PENGAMATAN MAKROSKOPIS BIODEGRADASI IMPLAN
LOGAM BERBAHAN DASAR BESI PADA MENCIT
NUR FITRI UTAMI
FAKULTAS KEDOKTERAN HEWAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengamatan Makroskopis Biodegradasi Implan Logam Berbahan Dasar Besi pada Mencit adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
NUR FITRI UTAMI. Pengamatan Makroskopis Biodegradasi Implan Logam Berbahan Dasar Besi pada Mencit. Dibimbing oleh DENI NOVIANA dan R. HARRY SOEHARTONO.
Biodegradasi material implan logam merupakan proses korosi logam akibat reaksi antara logam dengan zat di lingkungan sekitar, khususnya lingkungan tubuh. Tujuan dari penelitian ini adalah melihat proses degradasi suatu material berbahan dasar besi yang dapat terserap tubuh. Penelitian ini menggunakan 40 ekor mencit jantan dewasa (Mus musculus albinus) dengan kisaran berat 30-35g. Mencit dibagi ke dalam 4 grup, Fe (besi) n=12, Fe-Cr (besi berlapis kromium) n=12, SS 316L (stainless steel) n=12, dan kontrol yang diasumsikan sebagai kondisi awal sebelum perlakuan (n=4). Implantasi dilakukan pada daerah paha/intramuskular (IM) dan daerah tengkuk/subkutan (SC). Parameter yang diamati meliputi perubahan material secara makroskopis, penilaian bentukan karat material, laju korosi, dan kehilangan berat material post implantasi. Hasil penelitian ini menunjukkan terdapat perubahan dan kerusakan terbesar pada material implan Fe. Material implan SS 316L tidak mengalami kerusakan. Kerusakan terbesar terjadi pada material implantasi daerah subkutan. Laju korosi terbesar dimiliki oleh material implan Fe. Laju korosi material implan Fe-Cr lebih rendah dibanding Fe (P<0.05) pada hari pertama post implantasi. Kehilangan berat terbesar dimiliki oleh material implan Fe. Kehilangan berat material implan Fe-Cr tidak berbeda nyata (P>0.05) dengan Fe pada waktu implantasi awal, namun kehilangan berat Fe-Cr lebih tinggi dibanding Fe (P<0.05) pada waktu implantasi terakhir. Material implan SS 316L tidak memiliki laju korosi dan kehilangan berat. Material implan Fe dan Fe-Cr ini berpotensi sebagai bahan implan yang dapat terdegradasi dan dapat digunakan sebagai kandidat untuk aplikasi dalam dunia medis.
Kata kunci : biodegradasi, biomaterial, logam berbahan dasar besi, mencit
ABSTRACT
NUR FITRI UTAMI. Macroscopic Study Of Biodegradation Of Iron Based Metal Implants In Mice. Supervised by DENI NOVIANA and R. HARRY SOEHARTONO.
metal implants were material changes examination, evaluation of carat formed, the corrosion rate, and the weight loss. The result showed the greatest damage occurred in Fe, followed by Fe-Cr and last a relatively no damage is SS 316L implant. The subcutaneously implanted material suffered higher damage than the intramuscularly implanted material. The greatest corrosion rate occurred in Fe implant. The corrosion rate of Fe-Cr lower than Fe implant (P<0.05) at the first time of implantation. The weight loss of Fe not significantly differ (P>0.05) as the weight loss of Fe-Cr at the first time of implantation, but its lower than the weight lose of Fe-Cr implant (P<0.05) at the last time of implantation. SS 316L implant not showed the corrosion rate and the weight loss. As a conclusion , Fe and Fe-Cr implants were potentially as implant materials that can be degraded and therefore could be use for medical applications.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kedokteran Hewan
pada
Fakultas Kedokteran Hewan
PENGAMATAN MAKROSKOPIS BIODEGRADASI IMPLAN
LOGAM BERBAHAN DASAR BESI PADA MENCIT
NUR FITRI UTAMI
FAKULTAS KEDOKTERAN HEWAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Pengamatan Makroskopis Biodegradasi Implan Logam Berbahan Dasar Besi pada Mencit
Nama : Nur Fitri Utami NIM : B04090052
Disetujui oleh
drh Deni Noviana, PhD Pembimbing I
drh R Harry Soehartono, MAppSc, PhD Pembimbing II
Diketahui oleh
drh H Agus Setiyono, MS, PhD, APVet Wakil Dekan
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Juni 2012 ini ialah Pengamatan Makroskopis Biodegradasi Implan Logam Berbahan Dasar Besi pada Mencit.
Terima kasih penulis ucapkan kepada drh Deni Noviana, PhD dan drh R Harry Soehartono, MAppSc, PhD selaku pembimbing atas semua bimbingan dan arahannya, seluruh dosen dan staf Bagian Bedah dan Radiologi FKH IPB, drh. M Fakhrul Ulum, M.Si, drh. Devi Paramitha atas bantuan dan saran selama pelaksanaan penelitian, drh. Surachmi S, PhD selaku dosen pembimbing akademik. Terima kasih kepada rekan satu penelitian Nindya Dwi Utami, serta teman-teman satu perjuangan di Bagian Bedah dan Radiologi Awit Diah A. Naomi, Kevin Timotius Tan, Alvian R, Rezki Ridhayanti, Septiana Eka Sari, dan drh. Sitaria atas kerjasama dan bantuannya selama penelitian.
Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada keluarga tercinta Ibu Sugiyah, Bapak Suhatno, Nur Isnaini M, Ahmad Raihan A, dan seluruh keluarga besar yang selalu memberikan dukungan dan doa yang tiada hentinya. Terima kasih kepada Tri may, 9’ers dan lamban muli’ers, serta teman-teman Geochelone Angkatan 46 atas dukungan dan bantuannya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR LAMPIRAN vii
PENDAHULUAN
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 3
Manfaat Penelitian 3
TINJAUAN PUSTAKA
Biomaterial Terdegradasi 2
Korosi 3
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian 3
Hewan Penelitian 4
Bahan 4
Alat 4
Metode 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Degradasi pada Jaringan Secara Makroskopis 6
Penilaian Bentukan Karat Material Implan Logam 8
Laju Korosi Material Implan Logam 10
Kehilangan Berat Material Implan Logam 12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan 13
Saran 14
DAFTAR PUSTAKA 14
DAFTAR TABEL
1 Penilaian bentukan dan ukuran karat material implan pada implantasi
daerah intramuskular/IM mencit 8
2 Penilaian bentukan dan ukuran karat material implan pada implantasi
daerah subkutan/SC mencit 8
3 Laju korosi material pada implantasi daerah intramuskular (IM) mencit 10 4 Laju korosi material pada implantasi daerah subkutan (SC) mencit 10 5 Persentase kehilangan berat material pada daerah implantasi
intramuskular (IM) mencit 12
6 Persentase kehilangan berat material pada daerah implantasi subkutan
(SC) mencit 12
DAFTAR GAMBAR
1 Bentuk dan kondisi pre implantasi material 6
2 Implantasi material berbahan dasar besi pada mencit secara
intramuskular dan subkutan 6
3 Perubahan pada material post implantasi daerah intramuskular/IM dan
daerah subkutan/SC mencit 7
4 Perubahan pada material post implantasi daerah subkutan/SC mencit 7
5 Penilaian bentukan karat material implan 9
6 Penilaian ukuran karat material implan 9
7 Laju korosi material implan pada hari ke-1, ke-4, dan ke-14 post implantasi pada daerah IM dan daerah SC mencit 10 8 Kehilangan berat material implan pada hari ke-1, ke-4, dan ke-14 post
implantasi pada daerah IM dan daerah SC mencit 13
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Jenis material yang bermacam-macam telah menjadi bagian dari peradaban manusia sejak dahulu. Pengetahuan mengenai interaksi antara material implan dengan jaringan tubuh memunculkan konsep baru tentang material degradable/terdegradasi, yang mampu terdegradasi dalam tubuh. Biomaterial terdegradasiini diharapkan mampu mendukung proses persembuhan jaringan dan tidak diperlukan tindakan pembedahan ulang. Penelitian tentang biomaterial terdegradasi ini telah banyak dikembangkan. Sekitar 95% pasien atau klien memilih material implan yang mampu terdegradasi dalam tubuh untuk terapi patah tulang (Mittal et al. 2005).
Pengujian material implan dapat dilakukan baik secara in vitro maupun in vivo. Pengujian secara in vitro harus memperhatikan kondisi lingkungan seperti suhu dan kelembaban. Pengujian secara in vivo dilakukan untuk melihat interaksi antara material implan dan proses persembuhan jaringan tubuh host. Maka karakteristik biomaterial implan dalam tubuh harus diketahui.
Pengujian in vivo dilakukan dengan menggunakan hewan coba. Mencit merupakan hewan percobaan yang populer digunakan dalam penelitian laboratorium. Keunggulan mencit sebagai hewan percobaan yaitu memiliki siklus hidup yang relatif pendek, mudah dihandling dan memiliki sifat fisiologis menyerupai mamalia besar. Keunggulan-keunggulan ini mendasari pemakaian mencit sebagai hewan coba untuk penelitian biomaterial implan.
Logam merupakan biomaterial sintetik yang memiliki kelebihan yaitu keras, kuat, elastik, dan memiliki sifat mekanik yang lebih unggul. Kekurangan dari logam adalah mudah terkorosi, padat, pejal, dan sulit dibentuk. Proses degradasi atau lebih dikenal dengan istilah korosi terjadi akibat interaksi antara material dengan cairan tubuh manusia. Sifat logam yang tidak tahan terhadap korosi harus diperhatikan karena dapat berakibat buruk pada tubuh. Implantasi akan menghadirkan suatu masalah pada struktur kimia, mekanis dan fisiologis dalam tubuh. Kehandalan dan efektivitas penanaman material implan dalam pembedahan medis merupakan faktor penting dalam keberhasilan implantasi.
2
Perumusan Masalah
Bagaimana perilaku korosi dari material implan logam yang dicobakan pada mencit? Bagaimana material implan logam dapat terdegradasi dalam tubuh?
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini mengetahui degradasi material implan dalam tubuh dengan melihat proses degradasi atau korosi secara makroskopis, melihat perubahan dan bentukan karat pada material, perhitungan laju korosi, dan perhitungan kehilangan berat material.
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah memberikan keterangan mengenai material logam implan yang ideal dan mampu terserap dalam tubuh sebagai aplikasi dalam dunia medis.
TINJAUAN PUSTAKA
Biomaterial Terdegradasi
Biomaterial terdegradasi diklasifikasikan ke dalam kelompok logam/metal, keramik, polimer, dan material alam lainnya. Biomaterial logam yang banyak digunakan untuk peralatan medis yaitu stainless steel/baja, titanium dan perpaduannya, emas, platinum, perak, dan perpaduan kobalt-krom (Yang 2008). Material terdegradasi harus memenuhi persyaratan diantaranya memiliki kekuatan mekanis hingga terjadi penyembuhan jaringan. Material juga harus memiliki kecepatan biodegradasi yang sesuai dengan waktu penyembuhan jaringan, serta memiliki biokompatibilitas yang baik untuk jaringan tubuh (Xin et al. 2011).
3 komersial. Material kobalt dan titanium cukup mahal, sedangkan austentik stainless steel lebih murah. Kekurangan dari austentik stainless steel ini adalah tingginya tingkat kegagalan implantasi akibat adanya serangan korosi (Mudali 2003).
Material logam diklasifikasikan menjadi logam ferrous dan logam non-ferrous. Logam ferrous berbasis pada besi (Fe) sebagai bahan utamanya. Logam non-ferrous tersusun dari bahan selain besi (Fe) yang mudah bereaksi dengan oksigen (terkorosi) sehingga logam jenis ini digolongkan ke dalam basis metal. Contoh logam non-ferrous adalah Alumunium (Al), Tembaga (Cu), Seng (Zn), Timbal (Pb), Timah (Sn), Nikel (Ni), Magnesium (Mg), dan Titanium (Ti). Berdasarkan konsentrasi karbonnya, logam ferrous dibedakan menjadi kelompok baja (steel) dan kelompok besi tuang (cast iron). Kandungan karbon besi tuang lebih besar dibandingkan baja. Kandungan karbon besi tuang sangat jenuh. Kelebihan karbon ini akan membentuk karbon bebas yang tidak mengisi matriks besi. Baja karbon mengandung unsur-unsur dalam batas tertentu yang tidak mempengaruhi sifatnya. Unsur-unsur tersebut diantaranya mangan, silikon, belerang, oksigen, dan nitrogen, dengan kadar yang sangat kecil. Baja paduan adalah baja yang dicampur dengan satu atau lebih unsur seperti nikel, kromium, dan molibden. Paduan unsur-unsur ini akan menghasilkan baja yang memiliki sifat keras, kenyal, dan tahan panas (Amanto dan Daryanto 1999).
Korosi
Korosi merupakan degradasi logam akibat reaksi antara logam dengan zat di lingkungan sekitar, khususnya lingkungan tubuh (Adya et al. 2005). Korosi mengakibatkan logam tidak stabil dan akan mengalami kerusakan pada bagian permukaannya karena bereaksi dengan lingkungan sekitarnya (Wirjoadi et al. 2013). Korosi merupakan proses elektrokimia oksidasi dan reduksi. Elektron akan dilepas oleh material logam (oksidasi) kemudian ditangkap oleh elemen-elemen pada larutan tersebut (reduksi). Korosi tidak terjadi pada logam yang memiliki lapisan permukaan protektif. Faktor yang berperan dalam proses korosi yaitu anoda, katoda, larutan elektrolit, dan penghantar listrik (Trethwey and Chamberlain 1991). Tingkat korosi logam dipengaruhi oleh komposisi material serta reaksi kimia yang terjadi pada lingkungan sekitar logam (Song and Atrens 2003). Laju korosi adalah kecepatan material logam dalam mengalami proses korosi. Pengamatan laju korosi banyak dilakukan dalam pengujian korosi karena berkaitan dengan nilai ekonomis dan mudah (Anggaretno et al. 2012). Laju korosi paling mudah dilakukan dengan mengukur kehilangan berat material (Virtanen et al. 2008).
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
4 (n=12), kelompok III diimplan dengan material kawat bedah (Baja stainless steel) SS 316L (n=12), dan kelompok IV sebagai kelompok kontrol yang diasumsikan sebagai kondisi awal sebelum perlakuan (n=4).
Bahan
Material logam besi/cast iron (Besi/Fe) (n=12) (weight (w) =201.90 x 10 -4 g, length (ℓ)=3.0 mm, diameter (Ø)=1.0 mm), 12 ekor diimplan dengan material besi berlapis kromium Fe-Cr (n=12) w=182.00 x 10-4 g, ℓ=3.2 mm, Ø=1.0 mm, 12 ekor diimplan dengan material Baja stainless steel SS 316L (n=12) w=434.30 x 10-4 g, ℓ=3.1 mm, Ø=1.3 mm. Aklimatisasi menggunakan antibiotik amoksisilin 125 mg/5 ml, anthelmintik praziquantel 20 mg/5 ml, antiprotozoa metronidazole 200 mg/5 ml. Anestetikum dengan ketamin HCl 1% dan xylazin HCl 1%. Desinfeksi menggunakan alkohol 70% dan iodine tincture 3%. Perawatan mencit dengan pakan mencit komersial, air ad libitum, dan pengobatan luka dengan Bioplacenton®.
Alat
Alat yang digunakan yaitu kandang mencit, seperangkat alat bedah minor, trocar, bor bedah, amplas, oven, timbangan mencit, timbangan material implan, syringe, Digital TV Microscope®, dan perangkat lunak ImageJ® untuk Microsoft® Windows®.
Metode
Aklimatisasi Mencit
Mencit diaklimatisasi selama 12 hari dalam kelompok kandang terpisah. Anthelmintik (dosis 10 mg/kg BB) diberikan peroral sebanyak 2 kali pada hari ke-1 dan ke-7, antibiotik (dosis ke-10 mg/kg BB) diberikan peroral sebanyak 5 kali pada hari ke-2 hingga hari ke-6, antiprotozoa (dosis 20 mg/kg BB) diberikan peroral sebanyak 5 kali pada hari ke-8 hingga hari ke-5. Mencit diberi pakan mencit komersial, dan air minum ad libitum.
Persiapan Material Implan dan Penanaman Material Implan
5 dianestesi menggunakan ketamin HCl dosis 30 mg/kg BB dan xylazin HCl dosis 5 mg/kg BB melalui intraperitoneum. Rambut di daerah tengkuk dan paha kanan bagian lateral dicukur dan didesinfeksi. Masing-masing material implan diimplankan ke 12 mencit pada daerah muskular dan subkutan, sedangkan 4 mencit digunakan sebagai kontrol. Material implan pada intramuskular daerah paha dimasukkan dengan trocar. Material implan pada subkutan yaitu daerah tengkuk dimasukkan dengan syringe. Setelah itu penutupan jaringan dilakukan dengan menjahit kulit. Pengamatan mencit dilakukan selama 14 hari dan implan dipanen pada hari ke-1, ke-4, dan ke-14. Luka bekas implantasi diberi Bioplacenton agar cepat mengering.
Pengambilan Data dan Perhitungan
Data diambil pada hari ke-1, ke-4, dan ke-14 post implantasi. Mencit ditidurkan dengan anestesia over dosis dan dinekropsi untuk diambil implan logam pada daerah intamuskular dan subkutan. Masing-masing implan logam yang telah diambil kemudian diamati perubahan pada material implan dan ditimbang untuk mengetahui pengurangan berat material. Gambar perubahan material setelah perlakukan diambil dengan Digital TV Microscope® (Taiwan). Analisis gambar dengan ImageJ® (NIH, USA) perangkat lunak untuk Microsoft® Windows®. Penimbangan berat material dilakukan dengan timbangan digital. Diameter dan panjang material implan diukur dengan jangka sorong.
Menurut Basuki et al. (2012), perhitungan kehilangan berat dapat dihitung dengan rumus:
Keterangan: W = Persentase kehilangan berat (%)
W0 = Berat material pra implantasi (g) Wa = Berat material post implantasi (g)
Menurut Vamos dan Petrik (2012), perhitungan laju korosi dapat dihitung dengan rumus:
Keterangan: m = Kehilangan berat material (g)
S = Luas permukaan material (m2) t = waktu implantasi (h atau jam)
Prosedur Analisa Data
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Degradasi pada Jaringan Secara Makroskopis
Material implan yang digunakan adalah Fe (iron wire) yang merupakan besi murni, Fe-Cr yang merupakan besi berlapis kromium, dan stainless steel (SS 316L) yang merupakan baja murni. Bentuk dan kondisi material sebelum diimplankan ke tubuh mencit dapat dilihat pada gambar 1.
Material implan Fe dan Fe-Cr menyebabkan timbulnya warna coklat pada tubuh mencit sekitar daerah implantasi. Warna coklat lebih jelas terlihat pada implantasi daerah SC (gambar 2).
Perubahan pada material implan terjadi post implantasi secara makroskopis dapat dilihat pada gambar 3 dan gambar 4.
a b c
d e f
Gambar 2 Implantasi material berbahan dasar besi pada mencit secara intramuskular dan subkutan. a = Fe (besi) intramuskular/IM, b = Fe-Cr (besi berlapis kromium) intramuskular/IM, c = SS 316L (stainless steel) intramuskular/IM, d = Fe (besi) subkutan/SC, e = Fe-Cr (besi berlapis kromium) subkutan/SC, dan f = SS 316L (stainless steel) subkutan/SC.
a b c
7
Pada proses degradasi atau proses korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen mengalami reduksi. Karat logam umumnya berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia korosi besi adalah 4Fe2++O2+ 8H2O 2Fe2O3.H2O (s) + 8H+ yang berwarna coklat merah. Karat yang terbentuk pada permukaan material menunjukkan telah terjadi proses korosi selama implantasi dalam tubuh mencit. Secara keseluruhan, kerusakan material implan pada implantasi daerah SC lebih besar dibandingkan implantasi pada daerah IM. Kerusakan material yang paling besar terjadi pada material implan Fe ditunjukkan oleh bentukan karat berwarna coklat yang lebih banyak, kemudian diikuti oleh material implan Fe-Cr. Material implan SS 316L tidak mengalami kerusakan material.
Reaksi penolakan tubuh akan terjadi setelah material implan ditanamkan. Sistem pertahanan tubuh akan menurun dan terjadi infeksi atau peradangan. Material implan yang baik harus memiliki toleransi tubuh yang baik. Respon dari tubuh adalah dengan memunculkan jaringan serabut kolagen tipis yang membungkus implan dan memisahkan dari jaringan normal. Saat material logam diambil dari tubuh mencit, terlihat adanya jaringan yang menyelimuti material logam. Jaringan tersebut adalah serabut kolagen. Ketahanan material implan terhadap reaksi korosi akan mempengaruhi ketebalan jaringan serabut. Semakin
Fe Fe-Cr SS316L
Hari ke-1
Hari ke-4
Hari ke-14
Gambar 3 Perubahan pada material post implantasi daerah intramuskular/IM mencit.
Fe Fe-Cr SS316L
Hari ke-1
Hari ke-4
Hari ke-14
8
tinggi ketahanan korosi material implan, maka akan semakin tipis serabut kolagen yang dihasilkan (Lusiana 2010). Serabut kolagen yang paling tebal terdapat pada material implan Fe, sedangkan serabut kolagen yang paling tipis terdapat pada material implan SS 316L.
Penilaian Bentukan Karat Material Implan Logam
Beberapa material implan mengalami kerusakan setelah diimplankan ke tubuh mencit. Karat yang terbentuk diamati letak bentukan karat dan ukuran karat. Secara keseluruhan penilaian bentukan karat material implan dapat dilihat pada tabel 1 dan 2, serta gambar 5.
Tabel 1 Penilaian bentukan dan ukuran karat material implan pada implantasi daerah intramuskular/IM mencit
Jenis Material Post implantasi hari ke- Bentukan karat Ukuran karat
Fe
Bentukan karat: + = pada bagian ujung material, ++ = pada bagian badan material, dan +++ = pada bagian ujung dan badan material. Ukuran karat: + = <1mm, ++ = 1mm, dan +++ = >1mm.
Tabel 2 Penilaian bentukan dan ukuran karat material implan pada implantasi daerah subkutan/SC mencit
Jenis Material Post implantasi hari ke- Bentukan karat Ukuran karat
Fe
9
+ ++ +++
Gambar 5 Penilaian bentukan karat material implan. + = pada bagian ujung material, ++ = pada bagian badan material, dan +++ = pada bagian ujung dan badan material.
+ ++ +++
Gambar 6 Penilaian ukuran karat material implan. + = < 1 mm, ++ = 1 mm, dan +++ = > 1 mm.
Bentukan karat terbesar terjadi pada material yang diimplankan di daerah SC. Ini terlihat dari bentukan karat yang banyak dan ukuran karat yang besar. Daerah SC terdiri dari jaringan ikat. Celah antar jaringan ikat terisi oleh jaringan adiposa (Sumena et al. 2010). Lemak daerah SC bertindak sebagai reservoar cairan dan elektrolit (Kahn 2005). Daerah IM terdiri dari otot yang memiliki sedikit celah dan sedikit cairan ekstraselular, sehingga proses korosi lebih rendah. Perubahan material terbesar terjadi pada material implan Fe. Hal ini ditunjukkan oleh bentukkan karat yang banyak dan ukuran karat yang besar. Karat juga terbentuk pada material implan Fe-Cr, namun tidak sebanyak dan sebesar karat pada Fe. Material implan SS 316L tidak menunjukkan adanya perubahan. Ini dibuktikan tidak ditemukannya bentukan karat.
2 mm
1 mm 1 mm
1 mm 2 mm
10
Lama waktu implantasi mempengaruhi besarnya bentukan karat. Perubahan terbesar terjadi pada hari ke-14 post implantasi. Hal ini ditunjukkan oleh bentukan karat yang banyak dan ukuran karat yang besar.
Laju Korosi Material Implan Logam
Laju biodegradasi atau laju korosi merupakan kecepatan sebuah material logam dalam proses biodegradasi. Laju korosi pada hari pertama sangat tinggi dan menurun pada hari ke-4 dan hari ke-14 post implantasi (Tabel 3, 4, dan gambar 6). Tabel 3 Laju korosi material pada implantasi daerah intramuskular (IM) mencit Jenis material N Laju korosi (g m perbedaan yang nyata (P<0.05) antar kelompok material.
Tabel 4 Laju korosi material pada implantasi daerah subkutan (SC) mencit Jenis material N Laju korosi (g m
11 Material implan Fe menunjukkan laju korosi yang sangat tinggi pada hari pertama post implantasi. Kawat besi terbuat dari besi tuang/cast iron (Fe) dengan kandungan karbon yang jenuh. Logam Fe akan mengalami reaksi oksidasi, sedangkan oksigen yang ada dalam jaringan akan mengalami reaksi reduksi. Bagian tertentu dari besi bertindak sebagai anoda kemudian akan mengalami reaksi oksidasi. Bagian yang lain dari besi akan bertindak sebagai katoda dimana oksigen akan tereduksi. Ion Fe2+ akan teroksidasi menjadi Fe3+, kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi yang disebut karat besi. Permukaan logam dilapisi oleh oksida tipis yang menyebabkan terjadi perbedaan potensial antara sistem dengan oksida logam, kemudian terbentuk sel hasil korosi (Trethwey and Chamberlain 1991).
Laju korosi Fe lebih tinggi dibanding laju korosi Fe-Cr (P<0.05) pada hari pertama post implantasi daerah IM. Ini disebabkan material implan Fe-Cr terbuat dari besi (Fe) yang dilapisi oleh kromium (Cr). Kromium (Cr) merupakan inhibitor laju korosi pada permukaan logam (Shaw 2006). Hari ke-4 dan ke-14 post implantasi menunjukkan kedua material ini tidak berbeda nyata (P>0.05).
Tubuh merupakan lingkungan yang korosif bagi logam. Ini disebabkan adanya reaksi oksigenasi. Saat material implan dimasukkan ke dalam tubuh maka secara spontan akan dipenuhi oleh cairan jaringan ekstraseluler. Material implan akan mengalami disolusio(peleburan)karena reaksi kimia pada lingkungan tubuh yang korosif dan kompleks. Ion dalam tubuh berfungsi untuk menjaga pH dan transfer elektron. Ion garam dalam tubuh meningkatkan korosi logam. Keberadaan material implan dalam lingkungan tubuh akan mengganggu suplai darah dan kesetimbangan ion. Implan dikatakan gagal apabila menimbulkan rasa sakit yang hebat, peradangan, dan terjadinya korosi serta keausan. Implantasi material logam menyebabkan kenaikan konsentrasi ion jaringan. Hal yang menjadi pertimbangan adalah efek biomaterial terhadap host dan efek sistem biologis pada material (Lusiana 2010).
Korosi yang terjadi pada material implan Fe dan Fe-Cr dipengaruhi oleh lingkungan tubuh saat implantasi terjadi. Faktor lingkungan yang menyebabkan korosi pada logam terdiri dari air, asam, dan gas. Kandungan air dapat mengoksidasi permukaan logam sehingga air sangat berpengaruh dalam proses korosi. Faktor lain yang berpengaruh terhadap korosi, yaitu kondisi hidrodinamik mikroorganisme di sekitar implan, jarak antara jaringan tubuh dengan material implan, desain implan serta permukaan material, suhu tubuh, kadar oksigen, dan kadar ion inorganik (Virtanen 2011). Semakin tinggi suhu, maka reaksi kimia yang terjadi akan semakin cepat dan besar. Hal ini menyebabkan laju korosi akan semakin meningkat. Suhu tubuh mencit yaitu 36.5-37.0°C. Suhu tubuh mencit lebih tinggi dari lingkungan luar yang memiliki suhu 26-27°C, sehingga laju korosi material saat implantasi lebih besar.
Material stainless steel (SS) merupakan paduan besi dengan selaput permukaan pasif kromium oksida. Material SS 316L merupakan baja stainless steel yang tahan terhadap laju korosi. Ini karena terbentuk lapisan tipis oksida krom (Cr) pada material baja, sehingga menghalangi proses oksidasi besi (Shaikh et al. 2002). Ketahanan material SS 316L terhadap korosi terlihat dari laju korosinya sebesar 0.
12
IM dan SC tidak berbeda nyata. Ini berarti daerah implantasi tidak mempengaruhi laju korosi secara signifikan. Laju korosi semakin menurun seiring semakin lama waktu implantasi. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Wang dan Shi (2011) pada media perendaman in vitro. Hasil penelitian tersebut menyatakan bahwa laju biodegradasi material akan sangat tinggi pada 48 jam perendaman pertama, kemudian akan semakin menurun seiring waktu perendaman material. Peningkatan waktu implantasi akan menurunkan laju korosi atau laju biodegradasi hingga mencapai nilai optimal (Jatisukamto et al. 2011). Penurunan laju korosi ini disebabkan oleh produk korosi yang terbentuk pada permukaan logam sejak awal. Produk korosi ini mengurangi kontak langsung antara permukaan logam dengan lingkungan (Tjitro et al. 2000).
Kehilangan Berat Material Implan Logam
Proses korosi menyebabkan terbentuknya produk korosi dan pengelupasan permukaan logam, sehingga korosi akan mempengaruhi berat material implan (Tjitro et al. 2000).Hasil menunjukkan selama implantasi terjadi penurunan berat pada material implan Fe dan Fe-Cr, baik pada daerah IM maupun SC, namun hal ini tidak terjadi pada material implan SS 316L. Persentase penurunan berat material dapat dilihat pada tabel 5, tabel 6, dan gambar 7.
Tabel 5 Persentase kehilangan berat material pada daerah implantasi intramuskular (IM) mencit
Jenis material n Persentase kehilangan berat (%) Hari ke-1 Hari ke-4 Hari ke-14 Fe 4 1.38±1.42a 0.37±0.25a 0.64±0.49a Fe-Cr 4 0.40±0.51a 0.98±0.28a 1.93±0.68b SS 316L 4 - - -
Keterangan: Huruf superscript yang berbeda (a,b) pada kolom yang sama menunjukkan adanya perbedaan yang nyata (P<0.05) antar kelompok material.
Tabel 6 Persentase kehilangan berat material pada daerah implantasi subkutan (SC) mencit
Jenis material N Persentase kehilangan berat (%) Hari ke-1 Hari ke-4 Hari ke-14 Fe 4 0.77±0.68a 0.72±1.45a 0.63±0.49a Fe-Cr 4 0.56±0.65a 0.96±0.28a 1.79±0.85a SS 316L 4 - - -
13
A B
Gambar 8 Kehilangan berat material implan pada hari ke-1, ke-4, dan ke-14 post implantasi pada daerah IM (A) dan daerah SC (B) mencit. Kk\= Fe (besi), = Fe-Cr (besi berlapis kromium).
Kehilangan berat pada material implan Fe dan Fe-Cr tidak berbeda nyata (P>0.05) pada hari ke-1 dan ke-4 post implantasi. Hari ke-14 post implantasi menunjukkan kehilangan berat kedua material ini berbeda nyata (P<0.05) pada implantasi daerah IM. Kehilangan berat material implan Fe lebih rendah dari Fe-Cr pada hari ke-14 post implantasi. Ini disebabkan proses korosi pada Fe telah terjadi besar-besaran pada hari pertama. Ini dapat dilihat dari laju korosi yang tinggi pada material implan Fe di hari pertama. Kehilangan berat material terjadi akibat peristiwa korosi pada kedua material tersebut. Peristiwa korosi ini menyebabkan sebagian logam terutama pada permukaan logam terlepas. Material implan SS 316L tidak mengalami kehilangan berat karena tidak ada peristiwa
Material implan Fe dan Fe-Cr mengalami perubahan yang ditandai dengan pembentukan karat post implantasi. Laju korosi dan kehilangan berat tertinggi dimiliki oleh material implan Fe, kemudian diikuti oleh Fe-Cr, sedangkan material SS 316L tidak mengalami proses korosi. Material implan Fe dan Fe-Cr ini berpotensi sebagai bahan implan yang dapat terdegradasi dan dapat digunakan sebagai kandidat untuk aplikasi dalam dunia medis.
14
Saran
Saran yang diajukan berdasarkan penelitian ini adalah perlu dilakukan pengujian secara in vitro. Selain itu, penelitian selanjutnya dapat dilakukan pada lokasi implantasi yang berbeda dengan kombinasi Fe yang lain.
DAFTAR PUSTAKA
Adya N, Alam M, Ravindranath T, Mubeen A, Saluja B. 2005. Corrosion in titanium dental implants: literature review. Journal of Indian Prosthodontic Society 5(3):126-131.
Amanto H, Daryanto. 1999. Ilmu Bahan. Jakarta (ID): Bumi Aksara.
Anggaretno G, Rochani I, Supomo H. 2012. Analisa pengaruh jenis elektroda terhadap laju korosi pada pengelasan pipa api 5L grade X65 dengan media korosi FeCl3. Jurnal Teknik ITS 1(1):124-128.
Basuki M, Putra AAW, Hidayat D. 2012. Analisa laju korosi duplex SS AWS 2205 dengan metode weight loss. Di dalam: [nama editor tidak diketahui]. Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Periode III ; 2012 November 3; Yogyakarta, Indonesia. Yogyakarta (ID).
Di Mario C, Griffiths H, Goktekin O, Peeters N, Verbist J, Bosiers M, Deloose K, Heublein B, Rohde R, Kasese V, Ilsley C, Erbel R. 2004. Drug-eluting bioabsorbable magnesium stent. J Interv Cardiol 17:391–395.
Heublein B, Rohde R, Kaese V, Niemeyer M, Hartung W, Haverich A. 2003. Biocorrosion of magnesium alloys: a new principle in cardiovascular implant technology. Heart 89:651–656.
Jatisukamto G, Malau V, Ilman MN, Iswanto PT. 2011. Perbaikan sifat korosi baja tahan karat AISI 410 dengan perlakuan implantasi ion Tin. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 5(1):14-19.
Kahn CM. 2005. The Merck Veterinary Manual. Ed ke-9. (US): Wiley-Blackwell Publishing.
Lusiana. 2010. Analisa laju korosi dengan penambahan unsure modifikasi Molibdenum dan Niobium terhadap material biokompatibel TI-6AL dalam larutan darah sintesis [skripsi]. Jakarta (ID): Universitas Indonesia.
Mittal R, Morley J, Dinopoulos H, Drakoulakis EG, Vermani E, Giannoudis PV. 2005. Use of bio-resorbable implants for stabilisation of distal radius
fractures: the United Kingdom patients’ perspective Injury. Int J Care
Injured 36:333-338.
Mudali UK. 2003. Corrosion of bioimplants. Sadhana 28(3 & 4):601-637.
Shaikh, Rao, George, Venogopal, Sasi, Jayakumar T, Katak HS. 2002. Assesment of intergranular corrosion in AISI 316l stainless steel weldsment. British Corrosion Journal 37:2.
Shaw BA, Kelly RB. 2006. What is corrosion?, The Electrochemical Society Interface. Spring 24-26.
15 Stack RS, Califf RM, Phillips HR, Pryor DB, Quigley PJ, Bauman RP, Tcheng JE,
Greenfield JC Jr. 1988. Interventional cardiac catheterization at Duke Medical Center. Am J Cardiol 62:3–24.
Sumena KB, Lucy KM, Chungath JJ, Ashok N, Harshan KR. 2010. Regional histology of the subcutaneous tissue and the sweat glands of large white Yorkshire pigs. Tamilnadu J. Veterinary & Animal Sciences 6 (3):128-135. Peeters P, Bosiers M, Verbist J, Deloose K, Heublein B. 2005. Preliminary results
after application of absorbable metal stents in patients with critical limb ischemia. Endovasc Ther 12:1–5.
Tamai H, Igaki K, Kyo E, Kosuga K, Kawashima A, Matsui S, Komori H, Tsuji T, Motohara S, Uehata H. 2000. Initial and 6-month results of biodegradable poly-l-lactic acid coronary stents in humans. Circulation 102:399–404. Tjitro S, Anggono J, Anggorowati AA, Phengkusaksomo G. 2000. Studi perilaku
korosi tembaga dengan variasi konsentrasi asam askorbat (vitamin c) dalam lingkungan air yang mengandung klorida dan sulfat. Jurnal Teknik Mesin 2(1):62-67.
Trethwey KR, Chamberlain J. 1991. Korosi untuk Mahasiswa dan Rekayasawan. Widodo AT, penerjemah. Jakarta: PT Gramedia. Terjemahan dari: Corrosion for Student of Science and Engineering.
Vamos I, Petrik SZKI. 2012. Corrosion rates: Measuring the rate of iron corrosion [Internet]. [diunduh 2012 Juli 28]. Tersedia pada: http://www.pro-base.eu/d-corrosio_t_en.pdf.
van der Giessen WJ, Lincoff AM, Schwartz RS, van Beusekom HM, Serruys PW, Holmes DR Jr, Ellis SG, Topol EJ. 1996. Marked inflammatory sequelae to implantation of biodegradable and nonbiodegradable polymers in porcine coronary arteries. Circulation 94:1690–1697.
Virtanen S. 2011. Biodegradable Mg and Mg alloys: Corrosion and biocompatibility. Materials Science and Engineering 176(20):1600-1608. Virtanen S, Milosev I, Gomez BE, Trebse R, Salo J, Konttinen YT. Special modes
of corrosion under physiological and stimulated physiological conditions. Acta Biomaterialia 4:468-476.
Waksman R, Pakala R, Kuchulakanti PK, Baffour R, Hellinga D, Seabron R, Tio FO, Wittchow E, Hartwig S, Harder C, Rohde R, Heublein B, Andreae A, Waldmann K-H, Haverich A. 2006. Safety and efficacy of bioabsorbable magnesium alloy stents in porcine coronary arteries. Catheter Cardiovasc Interv 68:606–617.
Wang H, Shi Z. 2011. In vitro biodegradation behavior of magnesium and magnesium alloy. Journal of biomedical materials research part B: Applied biomaterials 98B(2):203-209.
Wirjoadi, Susita L, Siswanto B, Sudjatmoko. 2013. Pengaruh proses nitridasi ion pada biomaterial terhadap kekerasan dan ketahanan korosi. Vol. 13 prosiding pertemuan dan presentasi ilmiah teknologi akselerator dan aplikasinya vol 13 januari 2012:25-36.
Witte F, Kaese V, Haferkamp H, Switzer E, Linderberg AM, Wirth CJ, Windhagen H. 2005. In vivo corrosion of four magnesium alloys and the associated bone response. Biomaterials 26:3557–3563.
16
Xin Y, Liu C, Zhang X, Tang G, Tian X, Chu PK. 2007. Corrosion behavior of biomedical AZ91 magnesium alloy in simulated body fluids. J Mater Res 22:2004–2011.
Yang L. 2008. Techniques for corrosion monitoring. Texas (USA): Departement of Earth, Material, and Planetary Sciences, Southwest Research Institute. Zhang E, Yang L. 2008. Microstructure, mechanical properties and bio-corrosion
properties of Mg-Zn-Mn-Ca alloy for biomedical application. Mater Sci Eng, A 497:111–118.
17
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kulon Progo-Yogyakarta, pada tanggal 17 April 1991, dari pasangan Bapak Suhatno dan Ibu Sugiyah. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara. Penulis mengawali sekolah dasar pada tahun 1997 di SD Duren III. Tahun 2003 penulis melanjutkan sekolah di SMP N 1 Klari. Tahun 2006, penulis melanjutkan sekolah menengah atas di SMA N 1 Karawang dan lulus tahun 2009. Pada tahun yang sama, penulis diterima di Fakultas Kedokteran Hewan, Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI).
