BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.7 Gejala dan Tanda Osteoporosis
2.7.1 Diagnosa Osteoporosis
2.7.1.2 Pemeriksaan Biokimia Penanda Proses Remodeling Tulang
Metabolisme tulang ditandai oleh dua aktivitas unit multiselular yang berlangsung secara bersamaan. Proses resorpsi tulang terdiri dari pengurangan mineral tulang dan katabolisme tulang yang dilakukan oleh sel-sel osteoclast yang menyebabkan resorpsi dari kavitas tulang dan sekresi komponen matriks tulang. Selama terjadi pembentukan tulang, osteoblast
mensintesis matriks tulang yang memperbaiki kavitas-kavitas dan mengalami mineralisasi primer yang cepat yang diikuti oleh mineralisasi sekunder jangka panjang yang lambat.6,10,17, Pembentukan tulang bisa dideteksi dengan marker biochemical seperti osteocalsin (OC),
bone-specific alkaline phosphatase (BAP) dan juga N-terminal dan C-terminal propeptida
dari procollagen type I (P1NP, P1CP). Collagen type I merupakan protein matrix tulang yang paling diabaikan. P1NP dan P1CP terbentuk selama metabolisme ekstraseluler dari procollagen dan dilepaskan ke darah, sementara bagian tengah dari molekul berhubungan dengan matriks tulang. P1NP dan P1CP tidak spesifik untuk tulang, akan tetapi tulang memiliki metabolisme yang lebih cepat dari pada jaringan lain yang mengandung collagen type I dan kebanyakan serum P1NP dan P1CP berasal dari tulang. 5,12,13,48
Tabel 4. Biochemical markers reflecting bone formation
Marker Method
Bone-specific alkaline phosphatase (Bone ALP)
HPLC
electrophoresis, all isoforms semiquantitavely determined after pretreatment lectin precipitation and calculation, activity measured
IRMA or ELISA, mass concentration measured immunoextraction with a monoclonal antibody, activity measurement
Osteocalsin (OC) several RIAs, bovine OC as immunogen, intact OC and several fragments measured
several RIAs and IRMAs, or methods with other than radioactive label, with human OC as
immunogen, measuring intact OC, its N-Mid-fragment or both or in addition smaller N-Mid-fragments
Procollagen I carboxy-terminal propeptide (PICP)
RIA or ELISA
Procollagen I amino-terminal propeptide (PINP)
RIA measuring intact PINP
ELISA and automated ECIA measuring intact PINP and Col 1 fragment of PINP
BAP adalah enzim yang berlokasi di permukaan luar dari osteoblast, kemungkinan terlibat pada regulasi dari proses mineralisasi osteoid. OC merupakan protein yang tergantung vitamin K dan disintesa oleh osteoblast dan odontoblast. OC terdiri dari tiga residu gammacarboxyglutamic dan fungsinya belum jelas. Kadar serum dari marker pembentukan tulang berhubungan dengan parameter histomorfometrik dari pembentukan tulang. 15
Penyerapan tulang bisa diamati dengan beberapa biochemical marker, seperti N-terminal dan C-terminal crosslinking telopeptida dari collagen tipe I (NTX-1 dan CTX-1), C-terminal crosslinking telopeptida dari collagen tipe I oleh metalloproteinase (CTX-MMP, ICTP), helical peptida 620-633, deoxypyridinoline (DPD), hydroxylysin (HLys), glikosida,
hydroxyproline (HPro) atau isoform 5b dari Tartrate-resisten acid phosphatase (TRACP5b). NTX-1, CTX-1, ICTP dan helical peptida 620-633 adalah campuran hasil katabolisme dari collagen tipe I yang mengandung squensi asam amino spesifik dan bersifat antigenik epitop.
11,13,15
Tabel 5. Biochemical markers reflecting bone resorption
Marker Method
Type I Collagen-derived markers Urinary excretion of
pyridinoline and deoxypiridinoline
Total Pyr, total DPD Free Pyr, total DPD Free Pyr and DPD Free DPD
HPLA after hydroliysis HPLC without ptreeceding hydroliysis ELISA ELISA, automated methods (CIA) Peptide-bound crosslink excretion Crosslinked amino-terminal telopeptides, NTX. Crosslinked carboxy-terminal telopeptides, CTX ELISA, automated methods (CIA). ELISA for CTX-beta; RIA for CTX-alpha.
Serum crosslinked
telopetides of type I collagen
Crosslinked amino-terminal telopeptides, NTX Crosslinked carboxy-terminal telopeptides, CTX Carboxy-terminal telopeptides ICTP,or CTX-MMP. ELISA ELISA or automated ECIA for beta –isomer. RIA
Tartrate resistant acid phosphatase TRACP in serum
Several assay which measure either activity or consentration
Osteoclastic tartrate resistant acid phosphatase TRACP 5b in serum.
Immunoextraction and measurement of activity
Bone sialoprotein BSP in serum
RIA (not commercially available).
Penelitian histomorfometrik dan radiotracer menunjukkan bahwa kadar bone turnover markers (BTM) merupakan penanda yang baik dari proses metabolik yang terjadi pada tingkat jaringan di seluruh tulang. Bagaimanapun, dalam proses fisiologi maupun patologi, pembentukan tulang dan resorpsi merupakan proses yang berdampingan. Oleh karena itu, marker resorpsi tulang mungkin berhubungan dengan histomorfometrik dan radiotracer kinetic yang mengindikasi pemebentukan tulang, dimana kadar serum marker pembentukan berhubungan dengan histomorfometrik dan kinetik yang mengindikasikan resorpsi tulang.14,18,20.
Beberapa pemeriksaan biokimia yang merupakan penanda pembentukan dan penghancuran tulang.
a. Osteocalsin
Osteocalsin merupakan matriks protein spesifik pada tulang yang terutama dihasilkan oleh sel-sel osteoblast tulang yang dimulai di fase laten pada proses pembentukan tulang. 14
Osteocalsin merupakan protein G1a yang merupakan penanda pembentukan tulang. Osteocalsin merupakan protein yang tergantung kepadda vitamin K dan vitamin D yang dihasilkan osteoblast.14
Osteocalsin merupakan polipeptida yang terdiri dari 49 residu (5.8 kDa). Pada manusia, gen pembentuk osteocalsin berada pada kromosom-1 (1q25-q31) dan jumlah produksi osteocalsin dipengaruhi oleh kadar 1,25-dyhydroxy-vitamin D3. Osteocalacin memiliki ikatan yang kuat terhadap hidroksiapatit pada tulang. osteocalsin disintesis dalam bentuk preproosteocalsin dengan 98 rantai residu (11 kDa). Osteocalsin terbagi atas 3 bagian besar yaitu bagian yang terdiri dari 23 residu berperan dalam proses translasi; 26 residu propeptide yang merupakan protein target carboxylation dan 49 residu yang merupakan protein yang matur. Protein osteocalsin yang matur terdiri dari 2 rantai α heliks yang antiparalel yang terdiri dari rantai residu 16-25 dan 30-41 dan terikat dengan rantai residu β 26-29 pada rantai terminal C; rantai-rantai tersebut terikat oleh ikatan disulfida. Proses translasi dari carboxylation
membutuhkan vitamin K (phylloquinone)sebagai kofaktor nya. 10,14.
Osteocalsin merupakan penanda dari proses pembentukan tulang. Sebagian besar osteocalsin terikat pada bagian tulang yang akan mengalami proses pembentukan tulang dan sebagian kecil di sekresikan kedalam sirkulasi darah sehingga dapat terdeteksi di dalam serum darah melalui pemeriksaan immunoassay.20
Gundberg (1998), dkk melaporkan bahwa fragmen osteocalsin disekresikan sejak proses resorpsi tulang dalam bentuk immunoreaktif ke dalam sirkulasi darah.
Osteocalsin dapat dihasilkan oleh proses pembentukan tulang dan penghancuran tulang sebelum fragmen osteocalsin ini dimetabolisme oleh enzim matriks metalloproteinase yang berada di dalam ginjal dan hepar. Sehingga pemeriksaan kadar osteocalsin serum dapat digunakan untuk menilai kecepatan proses pembentukan tulang, penghancuran tulang, atau kecepatan proses remodeling tulang ( turnover ). Sebagian besar osteocalsin yang disekresikan oleh osteoblast akan terikat pada jaringan matriks ekstraselular tulang dan kadar osteocalsin yang terdapat di dalam serum. Osteocalsin dalam bentuk ter karboksilasi akan terikat dalam bentuk hidroxyapatite. 9,10,14,22
Osteocalsin di dalam serum juga dapat memperlihatkan keadaan tulang yang meliputi histomorphometry tulang dan keseimbangan kadar kalsium tulang dan mobilisasi kalsium dari tulang, sehingga osteocalsin dapat juga digunakan sebagai penanda proses penghancuran matriks tulang.14
Pada wanita pasca menopause, kadar osteocalsin berhubungan dengan pembentukan tulang dan mobilisasi kalsium. Peningkatan kadar osteoclacin pada wanita menopause sebesar 10% akan diikuti oleh peningkatan penanda resorpsi tulang sebanyak 50%. Peningkatan kadar osteocalsin ini berhubungan dengan peningkatan resiko terjadinya fraktur tulang di lengan bawah distal. Pemeriksaan kadar osteocalsin serum secara rutin dapat dipergunakan untuk melihat perbaikan metabolisme tulang pasca pemberian terapi dan untuk memperkirakan hilangnya matriks tulang pada wanita pasca menopause.14,25,39.
Kadar osteocalsin didalam serum juga memiliki nilai yang bervariasi mengikuti siklus harian, dan kadar puncak osteocalsin di dalam serum biasanya ditemukan pada pagi hari; dan kadar osteocalsin tertinggi pada usia reproduksi biasanya ditemukan pada masa fase luteal. Peningkatan kadar osteocalsin pada wanita pasca menopause dapat diturunkan dengan pemberian terapi hormon pengganti.1418,,47,48.
Osteocalsin dapat diperiksa melalui pemeriksaan radio immuno assay (RIA),
immunoradiometric assay (IRMA), enzyme immunoassay (EIA).14,18,20,22.
b. C-telopeptide.
Tulang memiliki sistem pengaturan terhadap proses anabolisme dan katabolisme tulang. Pada tulang yang normal akan ditemukan jaringan kolagen tipe 1 yang matur dan telah terdegradasi menjadi molekul-molekul kecil yang terdistribusi melalui sistem kardiovaskular dan diekskresikan melalui ginjal.18
Pemeriksaan penanda resorpsi tulang akan memperlihatkan aktivitas remodeling tulang atau aktivitas turn over tulang. Peningkatan aktivitas resorpsi tulang baik pada keadaan fisiologis seperti pada proses penuaan yang menyebabkan terjadinya osteoporosis; dan pada keadaan patologis maka akan terjadi peningkatan jaringan kolagen yang disekresikan ke dalam aliran darah. 17,18
C-telopeptide merupakan protein spesifik yang merupakan indikator biokimia terhadap proses resorpsi tulang yang memperlihatkan aktivitas osteoclast pada tulang. Molekul C-telopeptide yang spesifik terhadap tulang dan merupakan gugusan asam amino yang unik mendeteksi aktivitas osteoclast. 8,9,10
Jaringan kolagen merupakan matriks protein ekstraseluler, yang merupakan komponen terpenting yang menyusun struktur dan fungsi jaringan pengikat vertebra. Jaringan kolagen
tipe 1 terdiri dari 3 gugusan asam amino glysine X-Y yang merupakan penyusun dari proline
dan hydroxyproline. Lebih dari 90% jaringan tulang matriks organik tulang terdiri jaringan kolagen tipe 1 yang terutama disintesa di dalam tulang. Jaringan kolagen tipe 1 merupakan jaringan kolagen interstisial. Jaringan kolagen tipe 1 merupakan ikatan heterodimer yang terdiri dari rantai alfa-1 dan alfa-2 dan diujungnya terdapat gugus non-helikal telopeptide. Gen pembentuk C-telopeptide merupakan gen COL1A1 pada kromosom-17 dan gen COL1A2 pada kromosom-7 yang menetukan struktur alfa-1 dan alfa-2. 1,3,17,19,20
Fragmen jaringan kolagen tipe 1 yang beredar di sirkulasi darah terutama merupakan Cterminal telopeptide (CTx). CCterminal telopeptide (CTx) terutama terdiri dari gugusan -asam aspartat yang berubah menjadi gugus β-asam aspartat seiring dengan pertambahan usia tulang. Isomerisasi β asam aspartat ini (β-CTx) merupakan penanda spesifik terhadap proses resorpsi tulang dan degradasi jaringan kolagen tipe 1 yang merupakan jaringan kolagen utama pada tulang. 1,3,17,19,20
Peningkatan kadar C-terminal telopeptide tipe 1 yang terisomerisasi terjadi pada tulang yang mengalami degradasi tulang, dan kadarnya akan kembali normal dalam 3 bulan jika diberikan terapi obat anti resorpsi tulang dan terapi sulih hormon. Pemeriksaan C-telopeptide serum dapat dilakukan dengan metode ELISA ( enzyme linked immuno absorbent assays ) dari serum dan urin. Pemeriksaan C-terminal telopeptide tipe 1 pada serum memiliki variabilitas diurnal dan akan meningkat pada pagi hari; fase lutheal , dan pada penderita dengan fungsi kecepatan bersihan glomerular yang rendah.20,22