Evaluasi In Vitro Efektifitas Antimikroba Gel Metronidazol Berbasis Alginat Terhadap Beberapa Bakteri Patogen Periodontal

(1)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Penyakit periodontal adalah suatu kondisi dimana terjadinya inflamasi pada gingiva karena diinduksi oleh plak yang mempengaruhi periodonsium, dan jika tidak dirawat dapat menyebabkan kerusakan jaringan pendukung gigi.15 Dental biofilm yang juga disebut sebagai plak, berkembang dan matang selama beberapa minggu, perkembangan awal dimulai didaerah supragingiva dengan bakteri aerob. Seiring waktu, perubahan flora yang dominan dari Gram positif ke Gram negatif, dari fakultatif aerob ke spesies yang benar-benar anaerob, dengan bentuk yang lebih motil. Pematangan biofilm subgingiva memerlukan waktu sampai 12 minggu untuk berkembang.16 Kondisi tersebut disebabkan oleh spesies bakteri patogen yang menempel pada permukaan gigi tersusun dalam komunitas yang kompleks membentuk biofilm.15 Lebih dari 700 spesies bakteri yang berbeda telah diidentifikasi dalam mikrobiota rongga mulut, hanya sekelompok kecil 10

(2)

Tabel 1. Spesies bakteri yang paling banyak ditemukan pada penyakit periodontal.18

2.1 Aggregatibacter actinomycetemcomitans (A.actinomycetemcomitans)

Aggregatibacter actinomycetemcomitans adalah bakteri flora normal yang dijumpai pada individu yang sehat, tetapi juga sebagai agen utama dalam periodontitis agresif.

(3)

lesi cervicofacial actinomycosis.21.22 Mikroorganisme ini diisolasi bersama-sama dengan Actinomyces israelli. Oleh karena itu, nama spesiesnya adalah actinomycetemcomitans berarti gabung dengan kelompok Actinomyces. Nama Genus Actinobacillus actino mengacu pada bentuk morfologi internal koloninya seperti bintang dan bacillus mengacu pada bentuk sel (berbentuk batang).22

Aggregatibacter actinomycetemcomitans merupakan bakteri kecil, bergerak cepat, non-motil, gram negatif, tidak berkapsul, tumbuhnya lambat, dan capnophilic, berbentuk batang dengan ujungnya bulat.19,20A.actinomycetemcomitans pertumbuhannya lambat pada suhu 370C, aerobik atau anaerobik, dalam media borth standar atau pada media padat non-inhibitor yang tersedia terdapat suasana sekitar 5% karbon dioksida.

A.actinomycetemcomitans didalam media cair organisme ini cenderung tumbuh dalam butiran kecil menempel pada dinding botol. Pada agar, umumnya koloni terlihat setelah 24 jam dan mencapai diameter sekitar 3mm setelah beberapa hari. Awalnya mulus, bundar dan transparan lalu menjadi bergelombang, berbentuk bintang (Gambar 1), dan mungkin

melekat pada tepi agar.21

Aggregatibacter actinomycetemcomitans telah menunjukkan banyak faktor virulensi yang dapat meningkatkan kelangsungan hidupnya di rongga mulut dan memungkinkan untuk menghindari strategi pertahanan host. Banyak faktor virulensi tersebut mungkin terlibat dalam patogenesis periodontitis, termasuk diantaranya:18,22

1. Faktor-faktor yang meningkatkan kolonisasi dan persisten dalam rongga mulut: adhesi, invasins, bakteriosin, resistensi antibiotik.

2. Faktor-faktor yang mengganggu pertahanan host: Leukotoxin, inhibitor kemotaktik, protein imunosupresif, protein Fc mengikat.

3. Faktor-faktor yang merusak jaringan host: sitotoksin, kolagenase, agen yang meresorpsi tulang, stimulator dari mediator inflamasi.

(4)

Gambar 1. Aggregatibacter actinomycetemcomitans.21

2.2 Porphyromonas gingivalis (P.gingivalis)

Porphyromonas gingivalis sebelumnya dikenal sebagai Bacteroides gingivalis, adalah bakteri anaerob, batang Gram negatif.Bakteri ini adalah mikroorganisme berpigmen hitam yang menghasilkan pigmen hitam.23 Mekanisme virulensi P.gingivalis yang telah diidentifikasi yaitu memiliki kapsul karbohidrat pada permukaan luarnya yang mencegah opsonisasi oleh komplemen dan menghambat fagositosis dan kematian oleh neutrofil. Lipopolisakarida yang dihasilkan tidak terlalu kuat, tetapi bisa menghambat kemotaksis dan kematian oleh leukosit. Organisme ini diduga memiliki beberapa faktor virulensi (termasuk protease yang mendegradasi imunoglobulin, komplemen, serat kolagen, asam hialuronat; adhesi, endotoksin, dan sitotoksin) yang langsung dapat mempengaruhi periodonsium atau menimbulkan gangguan pada pejamu sehingga mengakibatkan kerusakan pada jaringan gingiva dan tulang yang merupakan ciri dari penyakit periodontal.21,23

Telah ditemukan bahwa selain menyebabkan infeksi pada manusia, bakteri ini juga

(5)

ada dengan sendiri sehingga menyebabkan inflamasi yang akan melepaskan gingiva dari gigi.22 Ketika bakteri ini dikoloni pada agar darah akan membentuk bintik-bintik hitam.23

Gambar 2. Porphyromonas gingivalis.23

2.3 Fusobacterium nucleatum (Fn)

Fusobacterium nucleatum yang mengacu pada kelompok tiga subspesies (nucleatum, vincentii, dan polymorphum), merupakan bakteri anaerob gram negatif yang terkait dengan gingivitis dan periodontitis.18 F.nucleatum merupakan patogen periodontal yang penting, khususnya pada penyakit periodontal progresif tahap awal. Sel-sel

F.nucleatum adalah batang fusiform atau berbentuk spindle yang panjang dan banyak serta berbeda-beda (Gambar 4).23

F.nucleatum menciptakan lingkungan lipopoysaccharide sangat kuat serta asam butirat sebagai produk akhir metabolismnya.23 Kemampuan F.nucleatum untuk coaggregate dengan banyak bakteri plak menunjukkan bahwa bakteri ini bertindak sebagai mikroba penghubung antara koloni awal dan akhir. Selain kemampuannya untuk

coaggregate dengan banyak bakteri di rongga mulut, F.nucleatum juga digambarkan sebagai suatu organisme inisiator yang penting dalam meningkatkan perubahan fisiko-kimia sulkus gingiva, sehingga dapat meneruskan patogen untuk membangun dan

(6)

bakteri patogen asam-sensitif. F.nucleatum mengubah ekspresi gen yang sesuai dengan pH lingkungan.18

Selain fleksibilitas metabolisme, sifat sel-permukaan memungkinkan untuk menempel pada sel epitel, kolagen, sel epitel gingiva dan bakteri lainnya, tapi tidak dengan

Fusobacteria yang lain. Namun, baru-baru ini dilaporkan bahwa F.nucleatum telah terbukti coadhere dan membentuk biofilm, yang penting untuk kekuatan organisme selama masa transisi dari sehat menjadi sakit secara in vivo.20

Gambar 3. Fusobacteria nucleatum.23

2.4 Antibiotika sebagai perawatan penunjang penyakit periodontal

Tujuan utama perawatan penyakit periodontal adalah untuk menghentikan perkembangan penyakit dan mengatasi inflamasi. Skeling dan root planing (SRP) mengurangi kedalaman probing, menambah perlekatan klinis, menghambat perkembangan penyakit dan membentuk kembali struktur periodontal yang hilang.24 Teknik perawatan mekanik tersebut telah terbukti keberhasilannya dalam jangka panjang bagi banyak pasien. Debridemen mekanik selama prosedur perawatan menunjukkan beberapa keterbatasan, seperti ketidakmampuan untuk mengakses poket yang dalam, poket yang berliku-liku dan

furkasi; keterbatasan terhadap patogen tertentu dan niche oral, dan sering terjadinya efek sekunder (resesi gingiva, kehilangan struktur gigi, hipersensitivitas dentin, dan sebagainya). Karena keterbatasan ini, penggunaan antimikroba penunjang telah ditunjukkan untuk meningkatkan hasil perbaikan klinis pada pasien dan kondisi periodontal tertentu.17

(7)

Tetrasiklin atau metronidazol adalah antibiotik yang paling sering digunakan untuk membunuh bakteri anaerob.8 Pemilihan antibiotika selalu dituntun dengan analisis mikrobiologi, yaitu uji sensitivitas. Beberapa bentuk sediaan antibiotik lokal telah dikembangkan. Sediaan antibiotika yang ditempatkan langsung pada periodontitis refraktori adalah dalam bentuk gel, salep, serat non-resorbable, dan polimer resorbable. Antibiotika ini digunakan sebagai perawatan penunjang pada skeling dan root planing dan harus dibatasi pada individu yang resisten terhadap perawatan konvensional saja. Walaupun efek positif jangka-pendek telah ditunjukkan, banyak penelitian telah membuktikan efek positifnya untuk waktu jangka panjang jika dibandingkan dengan skeling dan root planing tanpa pemberian antibiotika.16

2.5 Metronidazol

Metronidazol diperkenalkan dalam perawatan infeksi periodontal karena obat ini terakumulasi oleh bakteri anaerob dan menyebabkan kematian sel dengan mengganggu

sintesis asam nukleat (Gambar 4). Metronidazol efektif terhadap Gram positif dan anaerob Gram negatif, termasuk P.intermedia, P.gingivalis, dan Fusobacterium sp.8 Metronidazol bertindak dengan menghambat sintesis DNA.7

Gambar 4. Rumus bangun metronidazol.8

(8)

rektal dan intravena. Obat ini baik diabsorbsi setelah pemberian secara oral dan konsentrasi plasma tertinggi dihasilkan pada 1-2 jam, dengan waktu paruh 8 jam. Metronidazol dengan tanpa perubahan dari obat dapat berpenetrasi ke dalam jaringan tubuh dan cairan, dan di metabolisme dalam hati serta diekskresi melalui urine.6,25

Metronidazol merupakan salah satu senyawa antibakteri yang secara luas digunakan dalam perawatan beberapa jenis penyakit periodontal seperti periodontitis agresif dan periodontitis kronis serta periodontitis yang tidak menunjukkan pengaruh terhadap perawatan konvensional.7,17 Metronidazol sangat sesuai untuk dikembangkan karena spektrumnya untuk melawan obligat anaerob dan efek sampingnya lebih minim dibandingkan dengan tetrasiklin.12

Elyzol 25% (Elyzol Dental gel, Dumex GmbH, Bad Vilbel, Germany) adalah salah satu dental gel yang mengandung metronidazol 25% yang berbasis minyak (gliseril mono-oleat dan minyak wijen).25 Beberapa penelitian menunjukkan bahwa pemberian gel metronidazol yang digunakan sebagai penunjang perawatan skeling dan root planning, didapat bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan antara kedua perawatan yang dilihat dari parameter klinis dan data mikrobiologi.8 Setelah pemberian Elyzol 25%, konsentrasi metronidazol dibawah 100µ/ml telah diukur dalam poket periodontal selama lebih kurang 8 jam dan konsentrasi dibawah 1 µ/ml dijumpai pada 36 jam.26

Pada penelitian meta analisis yang dilakukan oleh Hung dan Douglass dimana mereka mengevaluasi efek perawatan dari gel metronidazol 25% pada 11 penelitian dan satu penelitian dilakukan dengan gel metronidazol 15%. Meskipun perawatan gel metronidazol saja tidak menunjukkan kemajuan yang lebih baik dibandingkan dengan SRP, kebanyakan penelitian menunjukkan bahwa ada diperoleh keuntungan tambahan dari kombinasi perawatan gel metronidazol 25% dengan SRP.8

2.6 Alginat

(9)

Natrium alginat merupakan garam natrium dari asam alginat yang bersifat sangat hidrofilik (Gambar 5) dan telah digunakan untuk memproduksi gel-gel yang dapat digunakan sebagai dasar salep. Pada konsentrasi lebih dari 2,5%, serta dikombinasi dengan garam-garam kalsium yang larut, akan terbentuk suatu gel yang mantap, stabil pada pH 5-10.28,29

Gambar 5. Struktur M: - D asam mannuronat dan G: - L asam guluronat.29

Asam alginat adalah kopolimer biner yang terdiri dari residu -D-mannuronat (M)

dan -L-asam guluronat (G) yang tersusun dalam blok-blok yang membentuk rantai linear.

Kedua unit tersebut berikatan pada atom C1 dan C4 dengan susunan homopolimer dari masing-masing residu (MM dan GG) dan suatu blok heteropolimer dari dua residu (MG) (Gambar 6).30

Gambar 6. Struktur alginat.30

Asam alginat tidak larut dalam air, karena itu yang digunakan dalam industri adalah dalam bentuk garam natrium dan garam kalium. Salah satu sifat dari natrium alginat adalah mempunyai kemampuan membentuk gel dengan penambahan larutan garam-garam kalsium

(10)

Bahan baku alginat berasal dari alga coklat yang banyak digunakan untuk industri makanan dan minuman, kosmetik, tekstil, kertas dan farmasi. Alginat menjadi bahan yang penting karena penggunaan yang luas dalam industri serta sifatnya sebagai pembentuk gel, bahan pengemulsi dll.31 Di dalam bidang kosmetik dan farmasi, alginat dimanfaatkan dalam bentuk asam alginat, garam sodium alginat, dan kalsium alginat. Alginat dikenal dapat membantu dalam proses penyembuhan beberapa penyakit. Garam dari asam alginat dapat digunakan untuk pengobatan luka seperti luka bedah yang terinfeksi dan luka lainnya. Selain digunakan sebagai bahan pelindung luka, alginat juga dapat digunakan sebagai bahan cetak gigi dan dapat mencegah refluks lambung.31,32

2.7 Gel Metronidazol berbasis Alginat

Natrium alginat merupakan polimer alami, yang biokompatibel dan biodegradable. Bangun telah melaporkan bahwa salep dengan basis alginat sangat hydrophil. Memiliki reologi pseudoplastic dan sifat non-iritasi.28 Penelitian Bangun dkk. membuat formulasi dan evaluasi in vitro gel periodontal metronidazol yang berbasis alginat dimana peneliti membandingkan gel metronidazol 25% berbasis alginat dibandingkan dengan gel metronidazol 25% berbasis alginat yang ditambah carbopol 0,5% dan 1%. Hasil uji pelepasan menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan dari tiga formula tersebut, berarti penambahan carbopol 0,5% dan 1% tidak mempengaruhi laju pelepasan metronidazol dari gel. Gel periodontal metronidazol dapat diformulasikan dengan menggunakan alginat sendirian dan dengan kombinasi carbopol. Penambahan carbopol 0,5 dan 1% ke formulasi gel tidak mempengaruhi signifikansi pelepasan obat. Semua formulasi menunjukkan kekuatan yang sangat baik dalam menghambat bakteri S. aureus dengan zona hambat > 20mm (Gambar 7). Penyimpanan pada suhu kamar tidak mempengaruhi stabilitas semua formulasi dimana hanya menunjukkan sedikit degradasi dari viskositas metronidazol.

(11)

Gambar 7. Uji aktivitas antibakteri formulasi

gel metronidazol berbasis alginat terhadap bakteri S.aureus.14

2.8 Uji Sensitivitas Bakteri

Banyak mikroorganisme yang menunjukkan perbedaan yang besar dalam hal kepekaanya terhadap antibiotika dan zat kemoterapeutik, terutama pada bakteri S.aureus dan banyak basil gram negatif. Oleh karena itu, penting untuk menentukan kepekaan isolat mikroorganisme terhadap antibiotika yang sering digunakan dalam pengobatan.33

Banyak metode yang dapat dilakukan untuk tes sensitivitas bakteri. Pada umumnya digunakan dua metode yaitu metode dilusi (dillution method) dan metode difusi (disc with drug in solid media method).33

2.8.1 Metode Dilusi

Pada awalnya metode dilusi dikembangkan oleh Baur dkk.34 Metode dilusi digunakan untuk menentukan kadar hambar minimal (KHM) dan Kadar Bunuh Minimal (KBM) dari suatu obat antimikroba. Uji kadar hambat minimal (KHM) adalah uji untuk mengetahui konsentrasi minimum atau terendah bahan uji yang masih menghambat pertumbuhan mikroorganisme di dalam tabung (in vitro), dan merupakan konsentrasi antibakteri yang masih efektif untuk mencegah pertumbuhan patogen, dan mengindikasikan dosis yang efektif dalam mengontrol infeksi.34,35

(12)

selama 18-24 jam. Konsentrasi terendah obat pada tabung yang ditunjukkan dengan hasil biakan yang mulai tampak jernih (tidak ada pertumbuhan mikroba) adalah KHM dari obat. Metode dilusi kemudian dilanjutkan dengan pembiakan ulang atau subkultur pada media agar darah guna menentukan nilai kadar bunuh minimal (KBM), yaitu konsentrasi terendah obat yang ditunjukkan dengan tidak terdapatnya pertumbuhan koloni mikroba. Nilai KBM ditentukan sebagai konsentrasi bahan uji yang membunuh 99,9% melalui tes mikroorganisme pada pembenihan asli. Bila terlihat adanya kekeruhan, maka efek obat adalah bakteriostatik dan bila tidak terlihat lagi adanya pertumbuhan, maka itu berarti obat bersifat bekterisidal.34

2.8.2 Metode difusi

Metode difusi pada awalnya dikembangkan oleh Baur dkk. sehingga metode difusi sering disebut sebagai Kirby-Bauer test.34 Kemudian metode ini dikembangkan oleh National Committe for Clinical Laboratory Standars. Prinsip dari metode difusi adalah antimikroba dijenuhkan ke dalam kertas cakram (disc blank). Cakram yang mengandung obat tertentu ditanamkan pada media perbenihan agar padat yang telah dicampurkan dengan mikroba uji. Kemudian diinkubasi pada suhu 370C selama 18-24 jam. Selanjutnya diamati adanya daerah jernih di sekitar cakram kertas yang menunjukkan tidak adanya pertumbuhan. Diameter zona hambat bisa dihitung dengan penggaris atau jangka sorong (calliper) dalam satuan mm. Diameter zona hambat merupakan pengukuran Kadara Hambat Minimum (KHM) secara tidak langsung dari zat antibakteri terhadap mikroba. Ukuran zona hambat dapat dipengaruhi oleh kepadatan atau viskositas dari media biakan, kecepatan difusi zat antibakteri, konsentrasi zat antibakteri, sensitivitas mikroorganisme terhadap zat antibakteri dan interaksi zat antibakteri dengan media.35

(13)

seperti Staphylococci, Enterococci serta penggunaan lampu juga digunakan ketika mengukur zona pada media MHA.34

Gambar 8. Cara mengukur zona hambat pada media agar.34 a. Menggunakan kaliper

b. Menggunakan penggaris

(14)

2.9 Kerangka Teori

Topikal Antimikroba

Gel Metronidazol berbasis alginat

Metronidazol

 Menghambat akumulasi bakteri anaerob  Meningkatkan kematian dengan menghambat

sintesis asam nukleat (DNA) bakteri Alginat

 Sebagai reservoir obat.