Perbandingan Ekspresi Kadar Interleukin 6 Pada Tulang Tibia Tikus Yang Di Fiksasi Dengan K-Wire Berbahan Titanium Dan K Wire Berbahan Stainless Steel.

USULAN PENELITIAN

PERBEDAAN EKSPRESI KADAR INTERLEUKIN 6

ANTARA TULANG TIBIA TIKUS YANG

DIAPLIKASI KIRSCHNER WIRE TITANIUM

DENGAN KIRSCHNER WIRE STAINLESS STEEL

NILTON DO CARMO DA SILVA

PROGRAM PASCA SARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

PERBEDAAN EKSPRESI KADAR INTERLEUKIN 6

ANTARA TULANG TIBIA TIKUS YANG

DIAPLIKASI KIRSCHNER WIRE TITANIUM

DENGAN KIRSCHNER WIRE STAINLESS STEEL

NILTON DO CARMO DA SILVA

Pembimbing;

1. Prof. Dr.dr Ketut Siki Kawiyana SpB, SpOT (K) 2. dr. I Ketut Suyasa SpB, SpOT (K) Spine

PROGRAM PASCA SARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

PERBEDAAN EKSPRESI KADAR INTERLEUKIN 6

ANTARA TULANG TIBIA TIKUS YANG

DIAPLIKASI KIRSCHNER WIRE TITANIUM

DENGAN KIRSCHNER WIRE STAINLESS STEEL

NILTON DO CARMO DA SILVA

PROGRAM PASCA SARJANA

PERBEDAAN EKSPRESI KADAR INTERLEUKIN 6

ANTARA TULANG TIBIA TIKUS YANG

DIAPLIKASI KIRSCHNER WIRE TITANIUM

DENGAN KIRSCHNER WIRE STAINLESS STEEL

Tesis untuk memperoleh Gelar Magister

Pada Program Magister, Program Studi Biomedik

Combined Degree

Program Pascasarjana Universitas Udayana

NILTON DO CARMO DA SILVA

1114118105

PROGRAM PENDIDIKAN DOKTER SPESIALIS I

BAGIAN/SMF ORTHOPAEDI DAN TRAUMATOLOGI

PROGRAM PASCA SARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

PERBEDAAN EKSPRESI KADAR INTERLEUKIN 6

ANTARA TULANG TIBIA TIKUS YANG DI

APLIKASI KIRSCHNER WIRE BERBAHAN

TITANIUM DENGAN DI FIKSASI KIRSCHNER WIRE

BERBAHAN STAINLESS STEEL

Tesis untuk memperoleh Gelar Spesialis Orthopaedi dan Traumatologi

Pada Bagian/SMF Orthopaedi dan Traumatologi

Fakultas Kedokteran Universitas Udayana

Rumah Sakit Umum Pusat Sanglah Denpasar

NILTON DO CARMO DA SILVA

1114118105

PROGRAM PENDIDIKAN DOKTER SPESIALIS I

BAGIAN/SMF ORTHOPAEDI DAN TRAUMATOLOGI

PROGRAM PASCA SARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengunaan implan dibedah orthopedi secara umum digunakan untuk

fiksasi fraktur, rekonstruksi patah tulang yang tidak menyambung (non union),

pergantian persendian, rekonstruksi tulang belakang. Tujuan utama dari

pengunaan implan adalah stabilisasi secara mekanik sehingga fungsi tulang dan

persendian yang optimal dapat tercapai. Implantasi biomaterial umumnya dengan

mengunakan prosedur pembedahan.

Biomaterial yang saat ini banyak digunakan dibidang bedah orthopedi

adalah stainless steel, titanium murni dan titanium alloy (Koller et al., 2006,

Bombac et al., 2007). Implan yang digunakan untuk osteosintesis harus memiliki

sifat sifat yang inert sehingga respon tubuh minimal. Idealnya, implan tersebut

harus memiliki properti biomekanik yang sesuai tanpa adanya suatu efek samping.

Untuk bahan-bahan yang dipergunakan sebagai implan mempunyai prinsip prinsip

yang harus diperhatikan seperti sifat corrosion resistance, biocompatibility,

biofunctionality, osseointegration (Bombac et al., 2007). Implantasi implan pada

tulang dapat menyebabkan respon biologi lokal dan sistemik. (Korkusuz et al.,

2004)

Implan yang digunakan akan memberikan respon inflamasi dihubungkan

dengan reaktivasi makrofag masih dijadikan sebagai fokus penilitian dalam 40

makrofag M1 terhadap implan yang memproduksi mediator – mediator

proinflamasi yang mengakibatkan terpaparnya jaringan periimplan (Landgraeber

et al., 2014).

Permukaan biomaterial memainkan peran penting dalam modulasi reaksi

benda asing dalam dua sampai empat minggu setelah implantasi dari perangkat

medis. Pemahaman tentang reaksi benda asing penting dikarenakan reaksi benda

asing dapat berdampak pada biokompatibilitas dari perangkat medis, prostesis

atau biomaterial yang ditanamkan dan secara signifikan dapat mempengaruhi

respon jaringan jangka pendek dan jangka panjang. (Anderson et al., 2008).

Aseptic loosening dan periprostetik osteolisis masih merupakan penyebab

terbanyak kasus revision surgery pada operasi pergantian sendi. (Schmidt. et al.,

2003)

Adanya loosening pada pengunaan implan sering disebabkan oleh resorbsi

tulang. Sel yang sangat berperan pada resorbsi tulang adalah osteoblas dan

osteoclas. Osteoblas akan meregulasi aktivitas osteoclas dengan transmisi sinyal

osteolisis. Osteoclas diaktivasi oleh hormon parathyroid, vitamin D3, interleukin

(IL-1, IL-6, IL-11), tumor nekrosis faktor alfa dan prostaglandin E2. (Schmidt. et

al., 2003).

Interleukin enam (IL-6) disekresi oleh osteoblas sebagai respon terhadap

ion metal. Konsentrasi ion metal yang berhubungan dengan respon toksik

osteoblas dapat dideteksi pada jarignan periprostetik (Hallab et al., 2004). IL-6

R.L. et al., 2015) Selama fase akut inflamasi, konsentrasi IL-6 mencapai puncak

dengan cepat dan kembali ke level yang normal juga dengan cepat bila

dibandingkan dengan c – reactive protein. (Villacis et al., 2014).

Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, Interleukin enam (IL-6) disekresi

oleh osteoblas sebagai respon terhadap ion metal dan partikel dari implan

orthopedi mempengaruhi ekspresi protein ekstraselular osteoblas. Atas dasar

uraian diatas peneliti ingin mengetahui perbedaan ekspresi interleukin 6 (IL-6)

pada sel sel tulang tibia tikus yang diaplikasi K-wire titanium dengan K-wire

stainless steel.

1.2 Rumusan Masalah

Dari uraian latar belakang masalah tersebut diatas, maka dibuatlah rumusan

masalah sebagai berikut:

1. Apakah ada perbedaan ekspresi Interleukin 6 (IL -6) pada sel sel tulang

tibia tikus yang diaplikasi K-wire titanium dengan K-wire stainless steel

yang di ukur pada hari ke 21?

1.3 Tujuan Penelitian

a. Tujuan umum

Untuk mengetahui ekspresi Interleukin 6 (IL -6) pada sel sel tulang tibia

b. Tujuan khusus

Untuk membuktikan adanya perbedaan ekspresi IL -6 pada sel sel tulang

tibia tikus yang diaplikasi K–wire titanium dengan K–wire stainless steel.

1.4 Manfaat Penelitian

a. Manfaat akademis

Jika penelitian ini benar maka akan memberikan sumbangan kepada

akademisi bahwa adanya perbedaan ekspresi IL -6 pada sel sel tulang tibia

tikus yang diaplikasi K- wire titanium dengan K- wire stainless steel.

b. Manfaat praktis

Dengan membandingkan ekspresi IL -6 pada sel sel tulang tibia tikus yg

diaplikasi K-wire titanium dengan K-wire stainless steel dapat dipilih

implan yang lebih baik dari keduanya.

Dengan memperhatikan penghematan biaya, keuntungan dan resiko

pengunaannya pada pemilihan implan untuk fiksasi patah tulang, hasil dari

penilitian ini di harapkan untuk dijadikan masukan dalam pemilihan

BAB II KAJIAN PUSTAKA

2.1 Biomaterial

Implan orthopedi umumnya digunakan untuk fiksasi patah tulang dan non

union, koreksi dan stabilisasi deformitas, pergantian sendi dan untuk pengunaann

lain dalam bidang orthopedi. Tujuan dari implan adalah untuk stabilisasi mekanik

sehingga allignment, fungsi tulang dan persendian yang optimal selama loading

fisiologik dapat tercapai. Dengan adanya stabilisasi tulang dengan implan

orthopedi secara tidak langsung mempengaruhi penyembuhan tulang secara

biologis (Goodman et al., 2011).

Pemilihan implan dengan material yang tepat mempunyai efek yang cukup

baik terhadap proses penyembuhan dan mencegah terjadinya kegagalan (failure)

(Taheri et al., 2011). Desain implan difokusukan terhadap properti mekanik dan

fungsi implan. Pada fiksasi patah tulang, patah tulang akan menyambung dengan

sendirinya bila di stabilisasi dengan baik. Pengunaan cementless pada pergantian

sendi tidak selalu osteointegrate dengan tulang sekitar sehingga dapat

menimbulkan loosening (Goodman et al., 2011).

Biomaterial yang baik harus non toksik, non immonogenik, non

thrombogenik, non carcinogenic dan lain – lain. Berdasarakan reaksi jaringan

terhadap biomaterial diklasifikasikan dalam tiga kategori. Pertama; Materi

Materi Bioactive – yang memiliki kemampuan ikatan antara jaringan tulang dan

materi kimiawi. Kolagen dan fase mineral tulang deposit secara langsung pada

permukaan implan. Ketiga; Material bioinert – dalam kondisi tertentu terjadi

ikatan langsung dengan jaringan tulang. Tidak ada reaksi kimiawi (Bergmann.,

2013).

Gambar 1.1 Contoh materi biomedik yang digunakan dalam kedokteran (Bergmann et al., 2013)

Biomaterial yang saat ini banyak digunakan dibidang bedah orthopedi

adalah stainless steel (AISI 316L), titanium murni (CP-Ti) dan titanium alloy

(TiA16V4)(Koller et al., 2006). Implan yang digunakan untuk osteosintesis harus

memiliki fungsi yang sesuai dengan tubuh manusia. Idealnya, implan tersebut

Hal prinsip yang harus diperhatikan adalah sifat sifat corrosion resistance,

biocompatibility, biofunctionality, osseointegration. (Bombak et al., 2007)

2.1.1. Corrosion resistance

Korosi dalam biomaterial orthopedi adalah suatu kompleks multifaktoral

yang tergantung pada geometric, metallurgical, mechanical dan parameter

kimiawi. Dua hal penting yang mempengaruhi korosi implan, yang pertama

adalah thermodinamik driving forces dan kinetic barriers (Joshua et al., 1998).

Thermodinamik driving forces menyebabkan korosi (oksidasi dan reduksi)

sebagai respon terhadap kebutuhan eneregi atau pelepasan selama reaksi. Ada dua

sumber utama energi pada proses ini yaitu chemical driving force dan positive and

negative charges. Barier kinetic berhubungan dengan faktor yang menghambat

reaksi korosi dari tempat asal. Proses ini tidak memerlukan mekanisme energi

tetapi dengan limitasi fisik pada saat terjadi reaksi oksidasi dan reduksi (Joshua et

al., 1998).

Korosi masih merupakan masalah untuk ahli orthopedi. John Chanrnely

menyebutkan masalah utama korosi ada pada desain implan trauma dan

artroplasti. Idenya mengambarkan perbedaan metal tidak dapat digunakan

bersama dalam satu implan karena korosi galvanik (Urish et al., 2013).

Korosi Galvanik adalah perbedaan potensial elektrokimia antara dua metal

yang tidak sama. Teorinya, satu metal anoda dan yang lain adalah katoda, metal

aktif adalah yang anodanya adalah memiliki tahanan yang kuat terhadap korosi.

alloys untuk mencegah galvanic corrosion. Korosi dalam bidang orthopedi

diakibatkan oleh rusaknya passivation film (Urish et al., 2013).

Korosi masih merupkan masalah di bidang orthopedi dalam empat dekade

terakhir. Passivation layer mencegah korosi galvanik antara beberapa pasangan

metal yang dicampur, fretering korosi kontributor utama debris pada desain baru

(Urish et al., 2013).

2.1.2. Biocompatibilty

Biocompatibility secara tradisional didefiniskan sebagai implan yang

tertanam dalam tubuh manusia dalam jangka waktu yang lama (Williams, 2008).

The Williams Dictionary of Biomaterial, biocompatibility didefinisikan sebagai

kemampuan suatu materi yang dapat menyesuaikan dengan host dalam kondisi

tertentu (Bregmann, 2013).

Gambar 1.2, Reaksi jaringan terhadap implant dan biomaterial inisiasi osteolitik

Penggunaan implan untuk fiksasi fraktur umumnya hanya satu metal, untuk

pergantian sendi materi metal untuk implan lebih dari satu bahan metal yaitu

ceramic dan polymer. Komplikasinya tinggi pada kasus kasus pergantian sendi.

Tipe metal, manufaktur dan standar, komposisi, kondisi prosesing mempengaruhi

properti mekanik antara metal dan tulang. Pengunaan jangka panjang

berhubungan dengan integrasi antara tulang dan implan (Korkusuz, 2004).

2.1.3. Biofunctionality

Ketika tulang rusak akibat trauma atau penyakit, diperlukan tambahan

support untuk mengantikan fungsi mekanik. Contoh, penyakit tulang belakang

yang disebabkan oleh degenerasi mengakibatkan instabilitas atau deformitas yang

menahun. Implan yang digunakan tujuannya tidak hanya koreksi secara anatomis

tetapi dapat menciptakan kondisi mekanikal yang cocok untuk fusi tulang. Tulang

dan implan harus memiliki tahanan terhadap loading. Metal adalah material yang

umum dikenal untuk load bearing (Kroeze et al., 2009).

Dibanding dengan bidang lain pembedahan pada tulang belakang, material

permanen seperti metal untuk pengunaan jangka panjang masih memiliki

komplikasi seperti migrasi, reaksi benda asing dan infeksi. Reaksi inflamasi dalam

beberapa kasus disebabkan oleh korosi (particle disease). Dalam

perkembangannya metal pada implan spine adalah sangat radiopaque secara

radiologis, sehingga secara umum digunakan untuk imaging paska bedah spine.

Tidak hanya pada x ray tetapi juga pada computer axial tomography scaning dan

magnetic resonance imaging. Radiolucent pada implan spine umumnya dibuat

Kekuatan mekanik harus diperhatikan dalam pemilihan implan, karena

polymer memiliki kekuatan yang terbatas dibanding metal. Sebuah implan dapat

berfungsi sebagai non load bearing atau load transducing scaffold untuk

pertumbuhan sel atau dapat berfungsi sebagai load bearing scaffold untuk

mempertahankan stabilitas mekanik dan integritas. (Kroeze et al., 2009).

Sistem skeletal manusia, dalam hal ini spine dan tulang panjang memiliki

range dinamik loading yang besar, polymer dalam kondisi teretentu degradasinya

cepat. Kehilangan integritas yang lebih awal mengakibatkan instabilitas pada

segmen spinal, non union dan clinical failure (Kroeze et al., 2009).

2.1.4. Osseointegration

Implan osseointegration awalnya didefinisikan sebagai kontak langsung

antara tulang yang hidup dengan implan secara mikroskopik. Pada tahun 1985

osseointegrasi didefiniskan sebagai hubungan secara fungsional dan struktur

antara tulang yang hidup dengan permukaan implan. Untuk mendapatkan

osseointegrasi yang baik faktor – faktor berikut harus diperhatikan;

biocompatibility material, desain implan, kondisi permukaan implan, kondisi host,

teknik pembedahan, kondisi loading paska operasi (Carriso et al., 2004, Plecko et

al., 2012).

Pengalaman di bidang orthopedi adanya osteolisis, walaupun stabilitas

inisial dari implan sudah tercapai akan tetapi dapat terjadi isolasi implan terhadap

tulang, hal ini disebabkan oleh (Carriso et al., 2004);

1. Reaksi benda asing; debris komponen implan, emisi toksik implan

3. Kondisi tulang yang tidak fisiologis

4. Percepatan signal mekanikal mempercepat densifikasi tulang

2.1.5 Titanium

Titanium dan titanium alloys memiliki anti korosif yang tinggi karena ada

passive layer yang stabil. Permukaan titanium berhubungan dengan proses

elektrokimiawai karena bereaksi terahadap katoda ketika kontak dengan material

implan lain. Investigasi elektrokimia terhadap sifat korosi titanium

mengambarkan sifat passivation yang baik pada permukaannya. Untuk

menyimpulkan bahwa titanium memiliki kekebalan total terhadap korosif adalah

suatu kesalahan. (Schumtz, et al., 2008). Salah satu keuntungan implan berbahan

titanium addalah elastisitasnya lebih fisiologis, densitisitasnya rendah,

biocompatiblitynya lebih baik dan magnetic resonance imaging (MRI)

compatibility (Christiensen et al., 2000).

Ada beberapa studi yang mengambarkan biocompatibility implan titanium

dan implan stainless steel. Albrektsson dan Hanson dalam studinya mengunakan

lampu dan mikroskop elektron pada permukaan implan yang beralur dan tidak

beralur (titanium dan stainless steel) didapatkan titanium direct integration ,

implan stainless steel behubungan dengan jaringan ikat, satu atau dua selnya tebal

yang mengelilinginya. Studi in vivo pada tibia tikus mengambarkan screw yang

berbahan titanium memiliki kontak terhadap tulang lebih besar dibanding stainless

steel. Beberapa studi melaporkan tensil test, implan titanium memeliki tensile

al mengambarkan implan yang di beri perlakuan (heat) ikatan kimia antara tulang

dan titanium implan terjadi paling cepat setelah empat minggu. Studi terbaru

menunjukan titanium memiliki interaksi anti inflamasi pada tikus. Hinga saat ini

belum ada kesepakatan tentang reaksi pada implan yang tidak beralur (unthreated)

antara titanium dan stainless steel. Pada percobannya Linder dan Lundskog

mendapatkan bahwa implan titanium dan stainless steel tidak beralur yang

diinsersikan ke korteks tulang tiba tikus menghasilkan respon yang sama pada

permukaan tulang. Sebuah penelitian secara histologis oleh Millar dkk, yang

membandingkan respon jaringan terhadap implan titanium dan stainless steel yang

yang diinsersi kedalam korteks tulang kalvaria anjing pada beberapa period

didapatkan tidak ada perbedaan respons jaringan antara kedua implan

(Christiensen et al., 2000).

Material pada implan tidak secara langsung induksi respons imun akan tetapi

dapat berfungsi sebagai scaffold untuk pembentukan biofilm. Titanium digunakan

sebagai implan dibidang ortopedi. Lysozyme protein antimikorobal didapatkan

dalam serum dan kandungannya dalam kompartemen lysozome menunjukan adesi

yang kuat pada titanium. Stainless steel memeliki kesamaan bila terpapar host

protein. Lysozyme membuat ikatan pada permukaan aniionik dari hydrogel.

Protein endogen ini sebagai pertahanan host terhadap invasi organism patoogen,

secara paradox berfungsi sebagai scaffold pada bakteri yang pertama adesi dan

2.1.6 Stainless Steel

Stainless steel adalah biomaterial yang banyak digunakan untukl fiksasi

internal karena mempunyai kombinasi antara properti mekanik, biocompatibility,

corrosion ressitance dan cost effectivines dibandingkan dengan implan metalik

yang lain (Devine et al. 2009). Stainless steel memiliki karakteristik kekuatannya

tujuh kali kekuatan tulang manusia. Titanium alloys mempunyai flexibilitas dua

kali dari pada stainless steel (Taheri et al., 2011).

Stainless steel yang umum digunakan di bidang ortopaedi adalah 316 LV

(American Society for Testing and Materials F138, ASTM F138). Pembentukan

karbid mengurangi material dengan cara kombinasi korosi dan stress mengurangi

fungsi material implan (Hallab et al., 2004).

Kategori implan ini rentang terhadap korosi lokal, hal ini disebabkan oleh

belum ada literatur yang mengambarkan fenomena ini. Toksisitas dari elemen

seperti Ni, Cr sebagai materi implan stainless steel hingga saat ini masih di

perdebatkan (Schumtz et al., 2008)

2.2 Inflamasi dan Implantasi Biomaterial

Reaksi terhadap benda asing terdiri dari makrofag dan sel rakasasa benda

asing (giant cells) merupakan stadium akhir dari respons terhadapat proses

inflamasi dan penyembuhan luka paska penggunaan alat kesehatan, prostese, atau

biomaterial. Permukaan biomaterial memainkan peran penting dalam modulasi

reaksi benda asing dalam dua sampai empat minggu setelah implantasi dari

dikarenakan reaksi benda asing dapat berdampak pada biocompatibility dari

perangkat medis, prostesis, atau biomaterial yang ditanamkan dan secara

signifikan dapat mempengaruhi respon jaringan jangka pendek dan jangka

panjang. (Anderson et al., 2008).

2.2.1 Reaksi inflamasi paska implantasi biomaterial

Reaksi host paska implantasi biomaterial termasuk cedera, pembentukan

matriks sementara, peradangan akut, peradangan kronis, pembentukan jaringan

granulasi, reaksi benda asing dan pembentukan fibrosis. (Anderson et al., 2008).

Penyerapan protein dan pembentukan matriks fibrin-dominan sementara

yang erat dalam respon secara mekanik. Cedera jaringan ikat pembuluh darah

tidak hanya menginisiasi respon inflamasi, namun dapat juga menyebabkan

pembentukan trombus yang melibatkan aktivasi sistem koagulasi ekstrinsik dan

intrinsik, sistem komplemen, yang sistem fibrinolitik, sistem kinin dan trombosit.

Kaskade protein ini terlibat erat dalam fenomena dinamis penyerapan protein dan

pelepasan yang dikenal sebagai Vroman Effect. (Anderson et al., 2008).

Kehadiran mitogens, chemoattractants, sitokin, faktor pertumbuhan, dan

agen bioaktif lainnya dalam matriks sementara menciptakan lingkungan baru kaya

yang bertujuan untuk mengaktifkan dan menghambat zat yang mampu modulasi

aktivitas makrofag, bersama dengan proliferasi dan aktivasi populasi sel lainnya

dalam respon penyembuhan inflamasi dan luka. Setelah interaksi awal darah dan

pembentukan matriks sementara, peradangan akut dan peradangan kronis terjadi

secara berurutan seperti yang diharapkan. Luas atau derajat dari respons ini

organ di mana perangkat ditanamkan, dan sejauh mana pembentukan matriks

sementara. Neutrofil (Leukosit polimorfonuklear, PMN) mencirikan respon

inflamasi akut. Degranulasi sel mast dengan pelepasan histamin dan penyerapan

fibrinogen dikenal untuk menengahi respon akut inflamasi pada biomaterial yang

ditanamkan. Interleukin-4 (IL-4) dan interleukin-13 (IL-13) juga dilepaskan dari

sel mast dalam proses degranulasi dan dapat memainkan peran signifikan dalam

menentukan luas dan tingkat perkembangan selanjutnya dari benda asing. Respon

inflamasi yang dimediasi biomaterial itu dapat dipengaruhi oleh reaksi mediasi

histamin dimana rekrutmen fagosit dan adhesi fagosit permukaan implan

difasilitasi oleh fibrinogen terserap. Respon inflamasi akut dengan biomaterial

biasanya sembuh dengan cepat, biasanya kurang dari satu minggu, tergantung

pada sejauh mana cedera pada lokasi implan. Setelah peradangan akut,

peradangan kronis diidentifikasi oleh kehadiran sel mononuklear, yaitu monosit

dan limfosit, di lokasi implan. Peradangan kronis kurang menunjukan tanda secara

histologis dibandingkan dari peradangan akut dan istilah ini telah digunakan

sebagai diagnosa untuk mengidentifikasi berbagai respon seluler. Kehadiran

mononuklear sel, termasuk limfosit dan sel plasma, dianggap peradangan kronis.

Respon inflamasi kronis biomaterial ini biasanya berlangsung singkat dan terbatas

pada situs implan. Peradangan kronis juga telah digunakan untuk menggambarkan

reaksi benda asing dimana monosit, makrofag, dan sel raksasa benda asing yang

hadir di permukaan biomaterial. Materi yang biokompatibel, resolusi awal respons

inflamasi akut dan kronis terjadi dengan respon inflamasi kronis yang terdiri dari

adanya reaksi inflamasi akut atau kronis selama periode tiga minggu biasanya

menunjukkan suatu reaksi infeksi. Setelah resolusi respon inflamasi akut dan

kronis, jaringan granulasi diidentifikasi oleh kehadiran makrofag, infiltrasi

fibroblas, dan neovaskularisasi pada jaringan penyembuhan baru. Jaringan

granulasi adalah prekursor untuk pembentukan kapsul fibrosa dan jaringan

granulasi dipisahkan dari implan atau biomaterial oleh komponen seluler dari

reaksi benda asing; satu sampai lapisan dua-sel monosit, makrofag, dan sel

raksasa benda asing (Anderson et al., 2008).

2.2.2Respon Imun Bawaan Terhadap Implan

2.2.2.1 Makrofag.

Respon inflamasi pada debris dari waktu ke waktu dikaitkan dengan

reaktivitas makrofag dan menjadi fokus utama penelitian pada 40 tahun terakhir.

Studi terbaru menunjukkan dominasi M1 makrofag dalam merespon debris

implan (ion logam dirilis dan partikel), yang menghasilkan mediator proinflamasi

yang mempengaruhi sel lokal lainnya di sekitar implan. Dengan demikian,

partikel debris bersifat biologis aktif dan mempengaruhi jalur kekebalan bawaan,

jumlah, penampilan, rerata produksi, waktu paparan dan antigenisitas dari

pemakaian partikel. Telah terbukti bahwa makrofag produksi sejumlah sitokin M1

terkait setelah kontak dengan debris pemakaian. Ini termasuk interleukin-1,

interleukin-6, interleukin-10, interleukin-11, interleukin-15, tumor necrosis factor,

transforming growth factor, granulosit-macrophage colony stimulating factor,

macrophage colony stimulating factor, platelet derived growth factor, dan

epidermal growth factor. Interaksi semua sitokin ini sangat kompleks dan tidak

sepenuhnya dipahami. Macrophage colony stimulating factor dan lain-lain

mengaktifkan pembentukan osteoclas langsung IL-1, TNF, dan IL-6 dapat

mempengaruhi osteoblas dan sel lain yang mengaktifkan osteoklas dan

meningkatkan pelepasan sitokin oleh makrofag. Granulosit-macrophage colony

stimulating factor memiliki peranan dalam pembentukan Macrophage colony

stimulating factor yang memiliki kesamaan peranan dengan osteoclas (Langreaber

Ekspresi kemokin oleh makrofag, fibroblast, dan osteoblas yang terpapar

debris implan juga merupakan suatu reaksi efektor sistim imun bawaan sentral

terhadap debris implan. Migrasi makrofag dan osteoclas pada daerah di sekitar

implan menyebabkan osteolisis semakin cepat (Langreaber et al., 2014).

Perkembangan peradangan dan respon benda asing membutuhkan

ekstravasasi dan migrasi monosit ke permukaan implan. Gerakan ini dipandu

monosit sebagai respon kemokin dan chemoattractive lainnya. Kemokin adalah

sitokin yang memiliki sifat chemoattractive. Kemokin tidak hanya terlibat dalam

merancang migrasi sel inflamasi dan penyembuhan luka tapi memainkan peran

dalam hematopoiesis, angiogenesis, metastasis tumor, diferensiasi limfosit, dan

limfosit homing (Langreaber et al., 2014).

2.2.2.2 Respon Tulang

Pada resorbsi tulang, peranan sel resorbsi tulang sangat penting, sel

tersebut adalah osteoblas dan osteoclas. Osteoblas regulasi aktivitas osteoclas

dengan transmisi signal osteolisis. Osteoclas diaktivasi oleh hormon paratiroid,

vitamin D3, interleukin (IL-1, IL-6, IL-11), tumor nekrosis faktor alfa dan

prostaglandin E2. (Schmidt. C, et al., 2003).

Osteoclas, Peran osteoclas adalah pusat osteolisis, sehingga disebut sebagai

primary bone resorbring cells. Sinyal RANK (L) adalah pusat untuk aktivasi

osteoclas dan mengaktivasi berbagai jalur sinyal untuk perkembangan osteoclas.

Tingkat potensi sel-sel lain untuk menyerap tulang (misalnya, makrofag) dapat

berpartisipasi secara langsung dalam osteolisis yang diinduksi debris tidak

diketahui. Peran sitokin yang dilepaskan seperti TNF juga penting, namun

kontribusi mereka terhadap pembentukan osteoclas saat ini belum jelas. Kadoya et

al. menunjukkan bahwa MNGCs mengekpresikan beberapa penanda yang juga

diungkapkan oleh osteoklas, seperti tartrat resistant asam fosfatase (TRAP) dan

reseptor vitronectin (VNR). Hal ini diterapkan untuk MNGCs terletak di sisi

tulang dari permukaan jaringan lunak (terletak antara implan dan tulang) tetapi

tidak pada sisi implan. Dalam studi in vitro telah menunjukkan bahwa makrofag,

terekespos partikel debris dapat meresorpsi tulang. Tapi meskipun jika aktivitas

penyerapan tulang makrofag sangat wajar, mengingat kelimpahan dan hubungan

ontogenic dengan osteoclas, masih belum jelas apakah makrofag berpartisipasi

dalam destruksi tulang dan penelitian lebih lanjut akan diperlukan untuk

Osteoclas mampu memfagositosis ceramik, polimer dan partikel logam

ukuran besar. Setelah fagositosis partikel tetap sepenuhnya berfungsi, hormon

responsif, penyerap sel tulang, sehingga menunjukkan bahwa secara in vitro

tampak plastisitas antara jenis sel utama yang terlibat dalam implan terkait

osteolisis yang berasal dari sel-sel prekursor yang sama di susmsum tulang.

Partisipasi makrofag dan osteoklas, sel stem mesenchymal, berhubungan dengan

aseptic loosening, di mana partikel pemakaian endositosis mengurangi proliferasi

dan diferensiasi osteogenik dan menginduksi peningkatan produksi IL-8.

(Langreaber et al., 2014).

Osteoblas. Osteoblas dirangsang oleh partikel pemakaian untuk

menghasilkan faktor osteoklastogenesis RANKL dan macrophage colony

stimulating factor (M-CSF) dan sitokin seperti IL-6 dan IL-8. Studi yang sama

juga melaporkan sedikit peningkatan ekspresi dari VEGF yang diinduksi oleh

semua entitas partikel dan penurunan de novo sintesis kolagen tipe 1 serta

peningkatan ekspresi matriks metalloproteinase (MMP)-1 (Langreaber et al.,

2014)

2.2.3Respon Imun Adaptif Terhadap Implan

Limfosit. Limfosit dapat memainkan peran penting dalam peri-implan

"debris reactivity’.Pada jaringan periimplan terdapat Limfosit T dan B. Subtipe T

sel yang mendominasi pada jaringan periimplan adalah T- helper. Respons

hipersensitivitas terhadap implan di kenal sebagai type IV (delayed type

hypersensitive), delayed type hypersensitive respons terhadap implan adalah T –

helper respons terhadap implan adalah sebuah adaptive slow cell mediated type of

response (Langreaber et al., 2014).

2.2.4. Interleukin 6 (IL-6)

Adanya loosening pada pengunaan implan sering disebabkan oleh resorbsi

tulang. Sel yang sangat berperan pada resorbsi tulang adalah osteoblas dan

osteoclas. Osteoblas akan meregulasi aktivitas osteoclas dengan transmisi sinyal

osteolisis. Osteoclas diaktivasi oleh hormon parathyroid, vitamin D3, interleukin

(IL-1, IL-6, IL-11), tumor nekrosis faktor alfa dan prostaglandin E2. (Schmidt. et

al., 2003).

Respons biologi terhadap pengunaan partikel merupakan penyebab utama

dari aseptic loosening dan osteolisis. Sitokin dan mediator inflamasi prostanoid

seperti interleukin-1, interleukin-6, tumor necrosis factor alfa, dan prostagalandin

E2 yang lebih dikenal sebagai stimulator resorbsi tulang. (Rodrigo et al., 2005)

Interleukin enam (IL -6) adalah sebuah sitokine pleiotropik yang memacu

aktivitas yang meningkatkan atau supresi inflamasi destruksi tulang. IL -6 di

factor (TNF). IL -6 mengstimulasi pembentukan perkusor osteoclas dari colony

forming granulocyte – macrophage dan meningkatkan jumlah osteoclast secara in

vivo yang secara sistemik meningkat pada resorbsi tulang. Beberapa data

mengemukakan bahwa IL-6 juga memiliki aktivitas anti inflamasi yang

signifikan. Fase akut induksi protein di liver oleh IL-6 dan memiliki sifat anti

inflamasi. (Balto , et al., 2001)

IL -6 disekresi oleh osteoblas sebagai respon terhadap ion metal.

Konsentrasi ion metal yang berhubungan dengan respon toksik osteoblas dapat

dideteksi pada jarignan periprostetik (Hallab et al., 2004). IL-6 juga dikenal

sebagai stimulator potent osteoclas, mediator resorbsi tulang. (Huang et al.,

2015). Reaksi osteolisis perimplan dimediasi faktor terlarut seperti interleukin -1,

interleukin -6, tumor nekrosis faktor alfa yang di produksi oleh osteoblast.

BAB III

KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN

3.1 Kerangka Berpikir

Respon inflamasi pada partikel ion atau metal dapat berupa reaksi

terhadap sistem kekebalan tubuh, reaksi terhadap jaringan ikat dan reaksi terhadap

tulang. Makrofag dalam merespons ion logam dirilis dalam partikel,

menghasilkan mediator pro inflamasi yang mempengaruhi sel lokal lainnya di

sekitar implan. Sementara M-CSF dan lain-lain mengaktifkan pembentukan

osteoklas langsung, IL-1, TNF, dan IL-6 dapat mempengaruhi osteoblas dan

sel-sel lain yang mengaktifkan osteoklas dan meningkatkan pelepasan sitokin oleh

makrofag. (Langreaber et al., 2014)

Osteoblas dirangsang oleh partikel pemakaian untuk menghasilkan faktor

osteoklastogenesis RANKL dan M-CSF dan sitokin seperti IL-6 dan IL-8.

Interleukin enam (IL 6) disekresi oleh osteoblas sebagai respon terhadap ion

metal. Konsentrasi ion metal yang berhubungan dengan respon toksik osteoblas

Gambar 3.1 Kerangka Berpikir

Metal Implan

Partike ion metal

Aktivasi NK-ḱB Macrophage

GM-CSF, 1ß, IL-6, TNF-ᾱ

Pembentukan Prekursor Osteoklas

Aktivasi pembentukan Osteoklas

Osteoblast

Osteolisis periimplan

3.2 Kerangka Konsep

Gambar 3.2 Konsep Penelitian

Keterangan :

: Variabel Bebas

: Variabel Tergantung

: Variabel Kendali

FAKTOR

EKSTERNAL

 Lingkungan

 Nutrisi

 Perawatan Luka FAKTOR

INTERNAL

 Strain

 Umur

 Berat Badan



Tulang Tibia Tikus

K – Wire Titanium K – Wire Stainless steel

3.3 Hipotesis Penelitian

Dari kerangka konsep tersebut dibuat suatu hipotesis penelitian yaitu :

 Ada perbedaan ekspresi IL-6 pada sel sel tulang tibia tikus yang

diaplikasi K - wire titanium dengan K - wire stainless steel.

BAB IV

METODELOGI PENELITIAN

4.1 Desain Penelitian

Penelitian ini adalah penelitian eksperimental dirancang dengan

menggunakan rancangan Randomized post-test only control group design.

Rancangan penelitian ini digambarkan dengan skema sebagai berikut :

P S R O1

Gambar 4.1 Skema Rancangan Penelitian

Keterangan

P : Populasi

S : Sampel

R : Randomisasi

P0

P1

P2

O0

P0 : Kelompok Kontrol (Perlakuan berupa bor korteks tulang tibia tanpa

aplikasi K-wire)

P1 : Kelompok Perlakuan 1 (Berupa bor korteks tulang tibia diikuti dengan

aplikasi K-wire titanium)

P2 : Kelompok Perlakuan 2 (Berupa bor korteks tulang tibia diikuti dengan

aplikasi K-wire stainless steel)

4.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dan pemeriksaan histopatologi dilaksanakan di Laboratorium

Patologi Veteriner, Fakultas Kedokteran Hewan Universitas Udayana Bali, waktu

dilaksanakan mulai bulan Oktober 2015

4.3 Populasi dan Sampel

Sampel penelitian adalah tikus jantan jenis Wistar berumur 6 sampai 8

minggu, berat 250 gram.

4.4 Kriteria Subjek 4.4.1 Kriteria Inklusi

1. Tikus jantan jenis berumur 6 -8 minggu.

2. Berat 250 gram.

3. Tikus bergerak aktif dan tidak pincang.

4. Tikus yang selama pemeliharaan di peternakan mendapat analgetik

4.4.2 Kriteria drop-out

2. Tikus yang tidak mau makan, mengalami dehidrasi atau mengalami

penurunan berat badan lebih dari 20 persen dari berat badan awal.

4.5 Besar Sampel

Besar sampel dihitung dengan menggunakan rumus Federer (Federer,

2008).

(t-1)( n-1) ≥ 15

(3-1)(n-1) ≥ 15

2n-2 ≥ 15

2n ≥ 17

n ≥ 8,5

N = Besar sampel

T = Jumlah perlakuan

Dari hasil perhitungan rumus di atas, besar sampel minimal yang diperlukan

sebesar 9 sampel dalam satu kelompok. Untuk mengantisipasi kemungkinan drop

out, sampel ditambahkan 10%,maka jumlah sampel dalam penelitian ini adalah :

N = n/(1-f)

Dimana :

N = jumlah hewan coba yang diperlukan tiap kelompok.

n = jumlah sampel minimal untuk tiap kelompok.

Maka :

N = 8,5/(1 – 0,1)

N = 8,5/0,9

N = 9,44  N dibulatkan menjadi 10

Berdasarkan rumus di atas, maka jumlah sampel yang diperlukan pada

penelitian ini sebanyak 10 ekor hewan coba untuk tiap kelompok atau total 30

tikus.

Teknik pengambilan sampel digunakan cara Simple Randomization karena

populasi relatif homogen.

1.6. Identifikasi Variabel

a. Variabel Bebas : Aplikasi K- wire titanium dan stainless steel

b. Variabel tergantung :

o _{Ekspresi IL-6 pada periimplan tulang tibia tikus}

4.7 Definisi Operasional

a. Aplikasi implan titanium adalah aplikas K-wire titanium (TAV) diameter 1.25 mm, panjang 0,5cm, pada shaft tulang tibia tikus dengan

anterior approach, arah wire lateral ke medial secara oblique.

b. Aplikasi implan stainless steel adalah pemasangan K-Wire stainless steel diameter 1.2 mm, panjang 1cm, pada shaft tulang tibia tikus

dengan anterior approach, arah wire lateral ke medial secara oblique.

dengan menggunakan pemeriksaan immunohistokimia (Hallab, et al;

2004)

d. Ekspresi IL-6 di ukur secara kuantitas yaitu ekspresi lemah jika kurang dari 20 per lapang pandang, ekspresi sedang jika ditemukan lebih dari

20 per lapang pandang dan kurang dari 50 per lapang pandang, ekspresi

kuat jika ditemukan lebih dari 50 per lapangan pandang.

4.8 Cara Kerja

a. Digunakan 30 ekor tikus jantan dengan jenis Wistar dengan umur antara

6 sampai 8 minggu.

b. Tikus kemudian dibagi secara acak menjadi 3 kelompok, yaitu :

 Kelompok P0 mendapat perlakuan berupa bor tanpa aplikasi

K-wire

 Kelompok P1 mendapat perlakuan berupa aplikasi K-wire titanium

dengan diameter 1.25 mm

 Kelompok P2 mendapat perlakuan berupa aplikasi K-wire stainless

Steel dengan diameter 1.25 mm

c. Semua kelompok setelah mendapat perlakuan bor dan aplikasi K-wire

luka insisi akan ditutup, lapisan dalam dengan jahitan benang

absorbable 5.0, lapisan luar (kulit) dengan benang non absorbable 5.0.

d. Untuk semua kelompok. setelah luka ditutup, luka di oleskan dengan

e. Pemberian antibiotik profilkasis untuk semua kelompok, ceftriaxon

60mg/KgBB, 1 kali sehari selama 3 hari, pemberiannya secara

intramuscular.

f. Evaluasi dan perawatan luka dilakukan setiap hari

g. Penelitian dilakukan pada pagi hari pukul 09.00 WITA, pada hari

pertama penelitian.

h. Ketiga kelompok tikus dikandangkan di Laboratorium Veteriner

Fakultas Kedokteran Hewan Universitas Udayana dengan ukuran

30x20cm dan diberikan diet normal berupa pelet dan air dua kali

sehari.

i. Pada hari terakhir minggu ke tiga, tikus disuntik sampai mati dengan

barbiturat dan jaringan korteks tulang perimplan tibia tikus diperiksa

secara immunohistokimia dan sisa tubuh tikus dibakar.

7. Sarung tangan

8. Alat ukur

9. Spuit 1 cc, 3 cc

Bahan terdiri dari :

1. Eter, alkohol 30%, 40%, 50%, 60%,70%, dan 95%, NaCl 0.9%

2. Aquades

3. Formalin

4. Parafin

5. Hematoxylin-Eosin

6. K-wire berbahan Titanium dan Stainless Steel dengan diameter 1,2 mm

7. Reagen immunohistokimia

4.8.2 Pembuatan Sediaan Histopatologis Tulang

Tikus di euthanasia dengan metode inhalasi menggunakan eter dengan dosis

2 ml. Setelah tikus mati , kemudian tibia sebelah kanan diambil secara utuh dan

jaringam otot serta periosteum dibersihkan dari tulang. Tulang kemudian

dilakukan proses dekalsifikasi. Selanjutnya tulang dipotong dengan mikrotom

menjadi 3 potongan terbesar melewati lokasi perimplan.

Selanjutnya tulang difiksasi dengan 10% formalin-0.1M phostat buffer PH

7.4. Spesimen tersebut kemudian ditanam pada parafin blok dipotong dengan

tebal 5-7 micrometer tiap bagian dan dicat dengan Haematoxylin dan eosin (Olcay

et al., 2011), selanjutnya dilakukan pemeriksaan dibawah mikroskop cahaya

4.9 Alur penelitian

Gambar 4.2. Bagan Alur Penelitian Sampel

Adaptasi selama 1 minggu

Dibagi menjadi

3 kelompok

Kelompok perlakuan 1 :

Tulang tibia tikus diaplikasi K-wire titanium Kelompok kontrol:

Tulung tibia tikus di bor tanpa diaplikasi K - wire

Kelompok perlakuan 2:

Tulang Tibia tikus diaplikasi K-wire Stainless Steel

Pemeriksaan imunohistokimia pada minggu ke tiga yaitu:

 Ekspresi IL-6 sel sel tulang tibia tikus di jaringan periimplan

4.10 Analisa Data

Data yang diperoleh dianalisis dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Analisis Deskriptif

2. Analisis Normalitas

Uji normalitas data dengan Shapiro-Wilk test untuk mengetahui data

sampel berasal dari populasi berdistribusi normal atau tidak.

3. Analisis Homogenitas dengan Levene test untuk mengetahui varian data

homogen atau tidak.

DAFTAR PUSTAKA

Anderson J M., Rodriguez A., Chang DT. 2008. Foreign body reaction to biomaterials. Semin Immunol. NIH public access, 20 (2): 86 - 100

Balto K., Sasaki H., Stashenko P. 2001. Interleukin-6 deficiency increases inflammatory bone destruction. Infection and immunity. American society for microbiology, Vol. 69:p. 744-750

Bergmann CP., Stumpf A. 2013. Dental ceramic microstructure, properties and degradation. Springer. Berlin.p.9-13

Bombac D., Brojan M., Krkovic M., Turk R., Zalar A., Characterization of titanium and stainless steel medical implants surfaces. Material and Geoenviroment. RMZ, Vol. 54, No 2, pp. 151-164, 2007

Christiensen FB., Dalstra M., Seijling F., Overgaard S., Bunger C. 2000. Titianium alloy enhances bone – pedicle screw fixation: mechanical and histomorphometrical results of titanium alloy versus stainless steel. Eur Spine J, Vol 9: p. 97 - 1003

Devine DM., Leitner SM., Perren LP., Pearce SG. 2009. Tissue reaction to implants of different metals: a study using guide wires in cannulated screws. European cells and materials. Vol.18: p.40-48

Gooddman SB., Yao Z., Keeney M., Yang F. 2013. The future of biologic coating for orthopaedic implants. Bioamaterials, Elesevier, Vol. xxx.p.1- 10.

Huang RL., Chen A., Wang W., Herller T., Xie Y, Gu B., Li Q. 2015. Synergy between IL-6 and soluble IL-6 receptor enhances bone morphogenetic protein-2/absorbable collagen sponge-induced bone regeneration via regulation of BMPRIA distribution and degradation. Biomaterials, Elesvier, Vol. 67. p.308 -322

Joshua J., Jacobs., Jeremy. 1998. Current concepts review corrosion of metal orthopedic implants. The journal of bone and joint surgery. Vol 80-A, p.269-279

Koller M., Schildhauer TA., Robie B., Muhr G., 2006. Bacterial adherence to tantalum versus commonly used orthopedic metallic implant materials. J orthop trauma, Vol 20: p. 476 - 484

Landgraeber, S., Jager, M., Jacobs,J.J., Hallab, N.J., 2014. Review article; The pathology of Orthopedic Implant Failure Is Mediated by Innate System Cytokines. Mediators of Inflammation. Hindawi Publishing Corporation, Vol 2014

Plecko M., Sievert C., Frigg R., Klein K., Nuss K., Ferguson S. 2012. Osseointergation and biocompatibility of different metal implants – a comparative experimental investigation in sheep. BMC Musculoskeletal disorders. Vol. 13 – 32

Rodrigo A., Valle G., Saldan˜ a l., Rodrı´guez M., Martı´nez m., Munuera L.

2006. Alumina Particles Influence the Interactions of

CoculturedOsteoblasts and Macrophages. January, Journal Of

Orthopeadic Reserach

Schmidt C, Steinbach G, Decking R, Claes LE, Ignatius AA. 2003. IL-6 and PGE2 release by human osteoblasts on implant materials, Biomaterials, Elsevier, Vol 24: p. 4191– 4196

Schumtz P., Chang N., Gerber I. 2008. Review Article: Metalic medical implants; Electrochemical characterization of corrosion processes. The Electrochemical society. Interface. P.35-40

Taheri NS., Blicblau AS., Singh M. 2011. Comparative study of two materials for dynamic hip screw during fall and gait; titanium alloy and stainless steel. J Orthop Sci, Vol 16: p. 805 - 813

Urish KL., Anderson PA, Mihalko WM. 2013. The challenge of corrosion inorthopaedicimplants. AAOS.

http://www.aaos.org/news/aaosnews/apr13/research4.asp

Villacis D., Merriman JA., Reza O., Itamura J., Hatch GF. 2014. Serum

interleukin -6 as a marker of peroprosthetic shoulder infection. J bone joint surg arm. Vol. 96: p.41-45

Wall JE., Jain V., Vora V., Mehlaman CT., Crawford AH. 2008. Complications of titanium and stainless steel elastic nail fixation of pediatric femoral fracture. 2008. J Bone Joint Surg Arm.Vol 90: p. 1305 - 1313

Williams DF. 2008. On the mechanism of biocompatibility. J.biomaterials. Vol. xxx: p.1-13

Yaszemski MJ., Trantolo DJ., Lewandrowski KU., Wise DL. 2004. Biomaterilas in orthopedic. Hallab NJ., Urban RM., Jacobs JJ. 2004. Corrosion and Biocompatibility of Orthopedic Implants. Ney York: Marcel deker inc.p.63-90

Yaszemski MJ., Trantolo DJ., Lewandrowski KU., Wise DL. 2004. Biomaterilas in orthopedic. Carlson LV., Macdonad w. 2004. Osseointegration Principles in Orthopedics: Basic Research and Clinical Applications. Ney York: Marcel deker inc.p.223-239