12

BAB II.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Orthodontic Tooth Movement (OTM)

Orthodontic Tooth Movement (OTM) adalah gigi yang bergerak karena kekuatan

mekanis selama perawatan ortodontik maka akan terjadi perubahan jaringan yang disebabkan

oleh kekuatan ortodonsi ini. Pergerakan gigi merupakan hal yang mendasari perawatan

ortodontik.

Pergerakan gigi menurut Singh (2007) dapat dibagi menjadi tiga tipe, yaitu

pergerakan fisiologis, patologis, dan pergerakan ortodontik. Pergerakan gigi secara ortodonsi

bermacam-macam seperti tipping, torquing, bodily, intrusi, ekstrusi, dan rotasi. Pengetahuan

tentang reaksi struktur penunjang pada perawatan ortodonsi sangatlah kompleks dan

melibatkan reaksi seluler dan molekuler.

Gaya yang diaplikasikan pada mahkota gigi pada OTM, akan diteruskan ke akar,

ligamen periodontal dan tulang alveolar, akan berakibat terjadinya perubahan pada fungsi

dan sel-sel tulang alveolar. Perubahan meliputi pembentukan tulang pada area regangan dan

resorbsi tulang pada area tekanan, hal ini disebut dengan proses remodeling (Pudyani dkk.,

2008). Proses tersebut diikuti dengan remodeling sekunder yang berguna untuk

mempertahankan ketebalan tulang dan mempertahankan hubungan antara gigi dengan tulang

alveolar agar relatif konstan. Kejadian tersebut merupakan fenomena adaptasi seperti

disebutkan dalam hukum Wolf yaitu tulang sewaktu-waktu akan membentuk dan merubah

dirinya oleh karena tekanan yang bertambah atau berkurang massanya untuk mengimbangi

tekanan tersebut. Akibatnya, soket gigi bergerak sejalan seperti pergerakan gigi melalui

tulang alveolar (Profit dan Fields, 2000; Melsen, 2001; Heasman, 2003).

13

Rahardjo (2016) menyatakan tekanan yang besar menyebabkan pembuluh darah di

daerah yang tertekan mengecil atau menutup sehingga tidak ada aliran darah sama sekali.

Bila tekanan yang kecil tetapi berlangsung lama dikenakan pada gigi akan terjadi sedikit

kompresi pada ligamen periodontal, ada aliran cairan keluar dari ligamen periodontal dan

gigi bergerak dalam soketnya. Sesudah berlangsung sekitar 4 jam terjadi perubahan kimia,

adanya AMP (Adenosine Monophosphat) yang merupakan second messenger yang

diperlukan untuk perubahan fungsi sel misalnya untuk diferensiasi. Perubahan ini terdeteksi

oleh sel-sel fibroblas, osteoblas dan osteosit yang masih terhubung dengan matriks

ekstraseluler.

Pemberian tekanan gigi yang tepat pada OTM, gigi dapat digerakkan tanpa

mengakibatkan kerusakan pada gigi maupun perlekatan dengan tulang (Heasman, 2003).

Gerakan gigi ortodontik yang ideal, tulang alveolar akan mengikuti gerakan gigi sehingga

rasio antara remodeling tulang dengan gerakan gigi adalah 1:1. Selama perawatan ortodontik,

gaya mekanik yang diaplikasikan pada gigi akan menyebabkan reaksi tulang alveolar.

Tekanan yang berlebihan akan akan mengakibatkan kerusakan jaringan periodontal, serabut-

serabut mekanis pada ligamen periodontal ruptur, dan sebagian tulang alveolar nekrotik

karena injuri pembuluh darah. Tekanan yang melebihi tekanan darah akan menyebabkan

pembuluh darah kapiler pada ligamen periodontal kolaps sehingga menghambat suplai darah.

Sebaliknya apabila tekanan maksimal yang diaplikasikan lebih kecil dari tekanan darah maka

pembuluh darah kapiler tidak kolaps; oleh karena itu gaya optimal untuk menggerakkan gigi

sebaiknya tidak lebih besar dari tekanan pembuluh darah kapiler (Pudyani dkk., 2008)

Reaksi jaringan terhadap OTM diketahui terjadi baik melalui tulang atau bersama

dengan tulang. Gerakan gigi melalui tulang ditandai dengan indirect resorption pada area

14

yang jauh dari ligament periodontal, disebut dengan undermining resorption yang dimulai

dari sumsum tulang di dekatnya. Selama periode undermining resorption, ligamen

periodontal tertekan dan terbentuk area-area hialinisasi sel bebas. Gigi mulai bergerak dan

soket gigi menjadi agak longgar pada saat undermining resorption mencapai ligamen

periodontal dan jaringan hialinisasi hilang karena pelebaran ligamen periodontal. Resorpsi

mulai terjadi pada area yang tertekan, diikuti dengan pembentukan kembali hialinisasi atau

kelanjutan dari gerakan gigi melalui direct resorption pada dinding alveolar. Gigi bergerak

bersama dengan tulang maka resorpsi terjadi secara langsung pada dinding alveolus dari

ligamen periodontal. Aktivitas osteoklas pada permukaan yang tertekan dan osteoblas pada

permukaan regangan terjadi secara sinkron sebagai siklus remodeling yang identik dengan

gerakan fisiologis gigi (Profit dan Fields, 2000; Melsen, 2001; Heasman, 2003).

2.2. Tahap-Tahap Pergerakan Gigi

Burstone mengkategorikan pergerakan gigi pada perawatan ortodonsi menjadi 3 tahap

yang berbeda, yaitu : (1) initial phase, (2) lag phase, dan (3) post-lag phase. (Krisnan dan

Davidovich, 2006)

1. Initial Phase

Tahap ini terjadi segera setelah aplikasi gaya pada gigi yang ditandai dengan

pergerakan gigi yang mendadak pada soketnya. Pergerakan gigi pada ruangan periodontal

dan tekukan tulang alveolar memungkinkan keadaan tersebut. Pada tahap ini, tekanan

ringan dan berat memberikan pergerakan yang sama. Pergerakan gigi pada fase ini sekitar

0,4 sampai 0,9 mm dan biasanya terjadi dalam waktu 1 minggu. Menurut Krisnan dan

Davidovich (2006) fase ini berlangsung antara 24 jam sampai 2 hari dan merupakan

15

pergerakan awal gigi pada soketnya. Reaksi seluler dan jaringan sudah dimulai segera

setelah aplikasi gaya seperti terlihatnya osteoklas, progenitor osteoblas dan sel-sel

inflamasi. Osteoklas pertama akan terlihat pada daerah yang terkena tekanan 36-72 jam

setelah aplikasi gaya.

2. Lag Phase

Tahap ini ditandai dengan tidak ada atau sedikitnya pergerakan gigi, karena

komponen selular disekitarnya teraktifasi akibat pergerakan gigi pada tahap sebelumnya.

Tahap ini lebih lama jika tekanan berat diaplikasikan pada gigi sehingga terbentuk

jaringan hialin yang luas dan undermining resorption. Pada tekanan ringan, waktu yang

diperlukan lebih singkat sehingga jaringan hialin yang terbentuk lebih kecil dan terjadi

resorbsi frontal. Proses ini melibatkan sel-sel fagosit seperti makrofag dan osteoklas dan

biasanya terjadi 2-3 minggu namun dapat pula sampai 10 minggu. Lamanya fase ini

bergantung dari bermacam-macam faktor seperti densitas tulang alveolar, usia pasien dan

banyaknya jaringan hialin.

3. Post-Lag Phase

Tahap ini ditandai dengan hilangnya jaringan hialin dan terjadinya resorbsi.

Pergerakan ini disebabkan osteoklas meresorbsi tulang sehingga terbentuk ruangan untuk

gigi bergerak. Respon fisiologis terhadap aplikasi gaya pada gigi dapat dilihat pada tabel

di bawah ini:

Tabel Respon fisiologis jaringan terhadap gaya yang diaplikasikan pada gigi.

( Profit, 2007 ; Rahardjo, 2016)

Waktu

Peristiwa Gaya

Ringan Gaya Berat

< 1 detik < 1 detik Cairan PDL tertekan, tulang alveolar menekuk, sinyal

16

piezoelectric terjadi

1-2 detik 1-2 detik Cairan PDL keluar, gigi bergerak sebatas ruang PDL

3-5 detik Pembuluh darah dalam PDL menyempit pada daerah tekanan

dan melebar pada daerah tarikan

Menit Perubahan aliran darah, perubahan pada oksigen darah, PGE dan

sitokin dilepaskan

Jam Perubahan metabolisme : aktifitas seluler berubah

4 jam Peningkatan cAMP, diferensiasi sel PDL

2 hari Pergerakan gigi terjadi karena osteoklas/osteoblas me-

remodeling tulang di sekitar gigi

3-5 detik Pembuluh darah pada PDL tertutup pada daerah tekanan

Menit Aliran darah pada daerah tekanan tertutup

Jam Kematian sel-sel pada daerah tekanan

3-5 hari Mulai terjadi undermining resorption

7-14 hari

Undermining resorption sampai pada lamina dura dan terjadi

pergerakan gigi

2.3. Periodontal Ligament (PDL) dan OTM

PDL memegang peranan yang sangat penting dalam proses OTM karena kemampuan

jaringan ini dalam merespon kekuatan mekanik yang diterimanya. PDL terdiri atas serat

kolagen dengan bahan dasar proteoglikans dan glukoprotein serta serat oksitalin. Pada PDL

terdapat beberapa sel, yaitu fibroblas, osteoblas, osteoklas, dan sementoblas. Selain itu masih

ada sel-sel yang lain makrofag dan terkadang terdapat sisa-sisa sel Malassez serta banyak

pembuluh darah kapiler yang merupakan pleksus. PDL beserta cairan yang ada pada soket

gigi berfungsi sebagai bantalan (shock absorber). (Rahardjo, 2016)

Fibroblas bertanggungjawab pada perubahan matriks ekstraseluler dan mempunyai

aktivitas metabolik yang tinggi. Osteoblas terletak pada permukaan tulang dan yang

17

bertanggungjawab pembentukan matriks organik tulang yang kemudian mengalami

mineralisasi menjadi tulang. Osteoblas juga berperanan mengaktifkan osteoklas melewati

berbagai pembentukan berbagai sitokin dan merupakan regulator homeostatis tulang.

Osteoblas yang dikelilingi mineral tulang berubah menjadi osteosit. Osteosit berhubungan

satu dengan yang lain lewat perpanjangan sitoplasmik yang berada pada kanalikuli tulang

dan diperkirakan bertanggungjawab mendeteksi adnya kekuatan yang mengenai tulang.

Osteoklas adalah sel yang berinti banyak, berasal dari monosit darah dan bertanggungjawab

merespon tulang. Sedangkan sementoklas adalah sel yang berfungsi membentuk semen,

sedangkan sementoklas berfungsi meresorpsi semen. (Rahardjo, 2016)

2.4. Tulang Alveolus dan OTM

Tulang alveolus sendiri terdiri dari 2 tipe, yaitu tulang kompakta atau tulang kortikal

dan tulang concellous atau tulang spongiosa. Tulang kompakta adalah tulang dengan struktur

halus, keras, dan rapat yang membentuk lapisan vestibular; sedangkan tulang concellous

adalah tulang yang terletak di antara tulang kompakta - lamina dura. Tulang concellous

tersusun sebagai lapisan-lapisan halus yang mengelilingi ruang sumsum, di dalam ruang

sumsum banyak terdapat jaringan ikat embrionik, pembuluh darah, dan pembuluh saraf.

(Heasman, 2003 ; Nasruddin, 2008)

Tulang terdiri dari matriks organik yang termineralisasi dan sel-sel tulang yaitu

osteoblas, osteosit, dan osteoklas. Osteoblas dan osteoklas diperoleh dari prekursor yang

berasal dari sumsum tulang (Heasman, 2003). Prosessus alveolaris dibentuk dari lapisan-

lapisan tipis tulang kompakta dimana terdapat lubang-lubang seperti saringan yang disebut

dengan lamina dura. Tulang ini adalah tempat melekatnya PDL. Tulang alveolar dapat

18

beradaptasi dalam melakukan fungsinya sebagai penyangga gigi. Ketebalan dan kekuatannya

tidak sama di semua tempat (Nasruddin, 2008).

2.5. Osteoblas

Osteoblas berasal dari local pluripotent mesenchymal cells yaitu dari sel stem stromal

sumsum tulang atau sel-sel stem mesenkim jaringan ikat. Prekursor tersebut akan distimulasi

untuk berploriferasi dan berdiferensiasi menjadi preosteoblas, kemudian akan berdiferensiasi

lagi menjadi osteoblas yang matur (Baron dkk., 2002; Lerner, 2004; Eijken, 2007; Neve dkk.,

2010).

2.6. Osteoklas

Osteoklas berasal dari sel sistem hematopoetik dalam sumsum tulang. Osteoklas

dibentuk oleh sistem fusi progenitor mononuclear dari monocyte macrophage lineage.

Osteoblas dalam periosteum dan sel stromal yang menyerupai osteoblas dalam jaringan

hematopoetik mengontrol pembentukan dan aktivasi osteoklas melalui kontak sel ke sel

dengan sel progenitor. Diferensiasi prekursor osteoklas menjadi osteoklas multinuclear yang

matur dan fungsi osteoklas diatur secara lokal oleh sitokin dan secara sistemik oleh hormonal

(Baron dkk., 2002; Takano dkk., 2001). Osteoklas merupakan sel multinuclear dengan

diameter besar yang mengandung 4-20 nukleus. Osteoklas ditemukan kontak dengan

permukaan tulang dan di dalam lacuna. Proses regenerasi adalah proses dimana tulang yang

dihilangkan oleh osteoklas diganti atau dibentuk kembali oleh osteoblas. Pembentukan tulang

oleh osteoblas merupakan proses yang lama dan berlangsung beberapa bulan. Osteoblas

mampu mensintesis protein tulang yaitu kolagen tipe I, osteokalsin, osteopontin, alkalin

19

fosfatase, proteoglikan, dan komponen-komponen faktor regulasi pertumbuhan yang

disimpan dalam matriks tulang (Baron dkk., 2002; Vaanamen, 2005)

2.7. OTM dan Remodeling Tulang Alveolar

2.7.1. Fase inflamasi

Ketika gaya ortodontik diaplikasikan ke gigi, maka perubahan langsung akan terjadi

pada jaringan periodontal (gambar 2.1.). Tempat-tempat kompresi ditandai dengan

kerusakan jaringan dan sel, penurunan jumlah kapiler-kapiler, oklusi, dan disintegrasi parsial

pembuluh-pembuluh darah, yang mengarah pada iskemia dan hipoksia. Perubahan ini akan

memicu terjadinya respon inflamatori akut, yang mempunyai ciri terjadinya vasodilatasi dan

migrasi leukosit keluar dari kapiler. Proses ini terjadi ketika hipoksia lokal meningkatkan

ekspresi IL-1, IL-6, IL-8, TNF-, dan VEGF pada fibroblas PDL. Pada waktu yang

bersamaan, tegangan fisik menstimulasi produksi sitokin pada PDL, faktor pertumbuhan, dan

kemokin, melalui sebuah proses yang disebut mekanotransduksi. Dalam hal ini, IL-1 dan

TNF- mengaktivasi sel-sel endotelial mikrovaskuler, sehingga mengarah pada peningkatan

ekspresi molekul adesi (VCAM-1 dan ICAM-1), dengan memicu ekspresi kemokin lokal,

yang selanjutnya mempromosikan adesi leukosit dan migrasi leukosit. Selain itu, serabut

saraf periferal PDL yang tertekan akan melepaskan neurotransmiter vasoaktif, seperti peptida

terkait gen kalsitonin dan substansi P. Neuropeptida-neuropeptida ini, bersama dengan VEGF

dan PGE2, meningkatkan aliran vaskuler dan permeabilitas vaskuler, yang mengarah pada

ekstravasasi plasma dan diapedesis leukosit. Leukosit-leukosit yang direkrut ini berinteraksi

langsung atau tidak langsung dengan keseluruhan populasi sel paradental natif, sehingga

meningkatkan produksi kemokin, sitokin, dan growth factor tertentu yang terlibat dalam

20

resorpsi tulang. Dengan cara ini, fase akut inflamasi digantikan oleh sebuah proses kronis

yang memungkinkan leukosit dan prekursor osteoklas melanjutkan migrasi ke dalam jaringan

paradental yang tegang, sehingga memodulasi proses penataan ulang.

Gambar 2.1. Perubahan molekuler PDL pada peristiwa OTM pada sisi tekanan

(Andrade dkk., 2012)

Proses remodeling tulang mengubah homeostasis dan mikrosirkulasi PDL, sehingga

pada daerah iskemia dan vadodilatsi akan menghasilkan pelepasan beberapa mediator

biologikal. Faktor sitokin, kemokin, faktor pertumbuhan, neurotransmitter, metabolit dari

asam arakidonat, dan hormon akan mempromosikan resorpsi tulang oleh osteoklas di daerah

tekanan dan aposisi tulang oleh osteoblas di daerah tarikan. (Khrisnan dan Davidovitch,

2006; Andrade dkk., 2012; Nayak dkk, 2013)

2.7.2. Fase resorpsi tulang alveolus (pada sisi tekanan)

Pada kondisi pembebanan mekanis, fibroblas, osteoblas, dan sel-sel PDL lainnya

yang terletak pada tempat tekanan (gambar. 2.2.) akan melepaskan molekul-molekul

signaling, seperti PGE2, IL-1, IL-6, TNF-, dan IL-11. Di antara mediator-mediator ini, IL-1

21

dan TNF- menstimulasi osteoblast untuk menghasilkan kemokin, seperti CCL3, CCL2, dan

CCL5. Protein-protein kemotaktik ini, bersama dengan lainnya, seperti CXCL12, dan sitokin

(RANKL dan TNF-) memicu perekrutan kemotaktis prekursor-prekursor osteoklas ke

tempat osteolisis, dimana sel-sel ini berdiferensiasi menjadi osteoklas matang melalui

komunikasi osteoblas dengan osteoklas. Agar diferensiasi terjadi, PGE2 dan sitokin, seperti

IL-1, IL-6, IL-8, dan TNF-, menstimulasi osteoblas/sel stromal untuk menghasilkan

regulator-regulator utama diferensiasi osteoklas: M-CSF dan RANKL. Proses ini dicapai

ketika M-CSF dan RANKL terikat ke reseptor spesifiknya masing-masing, c-Fms dan

RANK, yang keduanya diekspresikan pada prekursor-prekursor osteoklas. Akan tetapi,

osteoklastogenesis bisa ditekan ketika OPG, sebuah reseptor umpan RANKL yang dihasilkan

oleh sel PDL dan sel osteoblastis, terikat ke RANKL, menghambat interaksi

RANK/RANKL. Dengan demikian, kadar OPG berkurang pada tempat kompresi selama

OTM, sehingga meningkatkan osteoklastogenesis pada area tersebut. (Andrade dkk, 2012)

Hipoksia yang ditimbulkan beban mekanis dapat mempromosikan ekspresi FIH 1-,

yang meningkatkan ekspresi RANKL oleh fibroblast PDL manusia pada tempat tekanan,

sehingga meningkatkan osteoklastogenesis. Selain osteoblast dan sel PDL, osteosit yang

rusak juga merupakan sumber RANKL dan M-CSF. Dalam hal ini, gaya ortodontik

menyebabkan kerusakan-mikro pada tulang alveolar di dekat tempat tekanan PDL yang

mengganggu integritas osteosit, secara fisik merusak sel dengan stres oksidatif, atau dengan

gangguan aliran darah dan/atau aliran cairan dalam sistem lakunar-kanalikular. Jaringan yang

rusak ini, bersama dengan TNF- dan IL-1 lokal, bisa memicu apoptosis osteosit, yang

menginisiasi resorpsi tulang di dekat tempat yang mengalami kerusakan-mikro, karena

meningkatkan ekspresi RANKL, VEGF, dan M-CSF, sehingga konsekuensinya memodulasi

22

perekrutan dan diferensiasi prekursor osteoklast. Selain itu, VEGF juga secara tidak langsung

memicu resorpsi tulang, karena VEGF mempromosikan angiogenesis, sehingga

memungkinkan kapiler-kapiler baru mengaugmentasi perekrutan prekursor osteoklas ke

permukaan tulang di dekat tempat resorpsi. (Andrade dkk, 2012)

Bukan hanya RANKL, tetapi juga sitokin-sitokin lain (IL-1, TNF-, IL-6, IL-11),

faktor pertumbuhan (FGF-2, EGF), dan kemokin (CCL2, CCL3, CCL5, CCL7, CCL9, IL-8)

bisa meningkatkan diferensiasi, keberlangsungan, dan aktivitas osteoklast, baik secara

langsung maupun tidak langsung. Selain itu, CCL3 dapat meningkatkan ekspresi RANKL

oleh osteoblas. Sejalan dengan itu, RANKL memicu produksi CCL2, CCL4, dan CCL5 oleh

osteoklas, sehingga menandakan signalisasi autokrin dan parakrin selama osteoklastogenesis,

dan peningkatan resorpsi tulang. (Andrade dkk, 2012)

Gambar 2.2. Peristiwa molekuler osteoklastogenesis pada OTM pada sisi

tekanan (Andrade dkk., 2012)

Hipoksia yang ditimbulkan beban mekanis dapat mempromosikan ekspresi faktor 1-

terinduksikan hipoksia, yang meningkatkan ekspresi RANKL oleh fibroblas PDL manusia

23

pada tempat tekanan, sehingga meningkatkan osteoklastogenesis. Selain osteoblas dan sel

PDL, osteosit yang rusak juga merupakan sumber RANKL dan M-CSF. Dalam hal ini, gaya

ortodontik menyebabkan kerusakan mikro pada tulang alveolar di dekat tempat tekanan PDL

yang mengganggu integritas osteosit, secara fisik merusak sel dengan stres oksidatif, atau

dengan gangguan aliran darah dan/atau aliran cairan dalam sistem lakunar-kanalikular.

Jaringan yang rusak ini, bersama dengan TNF- dan IL-1 lokal, bisa memicu apoptosis

osteosit, yang menginisiasi resorpsi tulang di dekat tempat yang mengalami kerusakan-

mikro, karena ia meningkatkan ekspresi RANKL, VEGF, dan M-CSF, sehingga

konsekuensinya memodulasi perekrutan dan diferensiasi prekursor osteoklas. Selain itu,

VEGF juga secara tidak langsung memicu resorpsi tulang, karena VEGF mempromosikan

angiogenesis, sehingga memungkinkan kapiler-kapiler baru mengaugmentasi perekrutan

prekursor osteoklast ke permukaan tulang di dekat tempat resorpsi. (Andrade dkk., 2012)

Bukan hanya RANKL, tetapi juga sitokin-sitokin lain (IL-, TNF-, IL-6, IL-11),

faktor pertumbuhan (FGF-2, EGF), dan kemokin (CCL2, CCL3, CCL5, CCL7, CCL9, IL-8)

bisa meningkatkan diferensiasi, keberlangsungan, dan aktivitas osteoklas, baik secara

langsung maupun tidak langsung. Selain itu, CCL3 dapat meningkatkan ekspresi RANKL

oleh osteoblas. Sejalan dengan itu, RANKL memicu produksi CCL2, CCL4, dan CCL5 oleh

osteoklas, sehingga menandakan signalisasi autokrin dan parakrin selama osteoklastogenesis,

dan peningkatan resorpsi tulang. (Andrade, dkk., 2012)

Osteoklas merupakan sel multinuklear berasal dari prekursor pada garis keturunan

myeloid/monosit yang bersirkulasi dalam darah setelah terbentuk di susum tulang. Osteoklas

mendegradasi jaringan tulang yang termineralisasi yang berperanan penting dalam pola

perbaikan fisiologis OTM. Osteoklas dewasa menempel pada permukaan tulang. Pada daerah

24

ini terjadi pompa proton dan saluran klor, yang berperanan penting untuk pengasaman

ekstraseluler dan demineralisasi tulang. Enzim proteolitik yang kemudian dilepaskan dan

mendegradasikan matriks protein ekstraseluler. Ketika tulang alveolar dirangsang kekuatan

ortodontik peristiwa berurutan yang terjadi diinisiasi, dan akhirnya menghasilkan

perekrutan, diferensiasi, aktivasi, dan pemeliharaan osteoklas.

Osteoklastogenesis dimulai dengan pembelahan sel stem dan proliferasi sel osteoklas

prekursor dalam jaringan hematopoietik (bone marrow, limpa, hati dan darah perifer). Tahap

kedua adalah migrasi sel ke tempat resorbsi tulang; yang akan dibedakan dan diaktifkan.

Pada saat ini efisiensi OTM secara langsung terkait baik secara kuantitatif maupun kualitatif

untuk perekrutan , aktivasi, dan pemeliharaan sel-sel pada sisi ini. diferensiasi

Osteoklas yang merupakan sel spesifik tulang, direkrut dari aliran darah oleh faktor

kemotaktik dilepaskan dari komponen matriks tulang dan osteoblas. Setelah proses

proliferasi dan migrasi dari osteoklas prekursor ke posisi tulang yang mengalami perbaikan,

sel progenitor ini akan membedakan apabila reseptor c-Fms berinteraksi dengan M-CSF

supaya osteoklas dapat bertahan hidup. Osteoklas berdiferensiasi karena aktivasi RANK oleh

RANKL yang diekspresikan oleh sel stroma di sumsum tulang dan oleh osteoblas.

2.7.3. Fase aposisi tulang alveolus (pada sisi tarikan)

Pada daerah terjadinya tekanan dan tarikan peristiwa OTM, ujung saraf yang

terdistorsi akan melepaskan neurotransmitter vasoaktif. Mekanoreseptor dari saraf yang

mengandung neuropeptida seperti substansi P, vasoactive intestinal polypeptide (VIP) dan

calcitonin gene-related peptide (CGRP). Neuropeptida ini berada pada ujung saraf dan akan

dilepaskan apabila pada ujung saraf mengalami distorsi. Neuropeptida ini bertindak sebagai

25

neurotransmitter. Ketiga neuropeptida ini merupakan vasodilatator yang akan meningkatkan

aliran vaskular dan permeabilitas vaskular, menstimulasi ekstravasasi plasma, serta

mempercepat migrasi leukosit keluar dari kapiler menuju ke jaringan. Sel yang bermigrasi ini

mensekresikan banyak molekul pembawa sinyal; termasuk sitokin dan growth factors yang

menstimulasi matriks remodeling ekstraseluler pada PDL dan tulang alveolar. CRGP juga

menstimulasi osteoblas dan menghambat osteoklas sehingga penting bagi pembentukan

tulang. (Krisnan dan Davidovitch, 2006 ; Thilander, dkk., 2005 ; Masella dan Meister, 2006)

Peristiwa pembentukan tulang (gambar 2.3) terjadi pada 40-48 jam setelah

pengaplikasian gaya pada tempat tekanan PDL. Osteosit berpartisipasi dalam proses

osteogenesis, sehingga menjadi sensitif dan responsif terhadap gaya-gaya ortodontik pada

sisi tarikan. Proyeksi selulernya memfasilitasi komunikasi dengan osteosit-osteosit tetangga,

serta dengan sel-sel yang menyusun permukaan tulang alveolar dan sel kavitas sumsum

tulang. Osteoblast yang mempertahankan persentuhan langsung dengan osteosit, merespon

terhadap sinyal-sinyal ini dan menginisiasi aposisi tulang. (Andrade dkk, 2012 ; Andrade

dkk., 2014)

Selain itu, serat PDL yang meregang menstimulasi terjadinya replikasi sel. Sel induk

(perisit), yang bermigrasi dari pembuluh darah, dan sel induk mesenkimal dinding

berdiferensiasi menjadi sel pra-osteoblast 10 jam setelah pengaplikasian gaya. Kemokin,

sitokin, dan growth factor terlibat langsung dalam proses ini. CCL3, CCL5, CXCL10,

CXCL12, dan CXCL13 memicu perekrutan, proliferasi, diferensiasi dan keberlangsungan

prekursor osteoblas. Osteoblas lokal dan osteosit mengekspresikan growth factor seperti

TGF- dan IGF-1, yang mempromosikan proliferasi dan diferensiasi prekursor osteoblas,

serta mineralisasi tulang baru oleh osteoblas matang. Selain itu BMP, EGF, dan IL-11

26

meningkatkan diferensiasi dan fungsi osteoblas. Pada tempat tegangan PDL, osteoblas dan

fibroblas PDL mengekspresikan VEGF, yang menstimulasi angiogenesis, sebuah proses

penting dalam pembentukan tulang. Selain itu, sitokin antiinflamatori yang terlibat dalam

pembentukan tulang, seperti IL-10 dan OPG, dihasilkan oleh osteoblas dan menghambat

osteoklastogenesis. Untuk mempertahankan integritasi aparatus PDL secara simultan dengan

pembentukan tulang, TGF- dan IGF-1 menstimulasi proliferasi dan diferensiasi osteoblas

dan sel-sel PDL, serta sintesis kolagen. (Andrade dkk, 2012 ; Andrade dkk., 2014)

Gambar 2.3. Peristiwa molekuler diferensiasi osteoblas dan pembentukan tulang pada sisi

regangan pada OTM (Andrade dkk, 2012)

Pada daerah regangan menurut Mitchell (2007), osteoblas pada permukaan tulang

seperti diratakan sedangkan osteosit tidak terkena paparan; dan sel-sel pada PDL

meningkatkan jumlah second messenger (ERG). Sinyal dari ERK akan menginduksi ekspresi

27

RUNX-2 yang menyebabkan terjadinya peningkatan aktivitas osteoblas dan produksi tulang.

Diferensiasi osteoblas ini diduga berasal dari induksi RUNX-2 pada fibroblas PDL.

2.8. Peranan Sitokin dan IL-1 Pada OTM

Dalam OTM, kerja sitokin mempengaruhi metabolism tulang. Sebagai respon

terhadap gaya ortodontik, sitokin-sitokin akan dilepaskan untuk mengatur remodeling tulang,

di antaranya adalah IL-1, IL-2, IL-3, IL-6, IL-8, TNFα, IFNγ, dan osteoclast differentiation

factor (ODF). Perbedaan respon sel-sel pada sisi tarikan dan tekanan disebabkan oleh karena

adanya sitokin. Pada resorbsi tulang, sitokin yang paling berperan adalah IL-1 yang secara

langsung menstimulasi fungsi osteoklas. IL-1 akan menarik leukosit, menstimulasi fibroblast,

sel endotel, osteoklas, dan osteoblas untuk menghasilkan resorbsi tulang dan menghambat

pembentukan tulang. TNFα adalah sitokin proinflamasi yang menyebabkan inflamasi akut

dan kronis dan menstimulasi resorbsi tulang. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa TNFα

secara langsung menstimulasi diferensiasi progenitor osteoklas menjadi osteoklas dengan

bantuan M-CSF. Sitokin lainnya yang berperan dalam remodeling tulang adalah IFNγ, yang

akan menstimulasi sintesis sitokin lainnya seperti IL-1 dan TNFα, juga menginduksi

produksi oksida nitrit yang penting bagi osteoblas dan osteoklas, serta dapat menyebabkan

resorbsi tulang dengan cara apoptosis efektor sel T. (Krisnan dan Davidovitch, 2006)

Sitokin TNF-, IL-1 (alfa dan beta) adalah sitokin proinflamasi yang diekspresikan

dalam jumlah tinggi pada sisi tekanan PDL dan pada tulang alveolar pada tahap awal OTM.

Peran dalam OTM telah menjadi fokus dari beberapa penelitian sebelumnya yang

menunjukkan adanya peningkatan aktivitas dan keberlangsungan osteoklas, di samping pada

saat yang sama memicu sel sumsum tulang dan osteoblast untuk memproduksi RANKL pada

28

fase awal OTM. IL-1 dapat juga memicu pembentukan osteoklast secara langsung dari

prekursor osteoklast di bawah stimulasi TNF in vitro. (Andrade dkk, 2012)

Pada penelitian in vitro lainnya telah menunjukkan bahwa IL-1 sangat

mempromosikan pembentukan osteoklast dengan meningkatkan produksi M-CSF dan PGE2

dan penurunan produksi OPG oleh osteoblast. Dengan pengaplikasian 24 jam gaya kompresif

kontinyu (3,0 g/cm2), sel-sel osteoblast telah ditemukan merespon dengan mengekspresikan

IL-1, IL-6, IL-11, TNF-, dan reseptor-reseptor untuk IL-1, IL-6, dan IL-8, sehingga

menandakan mekanisme autokrin osteoblastis yang dipicu oleh stres mekanis. Bahkan,

beberapa penelitian pada hewan tanpa signaling IL-1 dan/atau TNF- telah menunjukkan

gangguan pergerakan gigi, tetapi mekanisme-mekanisme yang terlibat dalam temuan ini

masih belum diketahui.

Keberhasilan pergerakan gigi secara ortodonsi bergantung dari remodeling jaringan

periodontal, terutama tulang alveolar. Baik gigi yang mengalami tekanan yang besar maupun

yang ringan terjadi aktivitas biokimia (Tzannetou dkk, 2008). Ketika gaya ortodonsi

diaplikasikan pada gigi dalam waktu lama maka akan terjadi inflamasi pada jaringan

periodontal sehingga proses resorpsi tulang dimulai dan akan menghasilkan pergerakan gigi.

(Basaran dkk, 2006; Kaya dkk, 2010) Mekanisme resorpsi tulang berhubungan dengan

mediator inflamasi, salah satunya adalah IL-1. Interleukin-1 terdiri dari α dan β, namun IL-1β

lebih berperan berperan pada metabolism tulang. IL-1β memicu respon inflamasi,

mengaktivasi osteoklas dan berperan penting dalam remodeling tulang (Kaya dkk, 2010).

Berdasarkan penelitian terdahulu, jika terdapat stres mekanik maka produksi IL-1β akan

meningkat. (Grieve dkk, 1994) Interleukin-1α dan IL-1β menambah ikatan PMN dan

29

monosit atau makrofag terhadap sel kemudian akan menstimulasi produksi PGE2 dan

melepaskan enzim lisosom yang menyebabkan resorpsi (Bulkacz dan Carranza, 2006)

Penelitian yang dilakukan Kaya dkk (2010) pada pasien perawatan ortodonsi dengan

pencabutan gigi premolar atas selama 7 hari, didapatkan hasil bahwa rata-rata nilai IL-1β

sebelum pemberian gaya ortodontik adalah 31,22 pg/ml dan mencapai puncak pada 24 jam

yaitu 91,3 pg/ml, kemudian menurun setelahnya. Sedangkan menurut Iwasaki dkk (2001)

pada penelitiannya menyatakan bahwa terdapat peningkatan jumlah IL-1β selama 28 hari

ketika gaya ortodonsi diaplikasikan. Tzannetou dkk (2008) menyatakan bahwa terdapat

peningkatan IL-1β puncaknya adalah pada 24 jam setelah ekspansi rahang atas dengan

menggunakan rapid palatal expansion.

Gaya ortodonsi yang ringan dapat mempertahankan nilai IL-1β dalam waktu lama

dan diperlukan untuk remodeling jaringan periodontal yang kontinu. Sedangkan gaya

ortodontik yang berat bukan hanya meningkatkan kemungkinan terjadinya resorpsi akar dan

hialinisasi jaringan periodontal, namun juga dapat menyebabkan nilai IL meningkat dengan

tajam kemudian menurun sehingga terjadi kerusakan jaringan periodontal (Ren dan Vissink

dkk., 2008)

Sitokin, terutama IL berperan juga dalam system RANKL/RANK/OPG yang

mengontrol remodeling tulang. RANKL yang berada pada permukaan osteoblas akan

berikatan dengan RANK pada permukaan prekursor osteoklas, menuntun pada diferensiasi

prekursor osteoklas menjadi osteoklas matang yang aktif. OPG akan berkompatisi dengan

RANK untuk berikatan dengan RANKL, sehingga dengan adanya OPG akan menghambat

tahap akhir diferensiasi osteoklas dan menekan aktivasi matriks osteoklas. Dengan demikian

30

remodeling tulang dikontrol oleh keseimbangan antara ikatan RANK-RANKL dengan

produksi OPG (Harry dan Sandy, 2004; Huang dkk., 2005; Krisnan dan Davidovitch, 2006)

2.9. Peranan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Pada OTM

VEGF adalah mediator penting untuk angiogenesis. Menurut Kim dan Byzova

(2014), angiogenesis adalah proses tumbuhnya tunas pembuluh darah baru dari sistem

pembuluh darah yang sudah ada. Pembentukan pembuluh darah baru diperlukan untuk

berbagai proses fisiologis di antaranya untuk reparasi jaringan atau regenerasi organ.

Angiogenesis memerlukan inisiasi oleh faktor-faktor proangiogenik, seperti VEGF, placental

growth factor, platelet-derived growth factor-B, faktor TGF-, dan angiopoietin-1 (ANG-1).

Yang dkk. (2012) menyatakan bahwa osteogenesis dan angiogenesis adalah dua

proses yang saling terkait erat selama pertumbuhan, perkembangan, penataan-ulang dan

reparasi tulang. VEGF merupakan mediator penting selama proses angiogenesis. VEGF

terlibat tidak hanya dalam angiogenesis tulang, tetapi juga dalam berbagai aspek

perkembangan tulang, diferensiasi osteoblas dan perekrutan osteoklas.

Dalam hubungan osteogenesis-angiogenesis, human inducible factor (HIF)

merupakan salah satu regulator kunci VEGF. Peningkatan jumlah (upregulasi) HIF dapat

dipicu oleh penurunan tensi oksigen. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa perubahan kadar

HIF bisa mengubah kadar VEGF secara signifikan dan mengubah massa tulang secara

signifikan (Yang dkk., 2012)

VEGF telah diteliti terlibat dalam berbagai aspek fungsi osteoblas. Dua penelitian

telah menunjukkan efek kemoatraktif VEGF terhadap osteoblas manusia dan sel-sel

progenitor mesenkima manusia. Selain efeknya terhadap migrasi sel, VEGF

menstimulasi proliferasi sel sebesar hingga 70%. Telah ditemukan bahwa VEGF secara

31

langsung mempromosikan diferensiasi osteoblas manusia primer in vitro dengan

meningkatkan pembentukan nodul dan aktivitas alkalin fosfatase dengan cara yang

tergantung dosis. Juga dilaporkan bahwa VEGF diekspresikan dengan kadar rendah pada

awal diferensiasi osteoblas dan bahwa ekspresinya meningkat tajam hanya selama

diferensiasi terminal dan mencapai ekspresi maksimum selama periode mineralisasi.

Mayr-Wohlfart dkk juga menunjukkan peningkatan ekspresi Flt-1 dan KDR terhadap

osteoblas manusia. Sebuah uji kinase in vitro gagal menunjukkan aktivasi KDR saat

distimulasi dengan VEGF, yang mana sejalan dengan pendapat bahwa efek VEGF terhadap

osteoblas manusia primer diperantarai melalui Flt-1 (Yang dkk, 2012)

Min dkk. telah menunjukkan bahwa VEGF bisa meningkatkan ekspresi RANK dan

mRNA secara signifikan dan protein permukaan pada sel endotelial mikrovaskuler manusia.

Selain itu, mereka menunjukkan bahwa VEGF sebagian besar meningkatkan ekspresi RANK

dalam sel-sel endotelial melalui rute signaling Flk-1/KDR-protein kinase C-ERK, sehingga

menandakan bahwa VEGF memegang peran penting dalam memodulasi kerja angiogenik

dari RANKL pada kondisi fisiologis atau patologis. Yao dkk juga menemukan bahwa

kombinasi VEGF dan dosis rendah faktor penstimulasi koloni-1 meningkatkan ekspresi

RANK dalam prekursor osteoklas yang diperlukan untuk osteoklastogenesis. Nakagawa dkk.

menunjukkan bahwa VEGF terlibat dalam perekrutan osteoklas, diferensiasi, dan

peningkatan aktivitas resorbsi-tulang osteoklas pada osteoklas-osteoklas kelinci matur yang

dibiakkan (Yang dkk., 2012)

Osteoblas dan osteoklas mengekspresikan reseptor VEGF-1, maka beberapa

penelitian telah menyelidiki efek VEGF terhadap penataan-ulang tulang pada kondisi

pembebanan mekanis. Penelitian-penelitian in vitro menunjukkan bahwa sel-sel PDL dan

32

osteosit apoptotik meningkatkan produksi VEGF setelah pengaplikasian gaya kompresif.

VEGF bisa memodulasi perekrutan, diferensiasi, dan aktivasi prekursor-prekursor osteoklas

sehingga meningkatkan resorpsi tulang. VEGF juga bisa secara langsung memicu resorpsi

tulang, karena mempromosikan angiogenesis secara in vitro, sehingga memungkinkan

kapiler-kapiler baru untuk membantu perekrutan prekursor osteoklas ke permukaan tulang di

dekat tempat resorpsi. Sejalan dengan itu, VEGF meningkatkan perekrutan osteoklas dan

meningkatkan laju OTM eksperimental secara in vivo, yang keduanya dihambat oleh terapi

antibodi poliklonal anti-VEGF. Ekspresi VEGF terdeteksi dalam osteoblas, osteosit, dan

fibroblas pada tempat tegangan PDL setelah 10 hari OTM pada mencit C57BL/6J. Secara

bersama-sama, dapat disimpulkan bahwa VEGF memegang peran penting dalam penataan-

ulang tulang pada tempat kompresi dan tempat tegangan PDL selama OTM. (Andrade dkk,

2012)

2.10. Stres Oksidatif dan Angiogenesis

Stres oksidatif didefinisikan sebagai suatu keadaan dimana terjadi kelebihan Reactive

Oxigen Species (ROS) sehingga melampaui antioksidan endogen untuk meredam atau

menetralisir ROS tersebut (Taniyama dan Griendling, 2003). Stres oksidatif yang terkontrol

dengan baik (konsentrasi rendah dan sedang) bisa bermanfaat bagi angiogenesis selama

reparasi jaringan. Sementara stres oksidatif yang khronis akan merusak jaringan yaitu

dengan cara peroksidasi lipid dan protein ( Droge, 2002; Kim dan Byzova, 2014) . Dengan

1 elektron pada satu waktu, oksigen bisa direduksi menjadi 4 komponen secara berurutan,

yaitu anion superoksida, hidrogen peroksida, radikal hidroksil, dan molekul air. Selama

reaksi reduksi-oksidasi ini, ROS dihasilkan sebagai senyawa antara (intermediet). Anion

33

superoksida dikenal sebagai penyumbang utama ROS dan merupakan mediator penting

dalam reaksi rantai transport elektron pada mitokondria. Biasanya, anion superoksida

dieliminasi secara cepat melalui dismutasi menjadi hidrogen peroksida, baik secara spontan

atau melalui superoksida dismutase (SOD). Myeloperoksidase yang disekresikan neutrofil

lebih lanjut mengkonversi hidrogen peroksida dan klorida menjadi hipoklorit yang sangat

reaktif. Untuk sel-sel vaskular, anion superoksida dan hidrogen peroksida tampak sangat

penting karena mampu mengaktivasi berbagai jalur untuk menginduksi pertumbuhan

vaskular baru, atau disfungsi dan kerusakan vaskular (gambar 2.4) (Kim dan Byzova, 2014)

ROS bisa dihasilkan oleh semua tipe sel vaskular, termasuk sel-sel endotelium, sel-sel

otot halus, fibroblas adventitial, dan adiposit perivaskular. Ada 2 sumber endogen utama

dalam sistem pembuluh darah, yaitu reaksi rantai transport elektron mitokondria dan

nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADPH) oksidase. Pada mitokondria, lebih dari

95% oksigen yang dikonsumsi oleh sel digunakan untuk menghasilkan molekul-molekul air

melalui reaksi redoks. Lebih khusus, pada kompleks I dan III dalam rantai transport, terjadi

kebocoran elektron prematur pada oksigen, yang menyebabkan kurang dari 4% oksigen yang

akan direduksi menjadi anion superoksida, tetapi tidak direduksi menjadi air, yang

menghasilkan stres oksidatif. NADPH oksidase, sebuah enzim yang menghasilkan anion

superoksida dengan mentransfer elektron dari NADPH ke oksigen, dikenal sebagai salah satu

sumber utama ROS pada banyak tipe sel, termasuk sel-sel otot halus dan sel-sel endotelium.

Penting untuk disebutkan bahwa pada banyak kondisi, ledakan respiratori (oksidatif), sel-sel

inflamasi, seperti neutrofil dan monosit, merupakan faktor penyumbang utama bagi kadar

ROS pada beberapa patologi vaskular. (Kim dan Byzova, 2014)

34

Gambar 2.4.. Gambar skema pembentukan ROS dan efek-nya terhadap angiogenesis. Ada

dua mekanisme yang diperlihatkan: efek ROS terhadap komponen-komonen jalur signaling

HIF-VEGF/VEGFR2 yang telah diketahui dan mekanisme independen-VEGF yang

melibatkan pembentukan produk-produk oksidasi lipid. *MPO = myeloperoksidase.

(Kim dan Byzova, 2014)

Stres oksidatif mencakup tidak hanya produksi dan akumulasi ROS saja, tetapi juga

produk-produk metabolik imbas stres oksidatif yang dihasilkan melalui peroksidasi lipid dan

protein. Senyawa-senyawa sekunder yang dihasilkan lewat oksidasi ini bisa lebih merusak

dibanding ROS itu sendiri. Karena salah satu konsekuensi utama dari keberadaan ROS

adalah peroksidasi protein dan lipid, yang menghasilkan modifikasi fungsional. Secara in

vivo, peroksidasi lipid mempengaruhi lipid-lipid membran seluler, yang mencakup bagian

polyunsaturated fatty acid (PUFA) dari fosfolipid, yang sangat rentan terhadap oksidasi,

dengan menghasilkan sebuah tatanan baru agen-agen aktif biologis. (Kim dan Byzova, 2014)

2.11. Peranan Stres Oksidatif Pada Remodeling OTM

Pada proses OTM, ROS dapat ditimbulkan karena inflamasi, proses angiogenesis dan

proses reperfusi injury. Proses terjadinya ROS dan RNS (Reactive Nitrogen Species) dari

proses inflamasi ditunjukkan dalam gambar berikut ini.

35

Gambar 2.5. Mekanisme Pembentukan ROS dan RNS pada proses inflamasi

(Franch dkk., 2011)

Radikal bebas hasil dari proses inflamasi dapat terjadi pada proses perubahan NADPH

menjadi NADP dengan katalis NADPH oksidase. Dalam proses ini terjadi kebocoran O2

yang selanjutnya berubah menjadi radikal superoksida (O2•) yang dapat merangsang

terbentuknya sitokin proinflamasi seperti TNF-α dan IL-6. Proses metabolisme ini biasanya

terjadi pada sitoplasma. Adapun reaksi kebocoran tersebut dapat terlihat dalam reaksi sebagai

berikut : 2O2 + NADPH 2O2• + NADP+ + H+

Gambar 2.6. Peran ROS dalam proses Inflamasi (Valko dkk., 2004)

36

Sedangkan mekanisme terjadinya ROS menurut Hiromichi dkk.(2008) adalah seperti

digambarkan dalam skema berikut ini :

Gambar 2.7. Mekanisme terjadinya ROS (Hiromichi dkk., 2008)

Peristiwa reperfusi iskemi dalam OTM dapat menimbulkan kerusakan melalui

induksi aktivitas nitrit oksida sintetase. Nitrit oksida dihasilkan oleh beberapa tipe sel yang

berbeda, seperti dalam sel endotel dan makrofag. Meskipun pelepasan nitrit oksida oleh nitrit

oksida sintetase cepat, hal ini penting untuk terjadinya dilatasi pembuluh darah. Konsentrasi

nitrit oksida yang tinggi yang dihasilkan dalam makrofag dapat menghasilkan kerusakan

oksidatif. Aktivasi makrofag yang tinggi akan menambah produksi nitrit oksida dan

superoksida anion secara simultan. Nitrit oksida bereaksi dengan radikal bebas akan

menghasilkan kerusakan peroksinitril yang lebih tinggi. Nitrit oksida merusak tempat bagian

dari jalur peroksinitril dengan tinggi karena peroksinitril dapat langsung mengoksidasi LDL

menghasilkan kerusakan ireversibel membran sel. (Simanjuntak, 2012)

Jalur xantin oksidase merupakan jalur penting dalam kerusakan oksidatif jaringan.

Kedua enzim xantin dehidrogenase dan xantin oksidase mengkatalisis perubahan xantin

37

menjadi asam urat. Xantin dehidrogenase adalah bentuk enzim yang ada di bawah kondisi

fisiologis, namun struktur konfigurasinya diubah menjadi xantin oksidase selama kondisi

iskemi. Xantin oksidase merupakan enzim penghasil radikal bebas oksigen. Dalam fase

reperfusi OTM, xantin oksidase bereaksi dengan oksigen akan melepaskan radikal bebas

superoksida. (Simanjuntak, 2012)

Dalam proses OTM, radikal bebas yang muncul dapat bereaksi dengan radikal bebas

yang lain menimbulkan radikal bebas yang baru.

a. Radikal bebas hidroksil (OH•) dapat membentuk peroksida (H2O2) yang bersifat

oksidator kuat melalui reaksi sebagai berikut :

OH• + OH• → H2O2

Peroksida (H2O2) merupakan oksidan yang kuat dan dapat menghasilkan radikal

hidroksil bila bereaksi dengan logam transisi (transitional metals) Fe++ dan Cu + lewat

suatu reaksi yang disebut reaksi Fenton :

Fe++ (Cu+) + H2O2 → Fe++ (Cu++) + OH‾ + OH• (reaksi Fenton)

b. Radikal hidroksil juga terbentuk apabila H2O2 terdapat bersamaan dengan ion

superoksid lewat suatu reaksi yang disebut reaksi Haber-Weiss (Suryohudoyo, 2000).

O2 •‾ + H2O2 → O2 + OH‾ + OH• (reaksi HaberWeiss)

c. Konsentrasi nitrid oksida (NO) yang meningkat yang dihasilkan makrofag dan sel

endotel pada peristiwa reperfusi iskemia dapat menghasilkan peroksinitril yang

menyebabkan kerusakan membran yang irreversible apabila bereaksi dengan

superoksid (O2•).

Peningkatan produksi ROS baik akut maupun kronis akan menimbulkan perubahan di dalam

sel melalui beberapa mekanisme misalnya mempengaruhi redoks di dalam sel, melalui

38

modifikasi oksidatif protein tertentu dan dapat juga sebagai second messenger. (Clempus dan

Griendling, 2006)

2.12. Propolis

Propolis adalah bahan alam yang berasal hewan lebah. Kata propolis berasal dari

bahasa Yunani, yaitu pro yang berarti pertahanan dan polis yang berarti kota; sehingga

propolis bermakna sebagai pertahanan kota atau sarang lebah. Propolis merupakan produk

lebah yang terdiri dari zat resin yang dikumpulkan oleh lebah dari bunga, kuncup, dan

eksudat dari berbagai sumber tanaman. Kemudian lebah mencampur bahan resin ini dengan

enzim yang disekresikan dari kelenjar mandibula lebah walaupun demikian komponen yang

terdapat di dalam propolis tidak mengalami perubahan ( Seven dkk., 2012; Margaretha,

2012 ; Toreti dkk, 2013).

Propolis menurut Margaretha (2012) adalah bahan alami tidak beracun digunakan

sejak dahulu kala, di antaranya sebagai obat tradisional, biokosmetik , dan makanan

kesehatan. Menurut Suranto (2010) dan Margaretha (2012), lebah menggunakan propolis

sebagai: 1) memperkuat sarang lebah; 2) bahan pelapis untuk melindungi sarangnya dari

faktor pengganggu dari luar, seperti serangga, kumbang atau tikus; 3) meratakan dinding

sarang lebah; 4) bahan pengisi lubang atau celah dan perekat keretakan yang terdapat pada

sarang lebah; 5) melindungi sel sarang tempat ratu lebah menetaskan telurnya sehingga larva

lebah terlindungi dari penyakit dan 6) biosida.

Umumnya propolis berwarna kuning sampai coklat tua tergantung pada asal bahan

baku pembuatannya. Juga telah ditemukan propolis transparan seperti yang dilaporkan oleh

Coggshall dan Morse. Pada suhu 25-45 0 C, propolis adalah berupa zat yang lunak, lentur dan

39

sangat lengket; kurang dari 150 C atau terutama ketika beku atau di dekat titik beku propolis

menjadi keras dan rapuh; di atas suhu 450 C, akan semakin lengket dan bergetah. Biasanya

propolis akan menjadi cair pada 60-70 0 C, tetapi untuk beberapa sampel titik lebur mungkin

setinggi 1000 C. Pelarut yang paling umum digunakan untuk ekstraksi komersial adalah

etanol, eter, glikol dan air.(Margaretha, 2012)

Ada berbagai jenis lebah yang dijumpai di Indonesia. Tidak semua jenis lebah dapat

menghasilkan propolis. Lebah Apis Trigona sp adalah jenis penghasil propolis paling

banyak, tetapi sedikit menghasilkan madu. Sedangkan jenis Apis Mellifera sp adalah jenis

lebah yang paling banyak diternakkan ; banyak menghasilkan madu, tetapi sedikit

menghasilkan propolis. (Suranto, 2010).

(a) (b) (c)

Gambar 2.8. (a). Propolis mentah dari Yogyakarta (Keterangan:berwarna coklat tua

tergantung pada asal bahan baku pembuatannya.; (b). Lebah Apis Mellifera Sp. (c). Sarang

Apis Mellifera Sp. (Sumber b,c : Suranto, 2010)

2.12.1. Taksonomi lebah

Dalam penggolongan binatang, lebah madu diklasifikasikan sebagai berikut,

Kingdom : Animalia

Filum : Arthropoda

Kelas : Insecta

Ordo : Hymenoptera

Familia : Apidae

Genus : Apis, Subgenus : - Micrapis (Apis Andremformis

dan Apis Florae)

- Megapis (Apis Dorsata)

40

Spesies : Apis Mellifera, Apis Cerana, Apis Koschevnikovi, Apis

Nigrocincta Apis Trigona

2.12.2. Komposisi propolis

Komposisi propolis bervariasi dari sarang ke sarang, dari daerah ke daerah, dan

dari musim ke musim. Untuk memahami apa yang menyebabkan perbedaan dalam komposisi

kimia, maka hal yang perlu untuk diingat adalah asal tanaman yang merupakan bahan baku

pembuatan propolis. Untuk produksi propolis, lebah menggunakan bahan-bahan yang

dihasilkan dari berbagai proses botani di berbagai bagian tanaman, seperti zat aktif yang

disekresikan oleh tanaman serta zat yang dieksudasi dari luka pada tanaman seperti bahan

lipofilik pada daun dan tunas , getah, damar, dan sebagainya. Asal tanaman sebagai bahan

baku propolis menentukan keragaman kimianya. Komposisi kimia propolis tergantung pada

kekhususan flora lokal di lokasi pengumpulan dan dengan demikian pada karakteristik

geografi dan iklim dari lokasi ini. Hasil ini merupakan fakta dalam keragaman yang

mencolok dari komposisi kimia propolis, khususnya propolis berasal dari daerah tropis.

Parolia dkk (2010) mengatakan bahwa propolis dengan sejumlah senyawanya

menunjukkan bermacam-macam efek biologis dan aktivitas farmakologis. Komponen

propolis terdiri resin dan balsam (50-70%), minyak esensial dan lilin (30-50%), pollen (5-

10%); dan bahan pengisi yang lain seperti asam amino, mineral, vitamin A, B complex,

vitamin E. Menurut Park (2005), umumnya propolis terdiri dari campuran resin dan getah,

flavonoid, polifenol, polisakarida, lilin, minyak atsiri, pollen, asam amino, mineral, vitamin

A, vitamin B kompleks, vitamin E dan senyawa biokimia yang sangat aktif seperti

bioflavonoid, fenol dan senyawa aromatik.

41

Analisis tentang berbagai sampel propolis dari daerah berbeda memperlihatkan

perbedaan komposisi propolis yang signifikan. Hal ini karena berpengaruh terhadap aktifitas

biologisnya. Akan tetapi, meskipun dengan keragaman komponen dalam propolis yang

bersumber dari belahan dunia yang berbeda, namun propolis selalu memiliki aktifitas

antibakteri yang tinggi, antiviral, antioksidan, antifungal dan antiatherogenik, serta aktifitas

antiproliferatif dan proapoptotik. Beberapa varietas propolis bisa menunjukkan peningkatan

aktivitas antiproliferatif dan anti-inflamatori, sifat regeneratif-reparatif, estrogenik dan

anestetik, serta aktivitas proapoptosis terhadap sel-sel kanker. Karena spektrum aktifitas

yang luas seperti ini, penelitian tentang propolis domestik sangat penting. (Gorecka dkk.,

2014)

Indonesia kaya akan keanekaragaman hayati yang merupakan sumber yang beragam

bagi bahan baku pembentuk propolis oleh lebah. Di lain pihak data menyangkut propolis

Indonesia masih sangat minim. Dengan demikian, propolis Indonesia perlu dieksplorasi

terutama menyangkut senyawa penyusunnya sehubungan dengan aplikasinya sebagai

antioksidan dan antiinflamasi.

Komposisi kimia dan aktivitas sitotoksik dari ekstrak etanol propolis Apis mellifera L

dari berbagai daerah di Jawa (Sukabumi, Batang dan Lawang) telah diteliti oleh Syamsudin.

Komposisi kimia diinvestigasi dengan GCMS setelah silisasi dan menunjukkan perbedaan

ketiga sampel propolis tersebut. Peneliti juga menyatakan bahwa terdapat tujuh senyawa

yang pertama kali ditemukan dalam propolis, yakni asam dofuranuronat (sampel Sukabumi),

asam D-glukofuranuronat, asam 4-okso-2-tiokso-3-tiozolidinepropionat, patchoulene, 3,4-

dimetiltiokinolin (sampel Lawang), 1,3-bis(trimetilsiloksi)-5,5-propilbenzena, dan 3-

kinolinkarboksamin (sampel Batang). Dalam hal aktivitas sitotoksik, ekstrak propolis dari

42

Batang menunjukkan aktivitas paling kuat terhadap cell lines T47D dan MCF-7 dan ekstrak

propolis dari Sukabumi paling kuat terhadap sel Hela. Namun, semua ekstrak yang ditelitinya

tidak menunjukkan aktivitas

terhadap sel Myeloma dan Vero. (Syamsudin dkk., 2009). Penelitian Sabir (2003), bahwa

unsur flavonoid dominan pada propolis lebah Trigona sp dari daerah Bulukumba Sulawesi

Selatan.

Sumber-sumber antioksidan dikenal kaya akan turunan-turunan flavonoid (polifenol).

Polifenol antioksidan merupakan senyawa kimia yang secara alami ditemukan dalam tanaman.

Fungsinya adalah menangkap radikal bebas dan menetralisirnya. Untuk melakukan itu,

polifenol antioksidan tidak hanya mencegah radikal bebas menyebabkan kerusakan tetapi juga

mereparasi kerusakan yang terjadi. Propolis belakangan ini telah menjadi suplemen diet paling

penting sebagai senyawa antioksidan (Tatli Seven, 2008; Tatli Seven dkk., 2008; Tatli Seven

dkk., 2009; Seven dkk., 2011)

Hasil investigasi prapenelitian ekstrak propolis yang telah dilakukan penulis pada

propolis Yogyakarta (tahun 2015) menunjukkan bahwa ekstrak propolis lebah Apis

Mellifera sp mengandung antioksidan yang sangat kuat. Hasil uji DPPH menunjukkan

angka di bawah 50 (35,6 µg/ml) yang menunjukkan nilai karakteristik sangat kuat. Terhadap

uji kandungan flavonoidnya, propolis Yogyakarta mempunyai kadar 6,83 % b/b ; lebih

tinggi dibandingkan kandungan fenol yang sebesar 0,62 % b/b. Flavonoid yang terkandung

di dalamnya yang dominan adalah quarcetin, sedangkan crysin dalam jumlah yang kecil ;

sedangkan asam fenolatnya adalah jenis asam galat dengan jumlah yang kecil pula.

Flavonoid mempunyai struktur kimia dengan kerangka dasar C6 - C3 - C6. Setiap

bagian C6 merupakan cincin benzena yang dihubungkan dengan tiga atom karbon (C3) yang

43

merupakan rantai alifatis yang dapat pula membentuk cincin ketiga. Ketiga cincin tersebut

diberi tanda A, B, dan C untuk memudahkan dalam pembahasan. Atom karbon dinomori

menurut sistem penomoran yang menggunakan angka biasa untuk cincin A dan C, serta

angka beraksen untuk cincin B (gambar 2.9.) (Sabir, 2003 ; Kumar dan Pandey, 2013).

Penggolongan flavonoid berdasarkan pada perbedaan struktur kimianya, yaitu

perbedaan substituen cincin heterosiklik yang mengandung oksigen dan perbedaan distribusi

gugus hidroksil. Sebaliknya perbedaan oksigenasi pada atom C3 menentukan sifat, khasiat,

dan tipe atau golongan flavonoid. (Sabir, 2003 ; Kumar dan Pandey, 2013).

Menurut Gorecka dkk (2014), komponen yang paling penting dalam propolis

Polandia dalam hal kuantitas dan jenisnya adalah polifenol, termasuk asam fenolat dan

flavonoid; demikian pula pada propolis Yogyakarta. Senyawa-senyawa ini memiliki sifat

antioksidatif kuat dan aktivitas biologis tinggi. Aktivitas antioksidatif dari polifenol

tergantung pada strukturnya. Sifat antioksidan flanonoid yang paling kuat menurut Gorecka,

ditunjukkan oleh flavon-3-ol (seperti quercetin, myrycetin, morin), flavvan-3-ol – katechin

(seperti epikatechin gallat, epigallokatechin gallat, epigallokatechin, katechin), dan

antosianidin (sianidin).

(a) (b).

Gambar 2.9. (a). Struktur umum golongan flavonoid, (b). Struktur Quercetin,

salah satu contoh flavonoid pada propolis (Sabir, 2003; Pandey, 2013)

44

2.12.3. Flavonoid sebagai Antioksidan

Efek flavonoid terhadap ROS terjadi melalui dua mekanisme. Mekanisme langsung

dengan menangkap (menetralisir) radikal bebas dan dengan menghambat radikal bebas .

Adapun mekanisme tidak langsung dengan cara meningkatkan antioksidan endogen seperti

antioksidan enzimatik Sodiun Dismutase (SOD), Catalase (CAT), Gluthahion Peroksidase

(GSH-PX). Flavonoid mempunyai gugus aktif berfungsi sebagai penangkap dan

penghambat reaksi radikal bebas. Gugus aktif tersebut adalah gugus-gugus –OH dan ikatan

rangkap dua >C=C< karena gugus-gugus ini dapat memberikan 1 molekul hidrogennya

sehingga ROS menjadi stabil dan terbentuk radikal bebas baru yang kurang reaktif.

Sebagai antioksidan, flavonoid mempunyai dua fungsi mekanisme kerja. Pertama :

sebagai pemberi atom hidrogen. Antioksidan (AH) yang mempunyai fungsi utama tersebut

sering disebut sebagai antioksidan primer. Senyawa ini dapat memberikan atom hidrogen

secara cepat ke radikal lipid (R•, ROO•) atau mengubahnya ke bentuk lebih stabil, sementara

turunan radikal antioksidan (A•) tersebut memiliki keadaan lebih stabil dibandingkan radikal

lipid. Kedua : merupakan fungsi sekunder antioksidan, yaitu memperlambat laju

autooksidasi dengan berbagai mekanisme di luar mekanisme pemutusan rantai autooksidasi

dengan pengubahan radikal lipid ke bentuk lebih stabil. Penambahan antioksidan (AH)

primer dengan konsentrasi rendah pada lipid dapat menghambat atau mencegah reaksi

autooksidasi lemak dan minyak. Penambahan tersebut dapat menghalangi reaksi oksidasi

pada tahap inisiasi maupun propagasi (gambar 2.10. ) Radikal-radikal antioksidan (A•) yang

terbentuk pada reaksi tersebut relatif stabil dan tidak mempunyai cukup energi untuk dapat

bereaksi dengan molekul lipid lain membentuk radikal lipid baru. (Simanjuntak, 2012).

Inisiasi : R• + AH ———-> RH + A•

Radikal lipid

45

Propagasi : ROO• + AH ——-> ROOH + A•

Gambar 2.10. Hambatan antioksidan primer terhadap radikal lipid (Simanjuntak,

2012)

Menurut Akhlaghi dan Brian ( 2009), flavonoid dapat memberikan efek antioksidan

dengan cara mencegah terbentuknya ROS, langsung menangkap ROS, melindungi

antioksidan lipofilik, dan merangsang terjadinya peningkatan antioksidan enzimatik;

digambarkan dalam diagram seperti berikut (gambar 2.11.).

Gambar 2.11. Mekanisme pengaruh flavonoid terhadap ROS menurut Akhlaghi dan

Brian (2009)

Senyawa-senyawa polifenol seperti flavonoid, poliena dan senyawa yang banyak

mengandung gugus -OH ini adalah multifungsional dan dapat bereaksi dengan radikal bebas

sebagai: (a) pereduksi, (b) penangkap radikal bebas, (c) pengkelat logam, dan (d) peredam

terbentuknya singlet oksigen (Birt,dkk. 2001 ; Akhlaghi dan Brian, 2009 ; Kumar dan

Pandey, 2013). Selain itu dapat menginhibisi aktivitas enzim sehingga menghambat

kemunculan bentuk oksigen reaktif (ROS). Senyawa-senyawa polifenol memiliki

kemampuan untuk menghambat aktivitas enzim yang berpartisipasi dalam pembentukan

bentuk oksigen reaktif ; seperti mengurangi aktivitas xantin oksidase, sebuah oksidase

46

NADPH tereduksi, yang bertanggung jawab untuk kemunculan radikal anion superoksida ;

juga menghambat enzim protein kinase C, asam askorbat oksidase, siklooksigenase (COX-1

dan COX-2), lipoksigenase (5-LOX, 12-LOX, 15-LOX), Na+/K+ ATPase, dan cAMP

fosfodiesterase. (Gorecka dkk., 2014)

Banyak senyawa flavonoid yang efektif mengikat ion-ion logam transisi, terutama

besi dan tembaga; dimana selain melakukan fungsi fisiologis dalam tubuh organisme juga

memiliki peran penting dalam metabolisme oksigen. Flavonoid mengkatalisis reduksi H2O2

selama radikal hidroksil yang sangat reaktif OHo dihasilkan. Dalam reaksi Fenton, yang

merupakan sumber RFT penting jika ada banyak ion besi atau tembaga, flavonoid dengan

unit 4-okso, unit katekol dan gugus hidroksil pada posisi C-3 dan C-5 merupakan yang paling

reaktif. (Gorecka dkk., 2014)

Flavonoid menangkap secara langsung ROS superoksida dan peroksinitrit. Dengan

penangkapan superoksida, dapat meningkatkan bioavailabilitas NO dan menghambat

pembentukan peroksinitrit ; atau flavonoid secara langsung dapat menangkap peroksinitrit

yang merusak vacorelaxation endotelium dan mengganggu endotelium, sehingga akhirnya

menyebabkan sirkulasi darah yang lebih baik seperti pada gambar 2.12. (Akhlaghi dan Brian,

2009)

Gambar 2.12. Pengaruh flavonoid terhadap radikal NO• (Akhlaghi,dan Brian,

2009)

47

Pengaruh flavonoid pada endotelium tergantung pada vasorelaxation, dimana

flavonoid akan menangkap O2• sehingga terjadi peningkatan sitosolik Ca2+ yang berperan

sebagai kofaktor untuk aktivasi eNOS atau peningkatan eNOS. Selain itu, penangkapan

peroksida dalam cairan interstisial, flavonoid akan melindungi NO• dan menghambat

phosphodiesterases (PDE) serta menurunkan Ca2+ dalam sel otot polos, hal ini meyebabkan

terjadinya peristiwa relaksasi (Akhlaghi, dan Brian., 2009) seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.13. Pengaruh flavonoid pada radikal superoksida (Akhlaghi dan

Brian,2009)

2.12.4. Flavonoid sebagai Antiinflamasi

Aktivitas antiinflamatori dari asam fenolat dan flavonoid propolis, menurut Gorecka

dkk (2014), adalah akibat dari sifat-sifat antioksidatifnya. Ketika membandingkan struktur

kimiawi flavonoid yang memiliki aktivitas antiinflamasi, telah ditemukan bahwa sifat-sifat

ini ditentukan oleh gugus hidroksil C-3’ dan C-4’ dalam cincin B, yang tidak bisa lebih dari

dua. Selanjutnya, bahwa aktivitas antiinflamatori terkait dengan penurunan sintesis

prostaglandin E2 (PGE2), tromboksan A2, leukotrien B4 dan NO (oksidat nitrat II), yang

48

berpartisipasi dalam reaksi-reaksi inflamasi. Ini adalah efek inhibisi sistem transformasi asam

arakidonat, akibat penghambatan pengaruh terhadap fosfolipase A2, lipoksigenase (5-, 12-

15-), siklooksigenase (COX-2) serta oksida nitrat sintase (iNOS). Aktivitas ini sebanding

dengan kerja analgesik dari indometasin.

Karena kandungan senyawa polifenolnya yang tinggi, propolis memiliki aktivitas

antiinflamasi baik pada proses inflamasi akut maupun kronis. Propolis memiliki efek

signifikan terhadap jalur metabolik asam arakidonat. Dalam beberapa penelitian

eksperimental, aktifitas inhibisi dari ekstrak propolis terhadap siklooksigenase COX-1, COX-

2 dan aktifitas lipoksigenase telah dilaporkan. Efek aktivitas ekstrak propolis adalah adanya

perubahan konsentrasi prostaglandin E2 dan leukotriena. Aktivitas inhibisi kuat dari ester

fenetil asam kafeat (CAPE) terhadap enzim saluran metabolik asam arakidonat dan efek

galangin lemah terhadap aktivitas siklooksigenase telah dilaporkan.

Interleukin IL-1β memiliki dampak besar terhadap kemunculan dan penyebaran

reaksi inflamasi. Pengaruh inhibisi propolis terhadap sintesisnya melalui inhibisi mRNA IL-

1β dan ekspresi NO sintase telah dilaporkan. Chrysin, kaempferol, quersetin dan galangin

yang terdapat dalam propolis mempengaruhi ekspresi mRNA – aktifitas terbesar telah

ditemukan untuk quersetin.

Propolis juga mempengaruhi metabolisme tulang (Amany dkk, 2008). Dalam

penelitian tersebut propolis digunakan secara oral dan ditemukan memiliki sifat protektif

yang sama seperti produk-produk alam terhadap efek obat antiepilepsi valproat terhadap

petanda-petanda imunologis pembentukan tulang pada pengerat. Propolis meningkatkan

petanda-petanda pembentukan tulang dan mengurangi resorpsi tulang. Ia juga meningkatkan

osteoprotegrin dan menurunkan TNF-α dan ligan NF κ-B yang menghambat

49

osteoklastogenesis. Para peneliti merekomendasikan penggunaan propolis sebagai sebuah

terapi profilaksis untuk pasien-pasien epilepsi dengan menggunakan valproat terhadap efek

samping valproat pada tulang.

Hambatan flavonoid terhadap NF-κB dapat menurunkan/menghambat produksi IL

proinflamasi, COX2 sehingga menghambat reaksi inflamasi (Han dkk, 2007 ; Kang dkk,

2009). Selama rangsangan inflamasi, translokasi NF-κB dari sitosol ke dalam inti sel

menginduksi ekspresi sejumlah besar gen yang terlibat dalam inflamasi (IL-1, IL-6, TNF-α)

molekul adhesi, protein fase akut, serta enzim seperti nitric oxide syntrthase (NOS).

Sitokin proinflamasi dan mediator inflamasi merangsang peningkatan produksi COX2 dalam

makrofag dan sel endotel yang memberikan kontribusi edema dan vasodilatasi pada sisi

inflamasi (Prasetyo, 2013)

2.13. Flavonoid Menurunkan Kadar IL-1, Menaikkan Kadar VEGF, Meningkatkan

Osteoblas dengan Menurunkan Kadar MDA Darah

Flavonoid yang terkandung dalam propolis secara umum di antaranya adalah

quersetin. Quersetin mempunyai aktifitas antiinflamasi dan penghambatan aktivasi nuclear

factor-kappa B (NF-κB); yaitu suatu kompleks faktor transkripsi yang sangat berperan dalam

gen proinflamasi. Inflamasi sebagai hasil NF-κB, akan melepaskan mediator sekunder faktor

lipid dan ROS yang selanjutnya akan memperkuat inflamasi yang terjadi sehingga inflamasi

menjadi semakin parah. (Ang dkk, 2009 ; Rohman dkk, 2006 ; Prasetyo dkk, 2013)

Pada OTM dengan peningkatan jumlah ROS dan faktor lipid, secara otomatis

meningkatkan pula jumlah aktivasi NF-κB, akan menginduksi sejumlah gen inflamasi yang

lainnya seperti molekul sitokin dan kemokin seperti IL-1, IL-2, IL-6, IL-9, TNF-α, TNF-β ;

50

molekul adesi seperti ICAM-1, VCAM-1, P selectin. Selama terjadinya rangsangan inflamasi,

terjadi translokasi NF-κB dari sitosol ke dalam inti sel menginduksi ekspresi sejumlah besar

gen yang terlibat dalam inflamasi (Liu dan Malik, 2006); sehingga jumlah IL-1 pada kondisi

peradangan akut akan meningkat. Sejumlah penelitian yang telah lalu membuktikan bahwa

propolis dapat menurunkan atau menghambat terjadinya inflamasi. (Liu dan Malik, 2006;

Rohman dkk, 2006 ; Ang dkk, 2009)

CAPE (cafeid acid phenytel ester) sangat penting untuk aktivitas antiinflamasi

propolis. Karena turunan-turunan CAPE lebih bersifat lipofilik, sehingga dengan mudah

memfasilitasi masuknya ke dalam sel (Michaluart dkk, 1999). Telah dilaporkan oleh

Michaluart dkk. (1999) bahwa CAPE memiliki aktivitas antiinflamatori dengan menghambat

pelepasan asam arakidonat dari membran sel, dengan menekan aktivitas enzim COX-1 dan

COX-2, dan dengan menghambat aktivasi ekspresi gen COX-2. Propolis dengan CAPE dan

CAPE menghasilkan inhibisi signifikan volume eksudat dan migrasi leukosit yang diinduksi

oleh injeksi karaginin ke dalam kavitas (Borrelli dkk, 2002). Lebih lanjut, aktivitas inflamasi

yang diamati dari propolis tampak disebabkan oleh keberadaan flavonoid, khususnya

galangin. Bahkan, flavonoid ini telah terbukti menghambat COX dan aktivitas lipooksigenase,

menurunkan pelepasan prostaglandin E-2 dan ekspresi isoform COX-2 (Gabor dan Razga,

1991; Raso dkk, 2001).

Prasetyo dkk. (2013) meneliti bahwa propolis menurunkan inflamasi dan kadar MDA

pada tikus sepsis. Propolis mempunyai efek antiinflamasi dan antioksidan, dan kemampuan

menghambat produksi NF-κB. Peningkatan ROS pada keadaan sepsis dicegah oleh

antioksidan dengan indikasi penurunan kadar MDA. CAFE dalam propolis secara efektif

dapat menekan aktivitas NF-κB.

51

Wu dkk. (2013) melaporkan propolis hijau Brazilian mempunyai keterlibatan

perlindungan terhadap hipoksia inflamasi saraf. Kemampuan sebagai antioksidan adalah

sebagai reduksi stres oksidatif dan reduksi jalur NF-κB dependen pada mikroglia.

Simanjuntak (2012) menyatakan bahwa zat bioaktif quersetin dan rutin menurunkan aktivitas

xantin oksidase, enzim penghasil radikal bebas sehingga menurunkan kerusakan setelah

reperfusi iskemi dengan induksi aktivitas nitrit oksida sintetase. Propolis Yogyakarta pada

studi awal penelitian menunjukkan banyak kandungan quersetin dan adanya rutin.

Menurut Gorecka (2012), turunan dihidroksi asam benzoat polifenol, menunjukkan

sifat-sifat antioksidatif paling kuat apabila gugus-gugus hidroksil terdapat pada posisi 3 dan

5. Di antara turunan asam benzoat, asam galat mengandung tiga gugus hidroksil pada posisi

3, 4, dan 5, ditandai dengan sifat-sifat antioksidatif yang sangat baik. Esterifikasi gugus

karboksil pada asam galat mengurangi kemampuan antioksidannya. Pada studi awal

penelitian menunjukkan propolis Yogyakarta mengandung asam galat.

Sifat antioksidatif polifenol propolis yang paling kuat menurut Gorecka (2012),

ditunjukkan oleh flavon-3-ol seperti quercetin. Sifat-sifat antioksidan yang kuat dan efektif

dari flavonoid dihasilkan dari unsur dalam strukturnya seperti, (1) Gugus orto-dihidroksi

(katekol) pada cincin B, yang menunjukkan kemampuan signifikan untuk mengikat oksigen

(ROS) dan radikal nitrogen (RNS) dan memastikan stabilitas tinggi radikal fenoksil yang

dihasilkan. Gugus hidroksil pada cincin B adalah donor elektron dan nitrogen untuk radikal,

(2) Ikatan rangkap antara karbon C-2 dan C-3 dan keberadaan gugus 4-okso pada cincin C

adalah penyebab dislokasi sebuah elektron dalam cincin B. Sifat-sifat antioksidatif dihasilkan

oleh dislokasi sebueh elektron unit aromatik. Selama reaksi senyawa dengan radikal bebas,

radikal fenoksil dihasilkan dan distabilkan dengan efek resonansi cincin aromatik, (3) Gugus

52

hidroksil dekat karbon C-3 dan C-5 dengan adanya gugus 4-okso pada cincin A dan C

menghasilkan efek pengikatan radikal bebas yang maksimum. Selanjutnya, aktivitas

antioksidan dari asam fenolat menurut Gorecka terdiri dari pengikatan radikal bebas

(superoksida, hidroksil, dan hidroksil superoksida), mengikat ion-ion logam (besi, tembaga),

serta mengubah aktivitas enzim-enzim dengan menghambat oksidase.

Propolis menurut penelitian bermanfaat untuk kesehatan tulang; sebagai antioksidan,

antiinflamasi dan merangsang angiogenesis. (Banskota dkk, 2000 ; Onlen dkk, 2007 ; Amany

dkk, 2008 ; Seven dkk, 2009; Guney dkk, 2011). Faktor angiogenesis penting untuk

terjadinya osteogenesis (Nayak dkk, 2013). Faktor kemokin, sitokin, faktor pertumbuhan

seperti VEGF adalah molekul utama yang terlibat dalam sel tulang, pada aktivasi, proliferasi,

diferensiasi dan kelangsungan hidup ; mulai menstimulasi PDL, sel tulang mengatur

inflamasi diikuti resorpsi tulang, dan osteoklastogenesis OTM pada daerah tekanan dan

regangan. (Nayak dkk, 2013 ; Andrade dkk, 2014)

Menurut Nayak (2013), iskemia dan hipoksia terjadi pada sisi tekanan OTM sebagai

akibat dari penurunan suplai darah. Hipoxia Inducible Factor-1 (HIF-1) menghambat

signaling Wnt pada osteoblas, sehingga menghambat diferensiasi osteoblas karena signaling

Wnt bertanggung jawab untuk diferensiasi osteoblas. MEPE yang dihasilkan oleh osteoblas

terlibat dalam pengenalan integrin. Integrin memegang peran penting dalam mekanisme

signaling sel. Sel-sel epitelium menghasilkan integrin, sitokin, VEGF. Integrin juga

dihasilkan oleh osteoblas. VEGF dihasilkan oleh sel-sel endotelial vaskuler, osteoblas,

osteoklas dan fibroblas.

VEGF secara langsung mempromosikan diferensiasi osteoblas manusia primer in

vitro dengan meningkatkan pembentukan nodul dan aktivitas alkalin fosfatase dengan cara

53

tergantung dosis. Juga dilaporkan bahwa VEGF diekspresikan dengan kadar rendah pada

awal diferensiasi osteoblas dan ekspresinya meningkat tajam hanya selama diferensiasi

terminal dan mencapai ekspresi maksimum selama periode mineralisasi. Dengan demikian,

VEGF memegang peran esensial dalam regulasi penataanulang tulang dengan menstimulasi

diferensiasi osteoblas. (Yang dkk, 2012)