Ekspresi TGF-β/MMP-8 pada Ligamen periodontal saat pergerakan gigi ortodonti dengan pemberian Hyperbaric Oxygen.
(Experimental Laboratory Study on Cavia cobaya) Arya Brahmanta
PENDAHULUAN
Prevalensi maloklusi di Indonesia masih sangat tinggi, yaitu sekitar 80% dari
jumlah penduduk. Maloklusi dapat menyebabkan gangguan fungsi mulut, gangguan
sendi temporomandibular, pengunyahan, penelanan dan bicara (Susilowati dan
Sulastry, 2007). Perawatan yang dapat dilakukan untuk mengoreksi maloklusi salah
satunya adalah perawatan ortodonti (Ardhana, 2009).
Perawatan ortodonti adalah salah satu jenis perawatan yang dilakukan di bidang
kedokteran gigi yang bertujuan mendapatkan penampilan dentofasial yang
menyenangkan secara estetika yaitu dengan menghilangkan susunan gigi yang berjejal,
mengoreksi penyimpangan rotasional dan apikal dari gigi-geligi, mengoreksi hubungan
antar insisal serta menciptakan hubungan oklusi yang baik (William, 2000).
Masalah dalam perawatan ortodontik adalah waktu perawatan yang
membutuhkan waktu yang lama, minimal 6 bulan perawatan. Ortodontik pencegahan
memerlukan perawatan yang lama, terus menerus mengikuti waktu pertumbuhan dan
perkembangan dentofasial (Soehardono, 2008), sehingga dibutuhkan berbagai upaya
untuk membantu mempercepat proses perawatan ortodontik.
Sebagai salah satu upaya yang mungkin dapat mempercepat perawatan
ortodontik adalah dengan pemberian terapi Oksigen hiperbarik (HBO) yang sudah
dikenal terlebih dahulu sebagai perawatan pada proses penyembuhan luka pada
dengan menghirup oksigen murni (100%) secara terus-menerus pada tubuh dengan
tekanan udara lebih besar dari tekanan atmosfer normal (Latham, 2008). Terapi HBO
atau Hyperbaric Oxygen Therapy (HBOT) adalah salah satu cara pengobatan dalam
kedokteran yang menggunakan oksigen tekanan tinggi. Pasien menghirup oksigen
murni, 100% oksigen pada tekanan udara lebih dari 1 Atmosfir Absolute (ATA) di
dalam ruang udara bertekanan tinggi (RUBT) atau hyperbaric vessel, caisson(Matheiu, 2006). Fungsi terapi HBO meningkatkan konsentrasi oksigen di dalam darah, diperlukan untuk berbagai reaksi ensimatik biokimiawi, fungsi respirasi sel dan
jaringan yang normal (Neumister, 2005).
Terapi HBO meningkatkan oksigen terlarut dalam darah dan menghasilkan
tekanan parsial tinggi oksigen (PaO). Sebuah peningkatan pO2 mempengaruhi tekanan
oksigen untuk regenerasi jaringan, yang akan meningkatkan kolagen dan sintesis
adeno-sine triphosphate (ATP), dan aktifitas osteoblastik dan osteoklastik (Okubo
,2001).
Perubahan seluler pada pergerakan gigi ortodontik meliputi perubahan pada sel,
matriks sel, GCF, yang merupakan biomarker keadaan periodonsium selama
pergerakan gigi ortodontik (Brahmanta, 2009). Respon remodeling dimediasi pertama
kali oleh ligamen periodontal. Agar gigi bergerak, pada ligamen periodontal harus
terbentuk osteoklas yang meresorpsi tulang yang berdekatan dengan ligamen
periodontal pada daerah tekanan, sedangkan pada daerah tarikan osteoblas yang
dibentuk oleh sel progenitor membentuk tulang baru (Rahardjo, 2009). Bila tekanan
diberikan cukup lama pada gigi maka akan terjadi remodeling pada struktur periodontal
termasuk tulang alveolar (Prameswari, 2008). Berhubungan dengan pemberian
oksigen, vaskularisasi memegang peranan penting dalam proses remodeling tulang dan
ortodontik pada ligament periodontal juga akan menyebabkan perubahan pada
pembuluh darah baik diameter dan jumlah pembuluh darah serta perubahan pada
endotel sebagai sinyal dalam remodelling jaringan (Krishnan, 2006). TGF
(transforming growth factor) sebagai faktor pertumbuhan terbukti berperan dalam
sintesis kolagen yang penting dalam remodelling jaringan (Lakesla, 2009).
Gigi geligi akan bergerak jika dikenai tekanan. Piranti-piranti ortodontik aktif,
dapat memberikan tekanan ke arah yang dikehendaki operator dengan tujuan untuk
memperbaiki maloklusi. Tekanan pada gigi akan menimbulkan perubahan-perubahan
pada jaringan periodontal dan tulang alveoler. Pada sisi tarikan akan terjadi aposisi
sedangkan pada sisi tekanan, akan terjadi resorpsi tulang alveoler yang memerlukan
keaktivan sel-sel osteoblas dan osteoklas yang berada di dalam matriks ekstraseluler.
Untuk memudahkan mobilitas sel-sel tersebut, diperlukan suatu enzim yang dapat
memecah kolagen yang merupakan komponen terbesar dari matriks ekstraseluler yaitu
kolagenase (matriks metaloproteinase/ MMP), misalnya MMP-8.
Sampai saat ini Ekspresi TGF (Transforming growth factor) dan MMP – 8
(matrixmetaloproteinase-8) pada pergerakan gigi yang diberi terapi oksigen hiperbarik
masih belum dapat dijelaskan. Berdasarkan fakta – fakta tersebut di atas maka akan
diteliti mekanisme pengaruh terapi HBO 2,4 ATA selama 30 x 3 menit selama 7 hari
yang dilakukan penelitian pada hewan marmot (Cavia cobaya) terhadap ekspresi TGF
dan MMP-8.
Pada penelitian ini, hewan yang digunakan adalah marmut jantan (Cavia Cobaya)
usia 3-4 bulan dengan berat 300-400 gram sebanyak 25 ekor. Marmut dipelihara dalam
kandang ukuran 60x40x30 cm untuk tiap kelompok yang terdiri dari 5 ekor marmut
dan diberi makanan yang mengandung serat kasar, seperti umbi-umbian, jagung, serta
hijau-hijauan yang lain secara adlibitium
Marmut dibagi menjadi 5 kelompok. Kelompok (-) merupakan kontrol negatif
yang tidak diberi propolis dan HBOT (Hyperbaric Oxygen Therapy). Kelompok (+)
adalah kelompok positif yang dilakukan perawatan ortodontik saja. Kelompok
perlakuan (P) adalah marmut yang dilakukan perawatan ortodonti dan diberi HBOT
2,4 ATA 3x30 menit sehari pada hari ke 8-14 dan diberi HBOT selama 7 hari.
Pada kelompok perlakuan, setelah pemasangan separator selama 7 hari, dilakukan
pemberian HBO ( dalam chamber ) untuk 7 hari berikutnya tanpa melepaskan
separator. Setelah kelompok perlakuan (P2 dan P3) dimasukkan ke animal chamber
jenis monoplace, dilakukan peningkatan tekanan dalam chamber sampai 2,4 ATA
selama 3x30 menit. Setelah itu, dihentikan dan tekanan diturunkan ke kondisi semula
(1 ATA).
Pada hari ke-7 setelah pemberian HBO, yaitu hari ke-14 penelitian, dilakukan
pengambilan maksila marmut beserta giginya, lalu jaringan difiksasi dengan larutan
buffer formalin 10%. Selanjutnya, dilakukan dekalsifikasi untuk melarutkan kalsium
gigi dan tulang rahang agar jaringan dapat dipotong dengan baik. Dekalsifikasi
dilakukan selama 30 hari dengan Etylene Diamine Tetra Acid (EDTA) pada suhu kamar
yang diganti setiap hari hingga jaringan menjadi lunak. Kelunakan dites dengan
paraffin blok untuk mewarnai preparat. Pemeriksaan TGF dan MMP-8 dengan
imunohistokimia.
HASIL
Hasil penelitian diuraikan berupa data dan analisis data yang relevan dan
berkaitan dengan tujuan dan hipotesis penelitian. Penyajian data hasil penelitian
disajikan dalam bentuk gambar atau foto, grafik dan tabel yang disusun sesuai dengan
rancangan penelitian. Hasil uji normalitas pada semua variabel penelitian dengan
Shapiro wilk, didapatkan (p>0.05) yang berarti semua variabel penelitian berdistribusi
normal, kemudian untuk mengetahui antar kelompok penelitian memiliki variansi yang
homogen digunakan Levene’s test dan didapatkan (p>0.05) yang berarti semua variabel
penelitian memiliki varians yang homogen. Kemudian untuk ekspresi TGF dan
MMP-8, dilakukan analisis Rasio
Tabel 1. Nilai rerata dan simpangan baku rasio ekspresi TGF-β/MMP-8 di daerah tarikan dan tekanan pada masing masing kelompok penelitian
Kelompok n
Gambar 1. Rasio rerata ekspresi TGF-β/MMP-8 antara daerah tarikan dan daerah tekanan pada masing masing kelompok penelitian
Tabel 1 menggambarkan deskripsi data dalam bentuk rerata (Mean) dan standar
deviasi (SD) hasil rasio ekspresi TGF-β/MMP-8. Data rasio ekspresi TGF-β/MMP-8
pada daerah tarikan dan daerah tekanan pada masing- masing kelompok penelitian di
daerah tarikan maupun daerah tekanan menunjukkan perbedaan bermakna (p<0.05).
Perbedaan rasio ekspresi TGF-β/MMP-8 antara daerah tarikan dan daerah tekanan pada
tiap kelompok penelitian menunjukkan perbedaan bermakna (p<0,05), kecuali pada
kelompok kontrol negatif. Dengan demikian dapat disimpulkan rasio ekspresi
TGF-β/MMP-8, bahwa ekspresi TGF-β di daerah tarikan lebih tinggi (1,79±0,37a)
dibandingkan dengan di daerah tekanan, dan sebaliknya ekspresi MMP-8 di daerah
tekanan lebih tinggi (0,79±0,16a), akibat pemberian tekanan mekanik ortodontik +
terapi HBO 2,4 ATA selama 3 x 30 menit sekali sehari selama 7 hari.
TEKANAN TARIKAN
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Normal Orto Orto+HBO
TGF-b Tarikan
MMP-8 Tarikan
TGF-b Tekanan
A
B
C
TEKANAN TARIKAN
A
B
C
PEMBAHASAN
Pergerakan gigi yang disebabkan oleh tekanan mekanik ortodontik, yaitu
tekanan dari karet separator dengan kekuatan 0,29gr/cm2 pada hari ke-1 sampai hari
ke-2 kemudian diganti dengan kekuatan 0,48gr/cm2 tersebut digunakan untuk
menggerakkan gigi. Pergerakan gigi mengakibatkan perubahan jaringan periodontal,
tulang alveolar, sementum, gingival dan pulpa gigi (Sutomo et al., 2012). Pergerakan
gigi ditandai oleh perubahan remodeling pada jaringan ligamentum periodontal (PDL),
tulang alveolar, pulpa dan gingiva. Kekuatan mekanik ortodontik merubah
vaskularisasi PDL, menghasilkan sintesis lokal dari molekul-molekul penting seperti
neurotransmitter, sitokin, faktor pertumbuhan, colony stimulating factor, dan metabolit
asam arakhidonat. Telah dilakukan penelitian tentang efek tekanan mekanik ortodontik
14 hari yang ditambah dengan pemberian terapi HBO 2,4 ATA selama 3 x 30 menit
sekali sehari selama 7 hari (pada hari ke 8- 14).
Hyperbaric Oxxygen Therapy akan memodulasi Nitric Oxide (NO) yang
berperan penting dalam mempertahankan tonus pembuluh darah dan meningkatkan
VEGF. Kemudian VEGF bersama dengan fibroblas akan memacu sintesis angiogenesis
yang merupakan salah satu tahapan dalam menyembuhkan luka. Mekanisme di atas
berhubungan dengan salah satu manfaat utama HBO yaitu untuk wound healing.
Pembuluh darah sendiri memegang peranan penting dalam pemberian oksigen dan
nutrisi serta material lain yang penting untuk sintesis tulang disamping juga sumber
dari sel osteoblas (Domenico et al, 2012). Angiogenesis melibatkan terbentuknya
cabang pembuluh darah baru dari pembuluh darah yang telah ada sebelumnya secara
Oksida (NO) dan peningkatan permeabilitas oleh VEGF (Mitchell et al., 2009; Kumar,
2013).
Pemberian HBO dapat mempercepat diferensiasi osteoblas dan menambah
tahap awal mineralisasi tulang. Osteoblas berperan pada sintesis komponen organik
matriks tulang yaitu kolagen tipe I, proteoglikan dan glikoprotein termasuk osteonektin.
Sel mesenchymal berdiferensiasi menjadi osteoblas dewasa, dimana memperlihatkan
protein tulang matriks (Phan, 2004). Terapi HBO memiliki efek lebih besar untuk
diferensiasi osteoblas dari pada hiperoksia atau tekanan saja (Salim, 2004; Al Hadi,
2013). Pada daerah tarikan pergerakan gigi ortodonti, osteoblas yang belum dewasa,
berdiferensiasi menjadi osteoblas dewasa, dengan meningkatkan ekspresi osteokalsin.
Pemberian OHB dapat mempengaruhi diferensiasi sel mesenchymal dengan meregulasi
ekspresi sclerostin dan sinyaling dari Wnt/B- catenin, kemudian meningkatkan ekspresi
osteogenic markers dari mesenchymal stem cells, seperti aktivitas alkaline phosphatase
dan osteokalsin (Lin et al., 2014) Hasil yang sama juga didapatkan, OHB dapat
meningkatkan level serum osteokalsin pada proses penyembuhan defek tulang (Sirin et
al., 2011).
Hasil analisis penelitian ini membuktikan bahwa pemberian tambahan terapi
HBO 2,4 ATA selama 30 x 3 menit sekali sehari selama 7 hari dapat meningkatkan
rasio TGF lebih besar di daerah tarikan dan sebaliknya meningkatkan rasio MMP lebih
besar di daerah tekanan.
DAFTAR PUSTAKA
1. Zhang M. The Impact of Malocclusion and its Treatment on Quality of Life.
International Journal of Pediatric Dentistry . 2006; 16: 381-387.
3. Latham E, 2008. Hyperbaric oxygen therapy. University of California at San Diego. p. 1-7
4. Okubo Y, Bessho K, Fujimura K, Kusumoto K, Ogawa Y, Iizuka T. 2001. Effect of hyperbaric oxygenation on bone induced by recombinant human bone morphogenetic protein-2. Br J Oral Maxillofac Surg.;39(2):91–95.
5. Krishnan V, Davidovitch Z. 2006. Cellular, Molecular, and Tissue-level reactions to Orthodontic Force. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics .Vol 129. No 4 : 469
6. Susilo I, Devi A, Purwandhono A, Warsito SH, 2017. Effects of hyperbaric oxygen therapy in enhancing expressions of e-NOS, TNF-a, and VEGF in wound healing. J. Phys : Conf . Ser. 853012030
7. Brahmanta A, Soetjipto, Narmada IB, 2016. The Expression of collagen type – I in the tension area of orthodontic tooth movement with adjuvant of hyperbaric oxygen therapy. International Journal of ChemTech Research Vol 9 No 7 pp 199-204.
8. Rody WJ,King GJ,Gu G,2001.Osteoclast recruitment to sites of compression in orthodontic tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop,120:pp.477-489.
9. Ivaska KK, Hentunen TA, Vaaranemi J,Ylipahka H,Petterson K,Vaananen HK,2004. Release of intact and fragmented osteocalcin molecules from bone matrix during bone reseption in vitro, J Biol Chem,279 (18):pp.18361-69
10.Sutomo S,Pambudi Rahardjo, Achmad Sjafei. 2012. The effect of Hyperbaric Oxygen in increasing the amount of Osteoblast cells on Remodeling process during tooth movement on male adult Cavia Cobaya. Orthodontic Dental Journal, Vol. 3(1). h. 22-32.
11.Niklas A, Proff P, Gosau M, Romer P. The Role of Hypoxia in Orthodontic Tooth Movement. International Journal of Dentistry. 2013:1-7.
12.Jan Ahmed, 2010. Effects of Hyperbaric Oxygen on Healing of Bone, Bone Grafts and Bone Graft Substitutes in Calvarial Defects. Dissertation. University of Tampere, Finland. h. 103-110.
13.Kawata T, Kohno S, Kaku M, Fujita T, Ohtani J, Motokawa M, Tanne K. 2011. Expression of Vascular Endothelial Growth Factor on Neovascularization during Experimental Tooth Movement by Magnet. Biomedical Research Vol.22(2) h. 249-254.
14.Plank MJ, Sleeman BD, 2003. Tumour-induced Angiogenesis: A Review.
15.Andrade et al., 2012
16.Brito M V, Perez M A, Rodriguez FJM. Osteoclacin expression in periodontal ligament when inducing orthodontic forces. Revista Odontologica Mexicana. 2013.17(3): pp 150-153.
17.Flegg, Jennifer and McElwain, Sean and Long, Robert, 2008. The use of hyperbaric
oxygen therapy to treat chronic wounds: A review. Wound Repair and Regeneration,
16(3). h. 321-330
18.Domenico MD, D’Apuzzo F, Feola A, Cito L, Monsurro A, Pierrantoni GM. 2012. Cytokines and VEGF Induction in Orthodontic Movement in Animal Models. Journal of Biomedicine and Biotechnology. Vol 2012: 1-4.
19.Mitchell L, 2013. Introduction To Orthodontics. 4th ed. Oxford; 2013. p. 2
20.Kumar V, Abbas AK and Aster JC, 2013. Robbins Basic Pathology, 9th ed.,
