelum dan sesudah trauma untuk

memperbaiki diri. Respon inflamasi pulpitis sangat tergantung pada pembuluh darah dan cairan yang beredar dalam pembuluh darah. Apabila tubuh berhasil mempertahankan homeostasis dan pengaruh yang merugikan, akan terjadi perbaikan jaringan yang rusak. Keadaan ini dikenal sebagai Pulpitis Reversibel. Tetapi bila iritan/mikroba berjalan terus atau intensitasnya meningkat, maka akan terjadi inflamasi pulpa yang parah atau dikenal sebagai Pulpitis Ireversibel yang kemudian dapat menyebabkan kematian jaringan pulpa dan dapat berlanjut pada keradangan di daerah periapikal (Torneck and Torabinejad 1998; Trownbridge,2002).

2.3 Klasifikasi Lesi Periapikal Lesi periapikal dapat diklasifikasikan brdasarkan temuan klinis dan histologis. Sama dengan penyakit pulpa, terjadi korelasi antara gejala klinis dengan simptom dan durasi lesi dibandingkan dengan gambaran histologis. Berdasarkan hal tersebut maka lesi periapikal diklasifikasikan

DISERTASI


TAMARA YUANITA


17

menjadi enam kelompok yaitu : jaringan periapikal normal, periodontitis apikalis simptomatik (akut), periodontitis apikalis asimptomatik (kronis), condensing osteitis, abses apikal akut dan abses apikal kronis (Torabinejad and Walton,2009). Lesi dapat dihubungkan dengan simptom seperti rasa sakit atau tidak nyaman digolongkan sebagai keadaan akut (simptomatik), sedangkan gejala ringan atau tidak ada simptom diidentifikasi sebagai kronis (asimptomatik). Periodontitis Apikalis dapat juga terjadi sebagai akibat dari infeksi sekunder pada prosedur perawatan saluran akar, hal ini diakibatkan karena kurangnya kontrol infeksi pada saat dilakukan perawatan sehingga terjadi reinfeksi pada sistem saluran akar akibat obturasi yang tidak hermetis atau pembuatan restorasi gigi yang tidak adekwat sehingga terjadi kebocoran yang dapat dimasuki bakteri (Bergenholtz et al,2010).

2.4 Periodontitis Apikalis Periodontitis apikalis merupakan lanjutan dari infeksi saluran akar, berasal dari infeksi saluran akar yang terus berlanjut sehingga mencapai daerah periapikal, merupakan kemampuan respon pertahanan tubuh terhadap mikroba yang berasal dari saluran akar. Proses keradangan adalah suatu proses perlawanan dinamis terhadap mikroba dan merupakan suatu pertahanan tubuh pada daerah periapikal. Proses tersebut menghasilkan inflamasi lokal, resorbsi jaringan tulang serta kerusakan pada jaringan

DISERTASI


TAMARA YUANITA


18

peripikal dan pada akhirnya terjadi kelainan pada jaringan periapikal (Nair,2004). Periodontitis apikalis merupakan suatu reaksi inflamasi pada jaringan yang mengelilingi apikal akar gigi, diklasifikasikan sebagai periodontitis simptomatik (akut) dan asimptomatik (kronis) yang digunakan untuk mengindentifikasi lesi dengan /tanpa gejala klinik seperti rasa sakit yang ringan sampai berat atau rasa tidak nyaman, secara histologis diistilahkan sebagai granuloma apikal. Istilah lain yang sering digunakan untuk menyebutkan lokasi dari proses pada atau dekat dengan ujung akar adalah Apikal, Periapikal atau Periradikuler (Bergenholtz et al,2010). Granuloma periapikal merupakan suatu Asymptomatic Apical Periodontitis (AAP) yang merupakan suatu lesi inflamasi periapikal yang berjalan dalam waktu yang lama dengan resorpsi tulang periapikal yang terlihat pada gambaran radiografinya serta gejala klinis minimal atau tidak ada gejala klinik (Ingle et al., 2008). Secara histologis lesi AAP diklasifikasikan sebagai granuloma atau kista. Granuloma periapikal merupakan jaringan granulasi yang terdiri dari sel mast, makrofag, sel plasma, lekosit PMN, sel raksasa berinti banyak dan sering ditemukan epitel (Torabinejad and Walton,2009). Perubahan histologis pada jaringan periapikal oleh invasi bakteri ditandai dengan adanya jaringan granulasi yang berisikan limfosit, sel plasma, netrofil dan elemen fibrovaskular dalam jumlah yang bervariasi. Pada saat bersamaan akan terjadi kerusakan jaringan periapikal dan resorpsi tulang (Radics,2004).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


19

Granuloma periapikal terdiri dari jaringan granulasi yang dikelilingi oleh dinding sel berupa jaringan ikat fibrosa. Terlihat keberadaan limfosit, sel plasma, neutrofil, histiosit dan eosinofil serta sel epithelial rest of Mallasesses (Garcia et al., 2007).

Mekanisme kejadian granuloma

periapikal melalui gigi karies adalah sebagai berikut : pada awalnya bakteri masuk melalui karies gigi kemudian pada akhirnya masuk melalui saluran akar dan foramen apikal menuju daerah periapikal gigi. Bakteri yang sampai pada jaringan periapikal akan ditangkap dan dihancurkan oleh histiosit. Keberadaan bakteri yang merupakan patogen memicu perkembangan histiosit menjadi makrophag (angry macrophage) dan APC (Antigen precenting cell) yang mendorong kejadian granuloma. Di sisi lain histiosit berkembang menjadi fagosit sehingga tidak terjadi granuloma (Cilmiaty,2010).

2.5 Perawatan saluran akar gigi Perawatan saluran akar merupakan bagian dari perawatan endodontik yaitu perawatan yang dilakukan pada gigi yang mengalami infeksi atau nekrosis pada jaringan pulpanya sehingga tetap berfungsi di dalam lengkung gigi (Ingle et al.,2008). Tidak semua kasus dapat diindikasikan untuk dilakukan perawatan saluran akar, oleh karena itu perawatan saluran akar memerlukan seleksi kasus yang tepat. Perawatan saluran akar dapat dibagi dalam tiga tahap yaitu : preparasi biomekanik, disinfeksi dan obturasi saluran akar (Grossman et al.,1988).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


20

Preparasi biomekanik saluran akar merupakan tindakan penting untuk membersihkan iritan yang terdapat di dalam saluran

akar

(Torabinejad and Walton, 2009). Pembersihan saluran akar adalah tindakan untuk mengeluarkan seluruh jaringan pulpa yang terinfeksi baik dalam kondisi vital maupun non vital serta mikroorganisme dari dalam saluran akar (Cohen and Burns,2002). Selama melakukan tindakan preparasi saluran akar harus selalu disertai tindakan irigasi dengan menggunakan bahan irigasi untuk mengeluarkan sisa jaringan dan debris dari dari dalam saluran akar. Bahan irigasi yang sering digunakan dalam perawatan saluran akar antara lain adalah : Sodium hipoklorit dengan konsentrasi 0,5% sampai 5,25%, Hidrogen peroksida 3% dan chelating agent (EDTA) 15%. Saluran akar dibentuk untuk mempersiapkan pengisian saluran akar yang hermetis (hermetic seal) di bagian apikal dan lateral saluran akar, hal ini untuk mencegah kebocoran dari bakteri maupun cairan jaringan agar tidak terjadi infeksi ulang atau re-infeksi. Tujuan preparasi biomekanik adalah untuk memudahkan sterilisasi dan pengisian saluran akar (Ingle et al., 2008

2.6 Mikroorganisma pada jaringan periapikal akar gigi Craig (2004) mengatakan bahwa pulpa gigi dan jaringan periapikal normal dalam keadaan steril. Infeksi Endodontik terjadi ketika terjadi invasi mikroorganisme dan multiplikasinya di dalam ruang pulpa atau jaringan periapikal. Pemeriksaan menggunakan PCR mengungkapkan

DISERTASI


TAMARA YUANITA


21

bahwa infeksi primer dalam saluran akar terkarakterisasi sebagai campuran yang terdiri dari 10-30 spesies tiap saluran akar (Siqueira and Rocas,2005) dan pada infeksi primer menunjukkan variasi antar individu (Sakamoto et al.,2006; Machado de Oliveira et al.,2007). Saluran akar yang telah dirawat tetapi mengalami periodontitis apikal yang persisten, kebanyakan memperlihatkan adanya infeksi intra radikuler

et

(Sundqvist

al.,1998;

Siqueira

and

Rocas.,2004).

Mikroorganisma yang berada pada saluran akar yang telah dirawat, dapat mempertahankan kehidupannya dari pengaruh bahan disinfeksi saluran akar sehingga tetap berada dalam saluran akar pada saat tahap pengisian saluran akar (infeksi intra radikuler persisten) atau terjadinya infeksi setelah pengisian saluran akar yang disebabkan karena adanya kebocoran bagian mahkota gigi (infeksi intra radikuler sekunder). Faktanya, terjadi peningkatan

resiko

hasil

perawatan

yang

gagal

bila

terdapat

mikroorganisme pada saluran akar saat dilakukan pengisian saluran akar (Fabricius,2006). Sisa mikroorganisme yang dapat menyebabkan lesi periodontitis apikal persisten disebabkan karena mikroorganisme tersebut dapat beradaptasi pada lingkungan yang berubah karena prosedur perawatan saluran akar, misalnya dalam kondisi nutrisi yang terbatas, juga dapat bertahan hidup dari pengaruh bahan anti mikroba bahan pengisi saluran akar, serta dapat mencukupi kebutuhan nutrisi pada kondisi kritis sehingga dapat bertahan hidup dalam jangka waktu lama

kemudian

akan

menjadi

penyebab

inflamasi

perirapikal

(Torabinejad and Walton,2009).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


22

Pembentukan biofilm merupakan strategi mikroorganisme untuk mempertahankan diri pada kondisi yang serba terbatas, E faecalis mempunyai kemampuan untuk bertahan hidup pada lingkungan post endodontic treatment. George (2005) membuktikan bahwa terjadi peningkatan kalsium (Ca) struktur biofilm pada kondisi nutrisi yang terbatas di lingkungan yang anaerob. Ketika bakteri membentuk biofilm, proses genetik dan metabolik bakteri berubah menjadi kompleks, hal ini dapat mencegah agent mikrobial untuk aktif bekerja. Resistensi terhadap antibiotik dapat meningkat sampai 1500 kali dibanding ketika dalam bentuk sel plankton. Lingkungan mikro saluran akar pada saat dilakukan perawatan saluran akar akan menstimulasi terjadinya kalsifikasi biofilm bakteri, dalam hal ini konsep biofilm bakteri merupakan keuntungan tambahan yang dikaitkan dengan infeksi yang persisten. Angka prevalensi bakteri E. faecalis pada pemeriksaan dengan menggunakan teknik kultur, PCR dan qPCR cukup banyak ditemukan pada perawatan saluran akar yang mengalami kegagalan perawatan yang ditandai dengan adanya gambaran resorpsi di daerah periapikal gigi seperti tampak pada gambar 2.3

DISERTASI


TAMARA YUANITA


23

Gambar 2.3 : Angka prevalensi bakteri Enterococcus faecalis pada gigi yang telah dilakukan perawatan saluran saluran akar tetapi mengalami Periodontitis Apikalis (Fouad, 2009). Mikrobiota pada saluran akar yang telah dirawat dengan lesi periodontitis apikalis yang persisten terdiri dari beberapa spesies yang terbatas dibandingkan infeksi primer yaitu satu sampai tiga spesies tiap saluran akar (Sundquist et al.,1998; Siqueira and Rocas, 2004). E. faecalis adalah coccus Gram-positif fakultatif an-aerob yang seringkali ditemukan pada saluran akar yang telah diirawat, dengan prevalensi berkisar antara 30% sampai 90% kasus (Sundquist et al.,1998; Siqueira and Rocas,2004). E. faecalis dapat bertahan hidup pada saluran akar yang telah dirawat termasuk resisten pada medikamen intra kanal dengan kemampuan membentuk biofilm, invasi ke dalam tubuli dentin dan bertahan dalam jangka waktu yang lama dari keterbatasan nutrisi (Distel et al.,2002; Figdor et al., 2003).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


24

2.7 Bakteri gram positif Enterococcus faecalis Enterococcus faecalis adalah salah satu mikroorganisme yang terdapat dalam saluran akar gigi. Bakteri Enterococcus merupakan bakteri fakultatiif anaerob Gram positif berbentuk coccus, bersifat alkali dan resisten pada pH 9,0-10,0. Pinheiro (2003) mengevaluasi gigi-gigi yang mengalami kegagalan setelah dilakukan perawatan saluran akar, ternyata didapatkan 80% adalah bakteri Gram positif dan 58% penyebab lainnya adalah mikroorganisme fakultatif anaerob antara lain Enterococcus, Streptococcus, Peptostreptococcus dan Actinomycetes. Enterococcus faecalis merupakan bakteri yang paling sering ditemukan dan sebagai penyebab 85-90% infeksi Enterococcus (Nakajo,2004). Enterococcus faecalis merupakan spesies yang paling sering diisolasi atau dideteksi dalam lingkup infeksi rongga mulut termasuk periodontitis marginalis, infeksi saluran akar gigi dan abses periapikal (Hancock,2001). Walaupun terdapat dalam jumlah sedikit dari keseluruhan flora dari gigi yang nekrosis tanpa dirawat, E. faecalis sering ditemukan dalam saluran akar yang telah dilakukan pengisian saluran akar dengan gejala Periodontitis Apikalis Kronis (Kayaoglu,2005). Penelitian menggunakan 16S r DNA-based endpoint PCR melaporkan bahwa E. faecalis ditemukan sebanyak 77% sampel dari 22 kasus perawatan saluran akar yang gagal yang akan dilakukan perawatan ulang atau re-treatment. E. faecalis juga ditemukan sebanyak 67% dari 30 kasus yang disertai infeksi endodontik yang persisten yang dikaitkan dengan pengisian saluran akar (Leep and Bring,2004). E. faecalis dideteksi sebanyak 10,2% dengan menggunakan kultur dan 79,5% dengan menggunakan PCR pada 88 sampel (Sedgley et al.,2006).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


25

Mekanisme E. faecalis memasuki dan bertahan hidup pada sistem saluran akar dalam jangka waktu yang lama tidak dimengerti dengan jelas walaupun E. faecalis mampu survive dalam berbagai kondisi stress termasuk survive intraselular pada makrophag (Gentry-Weeks et al.,1999), juga pada hospital fabrics dan plastik (Neely and Malley, 2000).dan bertahan 4 bulan pada air minum perkotaan / air keran (Figdor et al., 2003). Penelitian in-vitro melaporkan bahwa E. faecalis dapat bertahan pada gigi yang telah diobturasi selama 12 bulan seperti tampak pada gambar 2.4

Gambar 2.4 : Infeksi tubuli dentin oleh Enterococcus faecalis setelah inkubasi 48 jam (A dan B), setelah pengisian saluran akar (C) dan inkubasi setelah 12 bulan (D), (Sedgley et al., 2005). E. faecalis kapabel memasuki dan recovering dari Viable but non culturable (VBNC) status; suatu strategi survival bakteri ketika terkena stress lingkungan (Lleo et al.,2000; Lleo et al.,2001). E. faecalis memproduksi berbagai stress protein bila terkena lingkungan yang merugikan seperti sodium hypoclorite (Laplace,1997). Juga pada garam, bile salt, asam dan panas

DISERTASI


TAMARA YUANITA


26

(Flahaut,1996), stress alkaline (Flahaut,1997), pada glucose starvation, kenaikan temperatur dan air keran (Boutibones, 1993; Giard et al., 1997; Caplaux, 2000; Giard et al., 2001). E. faecalis juga dapat bertahan hidup dalam jangka waktu yang lama walau dalam kondisi nutrisi yang terbatas dan mampu membentuk biofilm. Konsep Biofilm pada bakteri E faecalis dapat dikaitkan dengan infeksi yang persisten. Salah satu kemampuan bakteri E faecalis untuk menyebabkan penyakit yaitu dengan menghindari deteksi melalui konsep status VBNC. Selain itu bakteri E faecalis juga mempunyai karakteristik Innate alkalo-tolerant yang pada yang berkorelasi dengan keadaan klinik yaitu menurunkan kemampuan dressing intra kanal Kalsium hidroksida. E faecalis juga mempunyai sifat alkalo-tolerant yang dapat memompa proton sehingga terjadi transportasi kation dan proton ke dalam sel untuk memelihara sitoplasma pada keadaan pH netral (Chaves, 2004). Mengerti pola dan mekanisme pada permulaan kolonisasi bakteri E faecalis pada tubuli dentin kemungkinan dapat membantu untuk mengembangkan prosedur klinik yang lebih efektif untuk manajemen dan eliminasi bakteri E faecalis. Gambar biofilm bakteri E faecalis tampak pada gambar 2.5 dan 2.6 Gambar 2.5 : Gambaran biofilm E. faecalis

DISERTASI


TAMARA YUANITA


27

Gambar 2.5 : Gambaran biofilm E. faecalis pada dentin saluran akar. A. Pada nutrisi yang terbatas setelah 1 minggu, B. Setelah 4 minggu. C.Kondisi nutrisi yang kecukupan setelah 1 minggu dan D. Setelah 4 minggu. (Ingle et al., 2008).

Gambar 2.6 : A. Spesimen gigi yang diinkubasi dengan E. faecalis setelah 6 minggu. B dan C Gambar ultrastruktur biofilm E faecalis pada dentin saluran akar. D. Difraksi spektra biofilm. E. Disintegrasi permukaan dentin (Ingle et al.,2008).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


28

Bakteri E faecalis juga mempunyai suatu Colagen-binding protein (Ace). Ace dapat meningkatkan ikatan antara E faecalis dengan kolagen tipe 1. Kolagen tipe 1 merupakan komponen organik utama dentin, yaitu sekitar 90% bentuk organik. Colagen-binding protein bakteri E faecalis Ace merupakan target matriks protein ekstraseluler sel host yang membantu melekatkan dengan kolagen tipe 1 (Kowalski et al.,2006). Perlekatan merupakan suatu langkah utama pada kolonisasi bakteri pada jaringan host. Untuk menjadi penyebab infeksi saluran akar dan jaringan periapikal, pertama kali bakteri harus dapat melekat pada dinding dentin saluran akar (Chivatxaranukul et al.,2008).

2.7.1 Lipoteichoic acid (LTA) Lipoteichoic acid (LTA) merupakan unsur pokok utama dari outer envelope bakteri Gram positif, LTA merupakan molekul amphipatic yang terdiri dari hidrofilik dan hidrofobik constituents. Terdiri dari lipid moiety yang dasarnya tertanam pada membran sitoplasma dan suatu teichoic acid moiety, terdiri dari unit-unit phosphorylated glicerol atau ribitol, yang memberikan bagian teichoic acid dari molekul suatu muatan negatif yang kuat. Bakteri yang mengandung teichoic acid (LTA) yang merupakan bentukbentuk deacylated misalnya karena mengandung lipid moiety LTA. LTA dan TA (Teichoic Acid) berkonstribusi terhadap integritas struktural bakteri Gram positif, tetapi juga penting pada patogenesis dan terimplikasi dalam prosesproses adesi terhadap host dalam mempengaruhi immune surveillance. LTA dan TA dapat disebarkan dari permukaan sel ke sekelilingnya. Hal tersebut dapat menjadi suatu persoalan dari host karena seperti LPS, LTA dapat menstimulasi

DISERTASI


TAMARA YUANITA


29

bermacam-macam reaksi yang termasuk apoptosis (kematian sel yang terprogram), meskipun toksisitas LTA pada umumnya jauh lebih kecil daripada bakteri patogen Gram negatif (Cohen,2001; Myhre et al., 2006). LTA dapat dikenali dari molekul signaling spesifik pada permukaan sel host yang disebut Toll-like Receptors, menghasilkan stimulasi innate dan immune defensive. Beberapa bakteri Gram positif dapat menghasilkan Teichuronic acid, Teichuronic acid mempunyai struktur yang sama dengan TAs kecuali glycerol atau ribitol phosphate backbone yang akan digantikan oleh backbone of hexuronic acid, seperti glucoronic acid atau gula lainnya termasuk N-acetylgalactosamine. Organisma yang dapat menghasilkan teichoic dan teichuronic acids, pada umumnya dalam kondisi pertumbuhan akan dapat menentukan polimer mana yang akan mendominasi, dengan tersedianya phosphate pada media pertumbuhan akan menimbulkan dampak yaitu bila phosphate berlebihan, pembentukan TAs dibutuhkan karena TAs mengandung banyak phosphate. Komponen LTA dan Peptidoglycan ditunjukkan pada Gambar 2.7

Gambar 2.7 : Lipoteichoic acid dan Peptidoglycan ( Lamont, 2006)..

DISERTASI


TAMARA YUANITA


30

2.7.2 Fungsi LTA Satu kandidat untuk target terapi yang potensial adalah dinding sel yang memiliki unsur pokok lipoteichoic acid. Telah dibuktikan bahwa LTA berfungsi sangat penting untuk pertumbuhan dan survival sel bakteri Gram positif (Grundling and Schneewind,2007). LTA merupakan suatu polimer unik yang berpengaruh terhadap proses selular termasuk virulensi, pembentukan biofilm, mempertahankan homeostasis kation, regulasi aktivitas autolisis, sensitivitas terhadap radiasi ultraviolet, toleransi terhadap asam dan resistensi terhadap antibiotik (Neuhaus and Baddiley,2003). LTA dapat menginduksi proinflamatory mediators dan mengaktifkan komplemen. LTA dapat mempengaruhi pelepasan IL-1, IL-6 dan NO oleh monosit dan makrofag secara in-vitro (Van Amersfoort et al, 2003). Mempunyai pengenalan yang spesiifik pada pattern-recognition receptors CD 14 dan Tolllike Receptor 2 (TLR-2) yang mengakibatkan respon inflamasi (Cleveland et al.,1996; Schwandner et al., 1999), dapat mengktivasi complement cascade dapat terjadi oleh ikatan langsung LTA pada C1q yang merupakan subkomponen dari C1 (Loos,1986) sehingga keadaan ini akan menyebabkan kerusakan jaringan lokal pada daerah yang teraktivasi.

2.8 TLR pada innate immunity Mamalia memiliki dua tipe imunitas untuk menyingkirkan patogen, yaitu innate immunity dan adaptive immunity. Innate immunity berperan sebagai sensor atau primer eliminasi patogen, adaptive immunity berperan menimbulkan memori imunologis. Toll-like receptors adalah membran signaling receptor

DISERTASI


TAMARA YUANITA


31

yang berperan penting dalam pertahanan tubuh alami untuk melawan mikroba. Fungsi tersebut sangat tergantung pada peran PRR (pattern recognition receptors) untuk mengenali pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) yang spesifik pada tiap mikroba. PRR secara fungsional dapat diklasifikasikan ke dalam 2 kelas, yaitu signaling dan non signaling PRR yang meliputi faktor soluble dan faktor protein trans-membran (Carpenter and O Neill, 2007). Signaling PRR terdiri dari protein trans-membran dan protein sitosolik. Protein non signaling PRR trans-membran yang terkenal adalah TLRs yang terdiri dari komponen ekstraseluler yang kaya leucine (terdiri dari 550 sampai 980 asam amino, mempunyai kapasitas mengikat ligan) dan komponen intraseluler yang dikenal sebagai TIR (Toll/IL-1R-like) dengan panjang sekitar 200 asam amino yang berfungsi meneruskan sinyal untuk respon selanjutnya (Kaisa and Akira, 2006). Sedangkan protein sitosolik dari signaling PRR contohnya adalah nucleotide binding oligomerization domain (Nod) yang terdiri dari Nod 1 dan Nod 2 (Kaisho and Akira.2006; Kawai and Akira,2006; Underhill,2007). TLR dibagi menjadi dua golongan menurut lokasinya yaitu yang terdapat pada membran plasma dan yang terletak pada membran endosomal. TLR yang terletak pada membran plasma adalah TLR-1,2,3,4,5 dan 6, sedangkan yang terletak pada membran endosomal adalah TLR-7,8 dan 9. (Abbas and Lihtman,2007). TLR pada umumnya bersifat homodimer tetapi TLR-2 dapat berfungsi sebagai dimer dan dapat sebagai heterodimer dengan TLR-1 atau TLR-6. Peptidoglycan (PGN) dan LTA dapat menginduksi TLR-2 dan aktivasinya melalui Myd 88 (Myeloid differentiation protein 88), IRAK (IL-1

DISERTASI


TAMARA YUANITA


32

receptor–associated kinase). TRAF6 (TNF-Receptor Associated Factors-6) dan IKK (I kappa B kinase) untuk menginduksi NF kappa B sinyal transduksi (Wang, 2001). TLR merupakan bagian dari struktur umum dan komponen sinyal

yang menimbulkan aktivasi

NF-kB.

Berbagai

literatur terkini

menunjukkan bahwa aktivasi NF-kB tidak seragam dan ligan TLR yang berbeda dapat mencetuskan jalur ganda yang polanya dapat berbeda. Inhibitor TLR dapat berupa molekul yang berbeda dan dapat mengintervensi tahap yang berbeda pula.

2.9 Nuclear Factor-kappa B (NF-κB) Nuclear Factor Kappa-light-chain-enhancer of activated B Cells (NF-κB) adalah kompleks protein yang mengendalikan transkripsi DNA. NF-κB ditemukan pada hampir seluruh jenis hewan dan terlibat dalam respon selular terhadap rangsang seperti stress, sitokin, radikal bebas, radiasi ultra violet, oksidasi LDL serta antigen bakteri atau virus (Tian and Brasier, 2003;Gilmore, 2006; Brasier,2006; Perkins, 2007). Ada lima famili NF-κB pada mamalia (Gilmore,2006; Lorenzo et al.,2011) : p50 yang diproses dari prekursornya p105, ditulis dalam kode NF-κB1 p52 yang diproses dari prekursornya p100, ditulis dalam kode NF-κB2 Rel A (juga dinamakan p65) ditulis dalam kode Rel A Rel B ditulis dalam kode Rel B c-Rel ditulis dalam kode REL NF-κB yang pertama kali diidentifikasi adalah p50 (NF-κB1) dan p65 (Rel A), Bentuk paling aktif dan paling sering diketemukan pada NF-κB adalah

DISERTASI


TAMARA YUANITA


33

heterodimer dari p65 (Rel A) dan p50 (NF-κB1) dan heterodimer tersebut merupakan bentuk klasik NF-κB dan family NF-κB sebagian besar terdapat dalam sitoplasma yang berikatan dengan protein inhibitor iκB. NF-κB dalam keadaan normal ditemukan dalam bentuk inaktif di sitoplasma sebagai heterodimer p50/p65 berikatan dengan unit inhibitor IκBα, pada sel yang tidak mengalami rangsangan, NF-κB terikat pada inhibitor κB (iκB) sehingga tidak mampu menuju inti, apabila terkena rangsangan iκB kinase kompleks akan memfosforilasi iκB yang akan mengakibatkan ubiquinisasi dan degradasi oleh proteosome. Akhir dari kaskade sinyal ini adalah iκB yang telah difosforilasi dan diubiquitinisasi yang masih berikatan dengan NF-κB di sitoplasma akan didegradasi oleh proteosome 26S secara selektif. Keadaan ini akan menimbulkan NLS (Nuclear Located Sequence) menjadi terbuka sehingga NF-κB terlepas dari iκB. Dalam hal ini NFκB akan mentranskripsi berbagai mRNA gen target diantaranya adalah iNOS. Aktivasi yang tidak semestinya dari NF-κB dikaitkan dengan berbagai proses inflamasi diantaranya adalah inflamasi kronis dan periodontitis (Gilmore,2006 ; Hooper,2008)). NF-κB terdapat dalam sitoplasma hampir seluruh sel dalam bentuk tidak aktif, terikat dengan protein inhibitor IκB dan seluruh protein dari NF-κB berbagi Rel homology domain pada N-terminus. Sub-famili protein NF-κB, yang meliputi Rel A, Rel B dan c-Rel memiliki domain transaktivasi pada C-terminus dan sebaliknya protein NF-κB1 dan NF-κB2 disintesis sebagai prekursor yang besar, p105 dan p100, yang mengalami pengolahan untuk secara berturut-turut menghasilkan sub-unit NF-κB matang, p50 dan p52. Proses pematangan p105 dan p100 diperantarai oleh jalur proteosome dan melibatkan degradasi selektif daerah

DISERTASI


TAMARA YUANITA


34

C-terminal yang mengandung ankyrin, sedangkan generasi p 52 dan p 100 merupakan suatu proses yang diatur ketatoleh p 50 yang merupakan hasil dari pengolahan konstitutif (Karin and Ben Nariah,2000). Ekspresi salah satu NF-κB p50/p52 diperlukan pada osteoklas dan prekursornya dibandingkan pada osteoblas untuk IL-1 memediasi resorpsi tulang. Aktivasi NF-κB tergantung pada dua pathway yaitu Canonical dan Non Canonical signaling pathway. Canonical pathway meliputi aktivasi IκB kinase (IKK) kompleks, termasuk IKKα, IKKβ dan NF-κB esensial modulator (NEMO atau IKKγ) yang berperanan penting terhadap fosforilasi dan degradasi IκB. Pathway ini mempunyai target p50 : Rel A dan p50 : cRel dimers. Pada kompleks IKK, IKKβ berperanan penting untuk mengaktifasi Canonical Pathway. Non Canonical Pathway mengaktifkan p52: Rel B dimers, dan pathway ini tergantung pada aktivasi IKKα homodimer oleh upstream kinase NF-κB inducing kinase (NIK). IKKα memfosforilasi p100 menyebabkan translokasi p52 : Rel B heterodimer. Pada penelitian terbaru dibuktikan bahwa Canonical Pathway sangat diperlukan untuk diferensiasi osteoklas secara in vivo (Lorenzo et al.,2011). NFκB memiliki peran yang beragam dalam inflamasi, beberapa gen proinfamasi diatur oleh NF-κB antara lain NOS2, TNFα, IL-1, COX-2 dan beberapa kemokin yang semuanya dapat meningkatkan inflamasi dengan menarik sel inflamasi lain pada sisi yang terinfeksi. NF-κB juga mengatur transkripsi dari inhibitornya. Produk bakteri juga dapat mengenali Toll-like receptors (TLRs) dan melalui hantaran sinyal akan menginduksi NF-κB. Toll-like receptors merupakan regulator kunci dari respon imun bawaan maupun adaptif (Doyle and O’neill,2006; Hayden et al.,2006). NF-κB juga meningkatkan ekspresi gen untuk

DISERTASI


TAMARA YUANITA


35

sitokin, enzim, molekul adesi pada penyakit inflamasi kronik. Salah satu gen tersebut adalah inducible nitric oxide synthase (iNOS) pada pasien asma, uulcerative colitis dan sel sinovial pada persendian yang mengalami inflamasi (Xie et al.,1994; Rachmilewitz et al.,1995; Evans et al., 1995). Ekspresi NF-κB p50 dan p52 tidak diperlukan untuk pembentukan RANK yang mengekspresikan progenitor osteoklas tetapi penting untuk RANK yang mengekspesikan prekursor osteoklas yang untuk berdiferensiasi menjadi TRAP+ osteoklas untuk merespon RANKL dan sitokin osteoklastogenik lain (Xing et al.,2002). Pembentukan osteoklas dan resorpsi tulang diinduksi oleh RANKL dan TNF, induksi sitokin tersebut memerlukan NF-κB p50 dan p52, c-Fos dan NFATc1 yang terekspresi pada prekursor osteoklas. c-Fos menginduksi NFATc1 tetapi hubungan antara NF-κB dan faktor transkripsi lain pada osteoklastogenesis sangat sedikit dimengerti. Penellitian Yamashita (2007) membuktikan bahwa RANKL dan TNF menginduksi pembentukan osteoklas secara langsung dari NFκB p50/p52 apabila c-Fos atau NFATc1 terekspresi. RANKL dan TNF menginduksi c-Fos kemudian ekspresi c-Fos memerlukan kebersamaan dengan RANKL atau TNF untuk menginduksi aktivasi NFATc1 sehingga ekspresi c-Fos akan menaikkan jumlah dan kapasitas osteoklas. NF-κB mengkontrol permulaan diferensiasi osteoklas prekursor yang diinduksi langsung oleh RANKL dan TNF yang mengarahkan kepada aktivasi c-Fos diikuti oleh NFATc1. Mencegah NF-κB akan mencegah RANKL dan TNF menginduksi resorpsi tulang (Yamashita,2007). NF-κB merupakan suatu faktor transkripsi multifungsi yang meregulasi ekspresi gen yang terlibat pada aktivitas banyak sel. Teraktivasi pada kondisi

DISERTASI


TAMARA YUANITA


36

inflamasi dan neoplastik, terekspresi karena stimulasi oleh beberapa sitokin proinflamatori. Sebaliknya NF-κB meregulasi ekspresi sitokin dan memediasi siklus autokin self-amplifying dari pelepasan sitokin dan aktivasi NF-κB, mengarahkan kepada pemeliharaan reaksi inflamasi setelah adanya stimulus inisial. NF-κB berperan pada fungsi osteoklas dan osteoblas (Boyce et al.,2010). NF-κB merupakan famili faktor transkripsi pada imunitas dan fungsi normal pada beberapa jaringan . Pada osteoklas NF-κB berperan pada regulasi negatif pembentukan tulang (Krum et al.,2010).

2.10 Interleukin-12 (IL-12) IL-12 adalah mediator utama imunitas non spesifik dini terhadap mikroba yang merupakan induktor kunci dalam imunitas seluler spesifik terhadap mikroba. Mempunyai efek merangsang produksi IFN-γ (Karnen,2009). IL-12 merupakan sitokin regulator yang sangat penting pada inisiasi dan regulasi respon imun. IL12 meregulasi diferensiasi sel T naif yang berperan untuk mediasi imunitas melawan infeksi intra sel. IL-12 merupakan aktivator makrofag yang poten pada infeksi intraselular. Selain itu juga merupakan induser untuk melepaskan mediator resorpsi tulang dan memblok sitokin Th-2 yang mengakibatkan progress bone loss periapikal (Queiroz et al.,2011). IL-12 merupakan heterodimer yang terdiri dari sub unit p35-p40 yang disekresi oleh sel dendrit yang teraktivasi. IL-12 dapat menstimulasi diferensiasi sel T CD4 terhadap sub set Th-1. Sel Th-1 mengekspresikan reseptor IL-12 sub unit IL-12Rβ2. Proses ini tergantung pada faktor transkripsi STAT4 dan T-bet yang merupakan regulator penentu untuk Th-1 (Glimcher,2007). Sinyal IL-12

DISERTASI


TAMARA YUANITA


37

melalui IL-12R yang berpasangan dengan signaling pathway JAK-STAT khususnya faktor transkripsi STAT-4. Tahap kritis diferensiasi sel Th-1 dan sel T CD4 naif dipengaruhi oleh T-bet yang membantu sel T helper melakukan diferensiasi ke arah Th-1 (Koch et al.,2009). T-bet menginduksi IL-12Rβ2 untuk menginduksi signaling pathway IL-12 dalam mengoptimalkan IFN-γ yang berperan pada perkembangan sel Th-1 (Wang,2006).

2.11 Interferon gamma (IFN-γ) Interferon merupakan sitokin mediator yang terbentuk karena respons imunologi yang merupakan mediator proinflamasi. Interferon dapat digolongkan menjadi interferon α, interferon β, dan interferon γ, interferon α dihasilkan oleh sel fagosit mononukler dan β dihasilkan oleh sel fibroblast. Interferon α dan β berfungsi sebagai respon imun spesifik untuk infeksi virus, sedangkan Interferon γ merupakan interferon yang dihasilkan oleh sel NK, Th-1 dan CD-8. Interferon γ spesifik sebagai respon imun dari infeksi mikroba intraseluler atau komponen dari mikroba tersebut. IFN-γ meningkatkan fungsi mikrobisidal dari makrofag dengan stimulasi sintesa Nitric Oxide (Abbas et al.,2010). IFN-γ adalah suatu limfokin, diproduksi oleh limfosit dan sel NK yang berimplikasi pada bone loss periodontal. Ekspresinya dikaitkan dengan limfosit Th-1. IFN-γ juga berkaitan dengan dengan peningkatan ekspresi RANKL. Mempunyai ukuran 50 kD (glycosylated) homodimer dari 21 sampai 24 kD sub unit (Teng,2005). Interferon-gamma adalah protein homodimer yang dibentuk oleh sel NK, T CD-4 dan sel T CD-8 yang merupakan pertanda sitokin subset Th-1. Sel NK

DISERTASI


TAMARA YUANITA


38

mensekresi IFN-γ dalam responnya untuk mengaktifkan ligan pada permukaan sel yang terinfeksi atau terpapar stress. Pada imunitas adaptif, sel T membentuk IFN-γ dalam responnya untuk mengenali antigen dan pembentukannya akan ditingkatkan oleh IL-12 (Abbas et al.,2010). Dikatakan bahwa IL-12 merupakan induser potensial produksi IFN-γ yang menstimulasi sel efektor Th-1. beberapa penelitian menunjukkan korelasi positif antara sitokin resorpsi tulang IL-1, produksi IL-12 dan IFN-γ. IL-12 diduga mempunyai peran yang potensial pada pelepasan mediator resorpsi tulang dan memblokade sitokin Th-2 yang mengakibatkan progres dari bone loss periapikal ((Queiroz et al.,2011). Interferon-γ yang diproduksi oleh berbagai sel sistem imun merupakan sitokin utama Macrophage Activating Cytokines (MAC) yang berperan utama dalam imunitas non-spesifik dan spesifik selular. IFN-γ adalah sitokin yang mengaktifkan makrofag untuk mengelilingi fagosit. IFN-γ juga merangsang ekspresi MHC kelas I dan MHC kelas II dan ko-stimulator APC. IFN-γ juga meningkatkan diferensiasi sel T CD-4 naif ke sub-set sel Th1 dan mencegah proliferasi sel Th 2 (Bratawidjaja dan Rengganis,2009, Abbas et al.,2010). Peran protektif dari IFN-γ merupakan prototipikal dari sitokin Th-1 yang diperlihatkan dengan tidak adanya IFN-γ akan meningkatkan terjadinya resorpsi tulang (De Rossi et al.,2008). IFN-γ juga mempunyai efek stimulasi pada resorpsi melalui kemampuannya untuk menstimulasi produksi TNF-α dan RANKL pada limfosit T (Gao et al.,2007). Fungsi IFN-γ dalam imunitas yang dimediasi sel terhadap mikroba intraseluler sangat penting yaitu : (1) mengaktifkan makrophag untuk membunuh mikroba yang difagosit, (2) meningkatkan diferensiasi sel T CD-4 naif menjadi

DISERTASI


TAMARA YUANITA


39

sub-set Th-1 dan menghambat diferensiasi sel Th-2, (3) meningkatkan perubahan menjadi sub-kelas Ig G tertentu pada sel B, (4) menstimulasi ekspresi molekul MHC kelas I dan II serta ko-stimulatori pada APC (Abbas et al.,2010).

2.12 Nitric Oxide (NO) Nitric oxide (NO) merupakan short lived radikal bebas yang telah diketahui dapat mengakibatkan beberapa proses seluler yang berbeda. NO merupakan molekul messenger penting yang terlibat pada berbagai proses fisiologik dan patologik dalam tubuh mamalia yang dapat menguntungkan atau merugikan. NO berperan sebagai regulator yang juga berfungsi sebagai efektor selama terdapat inflamasi dan infeksi. Fungsi efektor tersebut antara lain adalah efek toksisitas terhadap mikroorganisme yang ditemukan pada patogenesis jaringan akibat inflamasi. NO mempunyai efek dalam regulasi sistem imun yaitu interaksi dalam sistem sinyaling. Hal inilah yang mengakibatkan perubahan aktivitas faktor transkripsi dan memodulasi ekspresi banyak mediator lain. Tingkat produksi NO yang tepat merupakan proteksi walaupun produksi NO yang berlebihan akan menyebabkan toksisitas langsung pada jaringan. Ekspresi yang kronik dari NO dikaitkan dengan berbagai karsinoma dan kondisi inflamasi (Hou et al.,1999; Guzik and Adamek,2003). NO diproduksi dari amino acid L-arginin oleh aksi enzimatik Nitric Oxide Synthase/NOS (Hof and Rolston, 2001). NOS merupakan famili enzim eukariotik yang mengkatalisis produksi NO dari L-arginine. NO tersintase di dalam sel oleh enzim NO Synthase (NOS). Pada manusia dan tikus mempunyai tiga genom yang berisi tiga gen yang berbeda yang mengkode sintesa yang berbeda yaitu neuronal

DISERTASI


TAMARA YUANITA


(nNOS atau NOS-1), cytokine-inducible (iNOS

40

atau NOS2) dan endothelial

(eNOS atau NOS3). Produk NO dari sintesis iNOS sangat berbeda dengan produk NO oleh eNOS dan nNOS Enzim iNOS menghasilkan produk sangat banyak dan dapat bertahan lama sehingga dapat menghasilkan toksisitas, sedangkan enzim NOS lainnya menghasilkan NO dalam beberapa detik dan kemudian non aktif dalam jangka waktu yang sangat singkat (Guzik and Adamek, 2003). Fungsi derivat NO yang disintesis oleh iNOS juga berbeda, secara imunologik atau kimiawi disekresi oleh makrofag yang aktif. NO mempunyai efek antimikrobial dan nitrolisasi makromolekul. Dalam beberapa detik, NO dioksidasi menjadi nitrit atau nitrat yang dihasilkan oleh anion superoksida (O2-) yang dapat membentuk peroksinitrit (ONOO-) yang mempunyai efek sitotoksik. Diduga peningkatan iNOS

akibat

adanya

peningkatan

faktor

transkripsi

NF-κB

sehingga

mengakibatkan peningkatan gen yang diekskresikannya yaitu iNOS. Peningkatan iNOS tidak selalu memberikan efek yang merugikan karena NO yang terbentuk mempunyai 2 fungsi yaitu dalam jumlah kecil berfungsi sebagai anti bakteri tetapi dalam jumlah besar dapat mengakibatkan toksisitas sel. Peningkatan iNOS sebagai respon makrofag melalui IFN-γ yang disekresi melalui sitokin Th-1. Peningkatan NO pada saat ini diketahui berperan penting pada respon inflamasi (Guzik and Adamek,2003). Ekspresi dari iNOS diinduksi oleh stimulus yang sesuai (misalnya untuk mencerna suatu parasit). NO dihasilkan oleh fagosit (monosit, makrofag dan netrofil) yang merupakan bagian dari respon imun. iNOS diaktifasi oleh IFN-γ sebagai sinyal tunggal (Gorczyniski and Stanley,2000). NO adalah molekul signaling multifungsional yang merupakan faktor kunci vasculoprotektif dan

DISERTASI


TAMARA YUANITA


41

osteoprotektif. NO meregulasi bone remodeling dan pathological bone loss melalui aktivasi, pembentukan dan pengaktifan resorbsi tulang oleh osteoklas. Inducible Nitric Oxide Synthase (iNOS) memperlihatkan efek yang berlawanan pada fisiologi osteoklas. NO mempunyai fungsi yang berbeda selama development dan aktivasi osteoklas. Ekspresi (iNOS) dari generasi NO distimulasi oleh IFN atau lipopolisakarida tetapi tidak oleh IL-1 atau TNF-α. Ekspresi iNOS dan pelepasan NO menyebabkan peningkatan RANKL, dan respon tersebut tergantung pada lama dan dosisnya, membutuhkan aktivasi NF-κB dan sintesa protein yang terhambat secara spesifik oleh OPG (osteoprotegerin) yang merupakan reseptor pemancing, hal ini akan menyebabkan pencegahan RANKL yang terinduksi NO untuk meningkatkan pembentukan osteoklas. NO dalam keadaan normal mengendalikan osteoklastogenesis yang dimediasi oleh RANKL. Defisiensi iNOS mempercepat pembentukan osteoklas dan resorpsi secara in vivo dan in vitro. RANKL yang terinduksi pada iNOS derived NO function merupakan sinyal negatif untuk membatasi osteoklastogenesis yang secara bersama-sama terstimulasi oleh RANKL (Zheng et al,2006). Penelitian Wang et al (2004) mengatakan bahwa donor NO akan meningkatkan

produksi OPG dan

menghambat aktivitas osteoklastogenesis pada sel stromal bone marrow dari tikus ovariektomi. Penelitian Fukada (2008) membuktikan bahwa peningkatan resorpsi tulang pada tikus dengan defisiensi iNOS berkorelasi dengan peningkatan ekspresi RANK dan penurunan OPG, sehingga disimpulkan bahwa defisiensi NO menyebabkan

ketidakseimbangan

faktor

modulasi

resorpsi

tulang

yang

meningkatkan stimulasi bone loss.

DISERTASI


TAMARA YUANITA


42

NO yang dihasilkan oleh dari iNOS berperan penting pada host defense, penelitian Fukada et al (2009) tentang peran NO pada bone loss oleh infeksi bakteri yang menginduksi Periodontitis Apikalis menggunakan tikus dengan kondisi defisiensi iNOS membuktikan bahwa pada tikus dengan defisiensi iNOS menghasilkan sel radang dan lesi osteolitik yang meningkat dibanding tikus kontrol. Tartrate resistant acid phosphatase positive (TRAP+) osteoklas lebih banyak secara bermakna pada tikus dengan defisensi iNOS, selain itu juga mempunyai korelasi dengan peningkatan ekspresi dari receptor activator NFkappa B (RANK) stromal cell dan penurunan ekspresi osteoprotegerin (OPG). Hasil penelitian Fukada et al (2009) mengatakan bahwa defisiensi NO memperparah bone loss. NO dan superoksida kemungkinan bereaksi secara in vivo untuk memproduksi peroksinitrit yang secara molekular akan meningkatkan kerusakan jaringan (Radi et al.,2001). Penelitian Silva et al.,2011 membuktikan bahwa peran iNOS dan NO untuk mengkontrol progress resorpsi tulang pada tikus model experimental yang mengalami periodontitis apikal. Defisiensi iNOS diasosiasikan dengan keadaan inbalance pada sitokin proinflamatori IL-1 dan TNF-, modulator resorpsi tulang (RANK dan RANKL) dan chemokin MCP1. Menariknya produksi ROS tidak memperlihatkan keterlibatan pada progres lesi periapikal yang kemungkinan memediasi diferensiasi osteoklas.

DISERTASI


TAMARA YUANITA


43

2.13 Tumor Necrosis Factor alpha (TNF-α) Tumor Necrosis Factor (TNF) mewakili rumpun dari 2 polipeptida (α dan β). TNF-α dan TNF-β mempunyai kemiripan aktivitas biologik yang merupakan stimulator potensial pada resorpsi tulang (Lorenzo et al, 2011). TNF mentimulasi osteoklastogenesis yang dilakukan secara invivo pada mencit yang mengalami defisiensi p100 protein prekursor dari NF-κB yang merupakan molekul sinyal pada RANKL untuk memediasi stimulasi osteoklastogenesis dan resorpsi tulang. TNF berikatan dengan 2 reseptor permukaan sel yaitu TNF-Receptor1 atau p55 dan TNF-Receptor 2 atau p75. TNF mempunyai reseptor aktif yaitu TNF type 1 receptor (TNF-r1) yang dapat menginduksi osteoklastogenesis (Zang et al.,2001).

2.14 Peran RANK-OPG-RANKL pada diferensiasi Osteoklas (Osteoklastogenesis) 2.14.1 RANK (Receptor Activator of NF-kappa B) RANK adalah anggota superfamili TNF-Reseptor (TNF-R), terekspresi sebagai transmembran heterotrimer pada permukaan sel osteoklas progenitor, osteoklas matang dan biasa juga pada sel kondrosit dan tropoblas. Pada invitro, ikatan RANK dengan RANKL menyebabkan terjadinya osteoklastogenesis dari sel progenitor dan aktivasi dari sel osteoklas dewasa (Jones,2002). RANK yang merupakan protein membran tipe I pada awalnya ditemukan pada sel dendritik pada sumsum tulang. RANK merupakan reseptor dari RANKL dan dapat memperpanjang kehidupan dari sel dendritik. Terjadinya diferensiasi sel

DISERTASI


TAMARA YUANITA


44

osteoklas dari hemopoitik progenitor tergantung pada reseptor yang terdapat pada membran sel osteoklas yang disebut RANK dimana pengaturan transkripsinya oleh NF-κB (Jilka, 2001). Peran utama dari RANK pada terjadinya osteoklastogenesis adalah sebagai reseptor faktor diferensiasi osteoklas (Kearns et al,2008). Aktivasi dari RANK terjadi karena ikatan secara langsung dengan ekstraseluler domain dari trimerik RANKL, extracellular cysteine-rich domains dan trimerik RANK. Interaksi ini akan menyebabkan oligomerisasi dari RANK dan aktivasi dari beberapa sinyal transduksi. RANK yang berikatan dengan RANKL mengakibatkan rekruitment protein adapter yang dikenal sebagai TRAF 6 (TNF receptor associated factor 6) yang terletak pada sisi spesifik pada intraselular domain dari RANK. TRAF 6 beraksi sebagai second messenger untuk mengaktifkan beberapa proteinkinase termasuk nuclear factor of activated T cells (NFAT)c1 yang merangsang transkripsi dari gene osteoklastogenik (Kearns et al,2008). Aktivasi yang terjadi akibat ikatan RANK dan RANKL ini akan menyebabkan terjadinya diferensiasi sehingga terbentuk osteoklas, tetapi apabila RANKL berikatan dengan OPG yang merupakan kompetitif inhibitor RANK maka akan terjadi hambatan pembentukan osteoklas seperti tampak pada Gambar 2.8

DISERTASI


TAMARA YUANITA


45

Gambar 2.8: Peranan RANK dan RANK-Ligand dalam aktivasi sel osteoklas dan peran OPG menghambat proses tersebut (Kearns et al, 2008)

2.14.2 OPG (Osteoprotegerin) OPG merupakan protein yang melindungi tulang dari proses penyerapan (protector of the bone). OPG disebut juga dengan Osteoclastogenesis inhibitory factor (OCIF), merupakan homolog dari famili TNF reseptor. Gene dari OPG di kode oleh protein 44 kDA dan setelah translasi menjadi 55 kDA molekul melalui N-linked glykolisasi (Jones,2002). OPG merupakan sekresi protein dengan 110kDa yang homodimer, disintesa oleh osteoblas dan prekursornya. Merupakan anggota superfamili TNF yang berfungsi sebagai reseptor umpan yang larut (a soluble decoy receptor) terhadap RANK-Ligand. Berkompetisi dengan reseptor RANK yang terdapat pada

DISERTASI


TAMARA YUANITA


46

membran prekursor osteoklas dan osteoklas dewasa sehingga tidak terbentuk ikatan RANK dengan RANKL kompleks yang selanjutnya akan menyebabkan osteoklastogenesis dan aktivasi sel osteoklas dewasa. OPG sangat efektif sebagai inhibitor maturasi dan aktivasi sel osteoklas.

2.14.3 RANKL (Receptor Activator of NF-κB Ligand) RANKL (receptor activator of NF-κB ligand), merupakan salah satu famili dari TNF, juga dikenal sebagai TNF-related activation-induced cytokine (TRANCE), osteoprotegerin ligand (OPGL) dan ODF (osteoclast differentiation factor). RANKL merupakan protein membran tipe II, memiliki reseptor RANK yang merupakan kunci pengaturan remodeling tulang dan sangat esensial dalam perkembangan dan aktivasi osteoklas (Manologas,2000; Jones et al.,2002; Boyle et al.,2003 dan Teitelbaum,2005). Aktivasi sel T menginduksi ekspresi RANKL yang berperan untuk meningkatkan osteoklastogenesis dan kerusakan tulang. RANKL merupakan anggota baru dari TNF superfamily yang terekspresi oleh stromal environtment yang mengikat fungsional reseptor RANK. Pada osteoklas akan menginduksi osteoklastogenesis (Petit et al.,2001; Odgren et al.,2003). Penelitian Sabeti et al. (2005) membuktikan bahwa RANKL berperan penting pada resorbsi tulang. Findlay et al (2008) membuktikan adanya hubungan antar kadar RANKL dalam serum dengan RANKL pada tulang femur yang mengalami osteoartritis. Begitu juga hubungan antara kadar RANKL mRNA dengan proses bone turnover.

DISERTASI


TAMARA YUANITA


47

Terbukti bahwa RANKL merangsang terjadinya osteoklastogenesis yang akan menyebabkan penyerapan tulang. RANKL memegang peran sangat dominan terhadap pengaturan penyerapan tulang sehingga tidak ada yang sanggup menggantikannya dalam proses penyerapan tulang apabila RANKL tidak ada (Kearns et al., 2008). Ekspresi RANKL optimal pada minggu ke 3 terbentuknya lesi periapikal kemudian menurun pada minggu ke-4 diikuti dengan kerusakan tulang periapikal (Kawashima et al.,2007). Sedangkan Menezes et al (2008), menjelaskan bahwa peran RANKL untuk meningkatkan perluasan lesi periapikal. RANKL merangsang terjadinya fusi dari sel prekursor yang mononuler kemudian memacu untuk berdiferensiasi menjadi sel osteoklas dewasa. Perlengketannya pada permukaan tulang dan pada akhirnya menyerap tulang. Selanjutnya

akan

mempertahankan

kehidupan

osteoklas

dengan

cara

memperlambat terjadinya apoptosis (Kearns et al.,2008). RANKL diekspresi paling banyak oleh osteoblas dan sel lapisan mesenchim. Selain itu diekspresi juga oleh sel periosteal, kondrosit, sel endotelial dan juga oleh sel T aktif (Kearns et al.,2008; Findlay et al.,2008).

2.15 NFATC1 (Nuclear factor of activated T cells C1) NFATC1 merupakan regulator kunci pada tulang karena sinyaling NFAT merupakan faktor penting untuk diferensiasi osteoklas dan resorpsi tulang. Merupakan pengendali osteoklastogenesis karena mengkoordinasi resorpsi tulang dengan merekrut prekursor osteoklas menjadi multinukleus (Monte et al.,2006).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


48

NFAT merupakan suatu kelompok faktor transkripsi yang teridentifkasi pada sel T, mempunyai 4 isoform yaitu C1 – C4 yang merupakan regulator kunci pada tulang. NFAT yang teraktivasi akan mengakibatkan translokasi ke inti dan akan berikatan pada daerah spesifik pada gen target. Aktivasi NFATC1 mengendalikan diferensiasi osteoklas (Lambertini et al.,2006). NFATC1 diaktivasi oleh TRAF6 yang berperan penting pada osteoklastogenesis (Takayanagi et al.,2002 ; Ikeda et al.,2004). NFATC1 membentuk kompleks transkripsi spesifik osteoklas (Takayanagi et al.,2002 ; Kim et al.,2005). Aktivasi NFATC1 akan menginduksi TRAP+ osteoclast formation sehingga terjadi multinucleated osteoclast (osteoklas matang) yang selanjutya akan membentuk osteoklas aktif (ruffled border osteoclast). Semakin banyak produksi osteoklas aktif akan terjadi semakin banyak penyerapan tulang (Asagiri and Takayanagi,2009).

2.16 Diferensiasi sel Osteoklas dan Osteoblas 2.16.1 Sel Osteoklas Osteoklas merupakan sel raksasa berinti banyak (multinucleated giant cells) yang dibentuk oleh fusi dari sel prekursor mononukler. Osteoklas sebetulnya berasal dari sel hematopoitik pada sumsung tulang yang disebut sebagai granulocyte-macrophage colony-forming units (CFU-GM), yang terdiri dari sel mononukler dan sel makrofag (Manologas and Jilka,1995). Sel

DISERTASI


TAMARA YUANITA


49

mononukler tersebutlah yang akan merupakan sel bakal osteoklas yang disebut progenitor osteoklas (Osteoclast Progenitor). Progenitor osteoklas bergerak dari sumsum tulang ke tulang lainnya melalui sirkulasi atau migrasi langsung. Selanjutnya atas pengaruh Macrophage Colony-Stimulating Factors (MCSF) menjadi prekursor osteoklas (Osteoclast Precursor). MCSF teridentifikasi sebagai faktor penting pada osteoklastogenesis karena dapat mengirimkan sinyal kepada sel melalui reseptor spesifik cFMS yang merupakan bagian dari super famili

Reseptor Tirosin Kinase. MCSF sangat

penting untuk proliferasi dan kelangsungan hidup sel prekursor osteoklas dan makrofag ( Takayanagi,2007). Prekursor osteoklas ini masih merupakan sel mononukler. Sel mono nukler akan berdiferensiasi menjadi Osteoclast-like cells (OCL) dengan berbagai variasi pada kultur in vitro. Prekursor osteoklas dengan pengaruh sitokin IL-6 mengadakan fusi membentuk sel multinukler osteoklas yang selanjutnya berfungsi menyerap tulang (Lorenzo et al.,2008). Osteoklas matang (mature osteoclast) biasanya mempunyai diameter berukuran 50-100 µm, multinukler, kaya mitokondria, lisosom dan ribosom bebas (Manolagas,2000). Mempunyai permukaan yang kasar berlipat (ruffled border) yang berfungsi melakukan penyerapan terhadap tulang, yang dilengkapi oleh daerah khusus yang disebut clear zone. Sitoplasma pada clear zone lebih transparant dan mengandung filament meyerupai aktin (actin-like filaments). Fungsi dari clear zone adalah membatasi lingkungan mikro pada permukaan tulang yang akan diserap. Komponen mineral tulang akan larut karena terjadi

DISERTASI


TAMARA YUANITA


50

suasana asam akibat aksi yang disebut ATP-driven proton pump (Vacuolar H+ ATPase) pada permukaan ruffled border. Komponen protein matriks utamanya adalah kolagen akan didegradasi oleh enzim matrix metalloproteinase. Setelah sel osteoklas melaksanakan tugasnya kurang lebih selama 2 minggu kemudian mengalami apoptosis. Semakin banyak produksi osteoklas aktif maka semakin banyak terjadi penyerapan tulang (Steinbeck,2004). Pembentukan osteoklas ruffled border seperti tampak pada Gambar 2.9

Gambar 2.9 : Aktivasi dari sistem RANK-RANKL-OPG dalam pembentukan osteoklas (Ingle et al., 2008).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


51

2.16.2 Sel Osteoblas Sel osteoblas berasal dari sel mesensim sumsum tulang yang pluripoten dibawah pengaruh faktor pertumbuhan (growth factors) dan faktor lainnya. Sel asal (stem cell) selain akan berdiferensiasi menjadi preosteoblas juga berpotensi menjadi fibroblas, kondrosit, adiposit atau sel otot (Manolagas and Jilka,1995; Baylink et al,1999), selanjutnya sel preosteoblas akan berdiferensiasi dan kemudian berakhir dengan sel osteoblas matang (mature osteoblast) (Baylink et al,1999). Sel osteoblas juga memproduksi molekul yang menyerupai sitokin (cytokine-like molecules) yang berafenitas tinggi dengan RANK yang disebut sebagai RANKL. Sel osteoblas selain itu juga memproduksi OPG yang merupakan anti osteoklastogenik, hal ini karena OPG merupakan suatu reseptor umpan (decoy receptor) yang berkemampuan mengikat RANKL sehingga dapat memblokir interaksi antara RANK-RANKL (Manolagas,2000; Lorenzo,2008).

2.17 Pengaruh bakteri Enterococcus faecalis terhadap respon imun tulang alveol pada resorpsi periapikal gigi Lipoteichoic acid (LTA) merupakan unsur pokok utama dari outer envelope bakteri Gram positif yang berkonstribusi terhadap integritas struktural bakteri yang penting pada proses patogenesis dan terimplikasi dalam proses terhadap host dalam mempengaruhi respon imun. LTA dapat dikenali oleh molekul signaling spesifik pada permukaan sel host yang

DISERTASI


TAMARA YUANITA


52

disebut Toll-like Receptors, menghasilkan stimulasi innate dan immune defensive. Toll-like receptors adalah membran signaling receptors yang berperan penting dalam pertahanan tubuh alami terhadap mikroba. Fungsi tersebut sangat tergantung pada peran PRR (pattern recognition receptors) untuk mengenali pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) yang spesifik pada tiap mikroba. TLR merupakan bagian dari struktur umum dan komponen sinyal yang dapat menimbulkan aktivasi NF-κB. Penelitian Baik et al (2008) membuktikan bahwa LTA dapat menstimulasi murin makrophag serta dapat menstimulasi TLR2. NF-κB yang meningkat akan menyebabkan terjadinya diferensiasi sel osteoklas sehingga reseptor aktivator dari NF-κB (RANK) pada progenitor osteoklas dan osteoklas matang akan meningkat (Jilka,2001), bila RANK meningkat maka reseptor pemancing OPG otomatis akan menurun (Silva et al.,2004). Penelitian Coon (2007) membuktikan bahwa aktivasi sel T akan menginduksi ekspresi RANKL yang berikatan dengan RANK pada inflammatory bone resorption sehingga menyebabkan resorpsi tulang. RANKL dapat merangsang terjadinya fusi dari sel prekursor mononukler untuk berdiferensiasi menjadi sel osteoklas dewasa. Apabila terjadi perlengketan pada permukaan tulang, pada akhirnya akan menyerap tulang dan kemudian akan mempertahankan kehidupan osteoklas dengan cara memperlambat terjadinya apoptosis sel osteoklas (Kearns et al.,2008). Silva et al (2007) mengatakan invasi lekosit pada jaringan dapat menginduksi beberapa substansi termasuk interleukin-1 (IL-1) dan

DISERTASI


TAMARA YUANITA


53

chemokin pada jaringan keras atau tulang yang berhubungan dengan integritas jaringan keras. Hal tersebut tergantung pada keseimbangan bone resorption (osteoclast) dan bone deposition (osteoblast). Mekanisme osteoclast diatur oleh TNF family of receptors, RANK (receptor activator of nuclear factor –kB), osteoprotegerin (OPG) dan ligan RANKL (Boyle et al.,2003). Sistem OPG / RANKL / RANK adalah suatu sistem yang mempunyai peran penting dalam mengatur sel osteoblas dan jumlah sel osteoklas (Simonet,1997; Khosla, 2001).

2.18 Pengertian Imunopatobiologi Imunopatobiologi merupakan suatu ilmu yang berasal dari perkembangan Patobiologi dan Imunologi yang mempunyai spektrum luas dan merupakan sumber konsep baik dalam pengkajian maupun untuk penelitian. Akhir-akhir ini dengan perkembangan biologi seluler dan molekuler, maka muncul Patobiologi Seluler dan Patobiologi Molekuler (Mooduto,2001). Imunopatobiologi merupakan hibrida dari Imunologi dan Patobiologi. Patobiologi adalah ilmu yang mempelajari perubahan biologis yang tidak seimbang (imbalance), mulai dari sistem sampai molekul yang dalam kondisi ekstrem dapat menyebabkan penyakit. Sedangkan Imunologi adalah ilmu yang mempelajari tentang imunitas. Jadi Imunopatobiologi

merupakan

ilmu

yang

mempelajari

perubahan

imbalance imunitas yang dalam keadaan ekstrem dapat menimbulkan suatu penyakit (Mooduto,2001).

DISERTASI


TAMARA YUANITA


Berdasarkan

istilah

Imunopatobiologi

54

dimunculkan

istilah

Imunopatobiogenesis yang berkonsep pada genesis dari perubahan biologis imunitas yang imbalance, mulai dari sistem sampai molekul yang dalam keadaan ekstrem akan menimbulkan gejala dan keluhan (Putra,2000). Imunopatobiogenesis resorpsi periapikal gigi akibat suatu jejas oleh bakteri Enterococcus faecalis dapat menyebabkan perubahan imbalance imunitas yang dalam keadaan ekstrem dapat menimbulkan penyakit keradangan kronik daerah periapikal gigi. Pada konsep Imunopatobiogenesis dikonsepkan sebagai genesis perubahan biologis imunitas yang imbalance sampai tingkat molekul.

DISERTASI


TAMARA YUANITA

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. Komposisi mikrobiota bervariasi tergantung jenis infeksi dan perbedaan

Recommend Documents