Majalah Ilmu Faal Indonesia Vol. 6/3/2007
169
PEMBERIAN TAMBAHAN KALSIUM PADA MASA PERTUMBUHAN TERHADAP TEBAL TULANG KORTIKAL DAN TRABEKULAR Yuliati*, Gadis Meinar Sari**, Sunarko Setyawan**, Sri Hendromartana**
ABSTRACT This research was aimed to investigate calcium dietary supplement influence on cortical dan trabecular bone thickness. The separate pretest – posttest control group design was used on rattus metabolic model. The rats were chosen by criteria’s mentioned as male, one and a half month of age and grouped into 3 different groups. First group was pretest group, the second was given calcium supplement (calcium lactate 27 mg/200 g BW/day) orally during 2 months and the last one was posttest group. Cortical and trabecular bone thickness were determined by objective micrometer (micron) on cross sectional histological-femoral slide. The result were shown as trabecular bone thickness in pretest group 16,3 ± 5,7402; calcium dietary group 27,4 ± 4,8270; and posttest group 35 ± 4,577. Cortical bone thickness found in pretest group 5,1 ± 1,8841; calcium dietary group 22,1 ± 1,2450; and posttest group 20,625 ± 2,1360. There was a significant difference due to response of trabecular bone thickness between calcium dietary and posttest group (p=0,047), but not in cortical bone thickness (p=0,056). Keywords: bone strength, cortical bone, trabecular bone, calcium lactat
PENDAHULUAN Promosi makanan dan minuman yang mengandung kalsium sebagai penguat tulang pada masa pertumbuhan atau antiosteoporosis pada orang dewasa banyak didapatkan. Intervensi melalui makanan difokuskan pada pemasukan kalsium yang merupakan mineral utama penyusun tulang (Akesson, 1998; O’Brien, 1998). Apabila kandungan mineral utama tulang (kalsium) berkurang maka kekuatan tulang menurun dan tulang akan kehilangan struktur pendukung interna (Paturusi, 2001). Proses pertumbuhan tulang meliputi proses sekresi dan pemadatan untuk menyusun matriks tulang. Kekuatan tulang selain ditentukan oleh kandungan mineral massa tulang juga ditentukan oleh karakteristik struktural tulang yaitu ukuran, bentuk dan susunan arsitektur tulang. Penurunan massa tulang selain diidentifikasi dari kepadatan tulang, juga dapat diprediksi dari perubahan struktural tulang misalnya perubahan massa bagian kortikal dan trabekula. Perubahan )
* Departemen Biologi Mulut Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Airlangga ) ** Departemen Ilmu Faal Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga
Majalah Ilmu Faal Indonesia Vol. 6/3/2007
170
massa daerah kortikal dan trabekula berpengaruh terhadap kekuatan tulang karena perbedaan kandungan mineral yang menentukan fungsi kedua daerah tersebut. Menurut Anthoni (1998) bagian kortikal berfungsi mekanik sedangkan bagian trabekula adalah metabolik. Trabekula mempunyai keaktifan metabolik lebih besar yaitu lebih sering terjadi perubahan mineral dibanding kortikal sehingga mempunyai prediposisi untuk terjadi kekurangan massa tulang (Sari, 2001). Berdasarkan latar belakang diatas penelitian ini bertujuan membuktikan bahwa terdapat perbedaan tebal tulang kortikal dan trabekular sebagai bagian struktural tulang yang dapat mencerminkan kekuatan tulang oleh karena pemberian tambahan kalsium pada masa pertumbuhan. METODE PENELITIAN Jenis penelitian adalah eksprimental laboratoris dengan rancangan separate pretest – posttest control group design. Penelitian menggunakan hewan coba tikus putih (Rattus norvegicus strain Wistar) jantan usia 1,5 bulan, dikelompokkan atas 3 kelompok yaitu kelompok pretest, kelompok kalsium dan kelompok aquadest. Pemberian tambahan kalsium laktat pada kelompok kalium dilakukan dengan dosis 27 mg/200 gr BB tikus/hari per oral/sonde selama 2 bulan. Tebal tulang kortikal dan trabekular yang diukur pada foto preparat histologis sayatan melintang tulang femur dengan mikrometer obyektif dalam satuan mikron yang difoto pada pembesaran yang sama. Data hasil penelitian (Tebal tulang kortikal dan trabekular) dianalis dengan analisis deskriptif dan analisis varian (Anava). HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini menggunakan rancangan separate pretest-posttest design dengan asumsi bahwa jangka waktu penelitian cukup lama sehingga adanya pengaruh pertumbuhan tikus perlu diperhatikan. Hasil akhir perubahan tebal tulang kortikal dan trabekula pada kelompok kalsium merupakan hasil pertumbuhan ditambah efek perlakuan. Untuk melihat apakah terdapat perubahan akibat perlakuan pemberian tambahan kalsium maka pengaruh pertumbuhan dieliminasi sehingga didapatkan respons perubahan akibat perlakuan. Hasil analisis desktriptif pada masing-masing kelompok dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Majalah Ilmu Faal Indonesia Vol. 6/3/2007
171
Tabel 1. Hasil analisis deskriptif masing-masing kelompok Kelompok Pretest Kalsium Aquadest
Tebal Trabekula (mikron) 16,3 ± 5,7402 27,4 ± 4,8270 35 ± 4,577
Tebal Kortikal (mikron) 5,1 ± 1,8841 22,1 ± 1,2450 20,625 ± 2,1360
Hasil analisis deskriptif varibel Tebal trabekula dan kortikal ketiga kelompok didapatkan faktor pertumbuhan tikus selama peneltian yang dapat dilihat dari peningkatan tebal trabekula dan kortikal kelompok kalsium dan posttest (aquadest) dibanding kelompok pretest. Rerata tebal trabekula kelompok posttest lebih besar dibanding kelompok kalsium, sedangkan rerata tebal kortikal kelompok kalsium lebih besar dibanding kelompok posttest. Peningkatan tebal tulang kortikal kelompok kalsium tidak diikuti oleh peningkatan tebal trabekula kelompok kalsium dibandingkan kelompok posttest mungkin terjadi karena perbedaan fungsi dan keaktifan metabolisme pada kedua bagian tersebut. Hasil analisis anova terhadap respons tebal trabekula dan kortikal terhadap kelompok perlakuan kalsium dan kelompok posttest didapatkan adanya perbedaan tebal trabekula kelompok kalsium dengan kelompok posttest ( p = 0,047 ), sedangkan respons tebal kortikal kelompok kalsium dibanding kelompok posttest tidak terdapat perbedaan ( p = 0,056 ). Selama masa pertumbuhan terjadi aktifitas pertumbuhan tulang yang besar. Pada awal masa pertumbuhan, pertumbuhan ke arah longitudinal terjadi lebih cepat dibanding proses deposisi mineral. Pertambahan lapisan tulang di bagian periosteum dan endosteum seimbang dengan peningkatan porositas tulang. Belum sampai pada masa akhir pertumbuhan ketika pertumbuhan ke arah longitudinal mulai berkurang, kandungan mineral tulang akan meningkat dengan cepat dan mencapai puncaknya setelah masa maturitas skeletal. Pada periode antara permulaan masa pertumbuhan dengan masa maturitas skeletal pola makan/diet dan faktor genetik menentukan besarnya kandungan mineral tulang (Bostrom, 2000). Setiap jenis tulang terdiri atas bagian kortikal dan trabekul yang mempunyai proporsi tertentu tergantung jenis tulang. Terdapat perbedaan nyata antara daerah kortikal dan trabekula tulang yaitu pada kortikal 80% hingga 90% volumenya termineralisasi. Pada trabekula tulang volume yang termineralisasi hanya 20% karena sebagian besar terdiri atas sumsum yang mengandung lemak/dan atau jaringan
Majalah Ilmu Faal Indonesia Vol. 6/3/2007
172
hematopoetik. Berdasarkan besarnya massa yang termineralisasi tersebut, bagian kortikal berfungsi mekanik sedangkan bagian trabekula adalah metabolik (Vigorita, 1999). Menurut Anthoni (1988), tulang yang banyak tersusun atas tulang trabekula berarti mempunyai permukaan tulang dan keaktifan metabolik yang lebih besar dibanding dengan tulang kortikal. Oleh karena itu tulang trabekula lebih sering mengalami perubahan mineral sehingga mempunyai predisposisi untuk terjadinya kekurangan massa tulang (Sari, 2001). Beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk terjadinya kalsifikasi tulang antara lain adalah tersedianya mineral penyusun hidroksiapatit, struktur kolagen yang memungkinkan terjadinya deposisi kalsium dan mineral lainnya pada matriks tulang, adanya protein non kolagen yang mempunyai afinitas mengikat kalsium dan eliminasi bahan penghambat kalsifikasi. Kolagen adalah matrik ekstraseluler tulang yang diproduksi osteoblas dan berfungsi sebagai tempat deposisi hidroksiapatit (Boskey, 1992; Vigorita, 1999). Hidroksiapatit terdistribusi sepanjang serat kolagen dan dikelilingi oleh ground substance. Karateristik struktural karena perubahan mineral yang terjadi selama proses pembentukan dan resorbsi tulang tercermin pada perubahan perbandingan kalsium dan fosfat (Resnick, 1995). Proses pembentukan tulang terutama melibatkan osteoblas sebagai sel utama penghasil matrik tulang (Bostrom, 2000; Manolagas, 2000). Osteoblas juga mengatur konsentrasi ion kalsium pada matrik melalui pelepasan kalsium dari intraseluler (Bostrom, 2000). Perkembangan osteoblas dikontrol antara lain oleh faktor pertumbuhan, sitokin, hormon dan sinyal mekanik (Manolagas, 2000). Kalsium adalah mineral penyusun hidroksiapatit terbesar (Bostrom, 2000; McKenzie, 2000). Pembentukan hidroksiapatit pada proses mineralisasi dimulai dari terbentuknya osteoid oleh osteoblas yang mempunyai kemampuan mengikat mineral tulang. Osteoid kemudian mengalami kalsifikasi yaitu proses deposisi mineral yaitu kalsium, fosfat dan ion hidroksi (Vigorita, 1999). Pemberian tambahan kalsium meningkatkan konsentrasi kalsium esktraselular. Peningkatan konsentrasi kalsium ekstraselular ini dapat memicu mobilisasi dan proliferasi osteoblas. Peningkatan ini meningkatkan sintesa matrik tulang (Huang, 2001). Proses mineralisasi merupakan salah satu fase penting pembentukan tulang sebab proses mineralisasi menghasilkan hidroksiapatit yang menyusun 95% mineral tulang (Tjokroprawiro, 2000). Hidroksiapatit tersusun atas kalsium yang merupakan komponen terbesar, fosfat dan ion hidroksi (Bostrom, 2000; McKenzie, 2000). Menurut Thomas (1991) latar belakang diet pada hewan muda akan
Majalah Ilmu Faal Indonesia Vol. 6/3/2007
173
berpengaruh terhadap deposisi mineral tulang. Binatang yang tidak mendapat kalsium dalam makanan akan menunjukkan adanya peningkatan tebal tulang trabekula dan penurunan tebal tulang kortikal dibanding binatang yang terus menerus mendapatkan makanan dengan kalsium (Pudyani, 1997). Hasil penelitian menunjukkan bahwa respons tebal kortikal kelompok yang mendapat tambahan kalsium lebih besar dibanding kelompok posttest (p > 0,05 ). Sedangkan respons tebal trabekula kelompok posttest didapatkan lebih besar dibandingkan kelompok tambahan kalsium ( p < 0,05 ). Walaupun tidak semua variabel bermakna, hasil penelitian ini menunjukkan kesamaan seperti yang dikemukakan oleh Thomas (1991) seperti diatas. Hal ini mungkin disebabkan karena perbedaan fungsi bagian kortikal dan trabekula, yaitu bagian kortikal berfungsi mekanis sedangkan bagian trabekula bersifat metabolik. KESIMPULAN 1. Terdapat perbedaan respons pemberian tambahan kalsium pada masa pertumbuhan terhadap tebal tulang trabekula antara kelompok kalsium dan kelompok aquadest (posttest). 2. Tidak terdapat perbedaan respons pemberian tambahan kalsium pada masa pertumbuhan terhadap tebal tulang kortikal antara kelompok kalsium dan kelompok aquadest (posttest). DAFTAR PUSTAKA Akesson K, Lau KH, Johnston P, Imperio E, Baylink DJ, 1998. Effects of Short-term Calcium Depletion and Repletion on Biochemical Markers of Bone turnover in Young Adult Women. J Clin Endocrinol Metab. Jun; 83(6): 1921-1927. Boskey AL, 1992. Mineral-Matrix Interaction in Bone and Cartilago. Clin.Orthop. 281. Bostrom MP, 2000. Form and Function of Bone. Orthopaedic Basic Science : Biology and Biomechanics of the Musculoskeletal System, 2nd edition. The American Academy of Orthopaedic Surgeons, pp 324-331, 355. Campbell DT, Stanley JC, 1963. Experimental and Quasi-Experimental Designs For Research. Chicago: Rand McNally College Publishing Co, p 55. Huang Z, Cheng SL, Slatopolsky E, 2001. Sustained activation of the extracellular signal-regulated kinase parhway is required for extracellular calcium stimulation of human osteoblast proliferation. J.Biol.Chem, 10 (abstract).
Majalah Ilmu Faal Indonesia Vol. 6/3/2007
174
Manolagas SC, 2000. Brith and Death of Cells: Basic regulatory Mechanism and Implications for the Patogenesis and treatment of Osteoporosis. Endocrine Reviews 21(2); 118, 121, 123, 127. McKenzie JC, Klein EM, 2000. Basic Concepts in Cell Biology and Histology, New York : McGraw-Hill, pp 174-179, 189. O’Brien KO, 1998. Combined Calcium and Vitamin D Supplementation Reduces Bone Loss and Fracture Incidence in Older Men and Women. Nutrition Reviews 56(5): 148-150. Paturusi IA, 2001. Efficacy of Calcitonin in Osteoporosis. Round Table Discussion: Degeneratif Muskuloskeletal ”Ageing Tissues”. FK UNAIR, Surabaya, p 7. Pudyani PS, 1997. Pengaruh Kekurangan Kalsium dan Protein Prenatal dan Postnatal terhadap Kalsifikasi Gigi dan Tulang. Disertasi, Program Pascasarjana, Universitas Airlangga, Surabaya, hlm 37, 131, 138-139. Resnick D, 1995. Diagnosis of Bone and Joint Disorders. 3rd edition. Philadelphia: WB Saunders Company, pp 624-631, 633-634, 644645. Sari GM, 2001. Pengaruh Pemberian Ekstrak Kedelai (Glycine Max) dibanding Estrogen Konjugasi Terhadap Kepadatan Tulang Tikus Putih (Rattus norvegicus). Tesis, Program Pascasarjana, Universitas Airlangga, Surabaya, hlm 6-7, 13-18, 69. Tjokroprawiro A, 2000. Introduction with Osteoporosis. Naskah Symposium Update on Osteoporosis, Graha BIK-IPTEKDOK FK Unair, Surabaya, hlm 5-6, 8, 18, 26. Vigorita VJ, Ghelman B, 1999. Orthopaedic Pathology. Philadelphia: Lippicott Williams & Wilkins, pp 1-19, 23, 29.
