adln- perpustakaan universitas airlangga 11 bab...

11

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Macam infeksi Endodontik (Torabinejad and Walton,2009):

Infeksi Endodontik dapat diklasifikasikan berdasarkan lokasi

anatomi (intra radikuler atau ekstra radikuler). Infeksi Intra radikuler

dibagi menjadi 3 kategori yaitu : infeksi primer, sekunder dan persisten,

tergantung pada saat mikroorganisme berada dalam saluran akar.

Komposisi mikrobiota bervariasi tergantung jenis infeksi dan perbedaan

jenis periodontitis apikal.

2.1.1 Infeksi Intra radikuler

Mikroorganisma yang berkolonisasi pada sistem saluran akar

menyebabkan infeksi intraradikuler diklasifikasikan sebagai infeksi

primer, sekunder dan persisten.

2.1.1.1 Infeksi intra radikuler primer

Mikroorganisme yang berinvasi dan berkolonisasi pada jaringan

pulpa nekrotik menyebabkan infeksi intra radikuler primer. Dikenal

sebagai infeksi awal atau virgin infection. Terdiri dari 10-30 spesies

bakteri per saluran akar (Siqueira and Rocas, 2005 : Vianna et al., 2006).

Keterlibatan mikroorganisme pada tahap awal invasi pulpa akan

memuncak pada saat inflamasi dan pada akhirnya terjadi nekrosis. Gambar

2.1 adalah gambar berbagai cara masuk bakteri ke dalam pulpa gigi.

ADLN- PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA

DISERTASI MEKANISME IMUNOPATOBIOLOGI ..... TAMARA YUANITA

12

Ada beberapa cara masuk bakteri ke dalam saluran akar dan

jaringan periapikal yaitu melalui dentin yang terbuka, karies gigi, dentin

yang retak, celah antara restorasi dan gigi, periodontal attachmen loss dan

sisa bakteri pada daerah apikal saluran akar (gambar 2.1)

Gambar 2.1 : Cara masuk bakteri,(A) Dapat mengakibatkan infeksi penyakit pulpa dan periapikal. (B) Periodontitis apikalis kronis terjadi melalui dentin yang retak. (C) Infeksi saluran akar persisten (Love and Jenkinson,2002).



13

2.1.1.2 Infeksi intra radikuler sekunder

Mikroorganisme yang tidak terdapat pada infeksi primer, tetapi

dapat masuk ke dalam saluran akar melalui perantara seorang dokter gigi

yang melakukan perawatan saluran akar, sehingga dapat menimbulkan

infeksi intra radikuler sekunder. Jalan masuk mokroorganisme dapat

selama dilakukan perawatan saluran akar, antar kunjungan pasien bahkan

dapat setelah pengisian saluran akar. Spesies yang terlibat dapat

mikroorganisme oral atau non oral tergantung penyebab infeksinya.

Penyebab utama masuknya mikroba dalam saluran akar termasuk

sisa-sisa plak gigi, kalkulus atau karies pada mahkota gigi, kebocoran

isolator karet atau kontaminasi instrumen perawatan saluran akar,

mikroorganisma yang masuk ke dalam sistem saluran akar antar perawatan

karena adanya kebocoran tumpatan sementara, fraktur struktur gigi atau

gigi yang sengaja dibuka saat drainase saluran akar. Mikroorganisma yang

memasuki sistem saluran akar setelah pengisian (obturasi saluran akar),

dapat disebabkan karena terdapatnya kebocoran pada tumpatan sementara

atau tumpatan tetap, fraktur struktur gigi atau terlalu lamanya jangka

waktu antara selesainya perawatan saluran akar dengan pembuatan

restorasi tetap.

2.1.1.3 Infeksi Intra radikuler persisten

Mikroorganisme yang resisten pada prosedur antimikroba saluran

akar dan tahan dalam jangka waktu yang lama dalam keterbatasan nutrisi

dalam saluran akar dapat menyebabkan infeksi intra radikuler persisten.



14

Dikenal sebagai infeksi recurrent (berulang atau kambuh).

Mikroorganisma yang terlibat merupakan sisa infeksi primer atau

sekunder. Mikrobiota yang terlibat pada infeksi persisten biasanya terdiri

dari lebih sedikit spesies dibanding infeksi primer, biasanya merupakan

bakteri Gram positif fakultatif atau bakteri anaerob yang merupakan

predominan.

Infeksi sekunder atau persisten, pada kondisi klinik tidak dapat

dibedakan, memberikan reaksi pada beberapa problem klinik termasuk

eksudat yang persisten dan simptom yang persisten, kekambuhan antar

kunjungan dan kegagalan perawatan saluran akar yang digambarkan

sebagai lesi periodontitis apikal setelah perawatan saluran akar. Gambar

berikut ini menunjukkan proporsi mikroorganisma yang diisolasi dari gigi

dengan nekrosis pulpa yang tidak dirawat, gigi yang sedang dalam

perawatan saluran akar dan gigi yang telah dirawat yang mengalami

periodontitis apikalis, seperti tampak pada gambar 2.2

Gambar 2.2 menunjukkan bahwa pada saluran akar yang belum

dirawat, terdapat satu sampai dua belas spesies yang dapat diisolasi pada

tiap gigi, bakteri yang dominan adalah Gram negative rods sedangkan

bakteri anaerob fakultatif terdapat dalam jumlah sedikit. Jumlah spesies

bakteri saat dilakukan perawatan saluran akar terdiri dari satu sampai lima

spesies dan bakteri Gram negative rods berkurang jumlahnya. Setelah

dilakukan perawatan saluran akar ditemukan hanya satu sampai tiga

spesies per kasus. Spesies yang sering ditemukan pada saluran akar gigi



15

yang telah dirawat adalah bakteri E faecalis yang merupakan bakteri Gram

positif fakultatif anaeob (seperti terlihat pada gambar 2.2)

Gambar 2.2 : Gambar proporsi mikroorganisme pada saluran akar yang belum dirawat, sedang dalam perawatan dan setelah perawatan saluran akar (Chaves,2004).

2.1.2 Infeksi Ekstra radikuler

Infeksi ekstra radikuler disebabkan oleh invasi mikroba dan

proliferasinya pada jaringan periradikuler yang terinflamasi yang hampir

seluruhnya merupakan akibat infeksi intra radikuler misalnya apikal abses

akut, dikenal sebagai kasus endo-perio (Torabinejad and Walton, 2009).



16

2.2 Keradangan jaringan pulpa dan periapikal

Inflamasi merupakan mekanisme penting yang diperlukan tubuh

untuk mempertahankan diri dari bahaya seperti kerusakan jaringan. Iritasi

terhadap jaringan pulpa dapat disebabkan berbagai hal antara lain adalah

mikroorganisme yang dapat mengakibatkan respon tubuh, pada jaringan

pulpa dikenal sebagai pulpitis atau inflamasi jaringan pulpa.

Pulpitis merupakan respon protektif yang sangat diperlukan untuk

mengembalikan pada keadaan sebelum dan sesudah trauma untuk

memperbaiki diri. Respon inflamasi pulpitis sangat tergantung pada

pembuluh darah dan cairan yang beredar dalam pembuluh darah. Apabila

tubuh berhasil mempertahankan homeostasis dan pengaruh yang

merugikan, akan terjadi perbaikan jaringan yang rusak. Keadaan ini

dikenal sebagai Pulpitis Reversibel. Tetapi bila iritan/mikroba berjalan

terus atau intensitasnya meningkat, maka akan terjadi inflamasi pulpa yang

parah atau dikenal sebagai Pulpitis Ireversibel yang kemudian dapat

menyebabkan kematian jaringan pulpa dan dapat berlanjut pada

keradangan di daerah periapikal (Torneck and Torabinejad 1998;

Trownbridge,2002).

2.3 Klasifikasi Lesi Periapikal

Lesi periapikal dapat diklasifikasikan brdasarkan temuan klinis dan

histologis. Sama dengan penyakit pulpa, terjadi korelasi antara gejala

klinis dengan simptom dan durasi lesi dibandingkan dengan gambaran

histologis. Berdasarkan hal tersebut maka lesi periapikal diklasifikasikan



17

menjadi enam kelompok yaitu : jaringan periapikal normal, periodontitis

apikalis simptomatik (akut), periodontitis apikalis asimptomatik (kronis),

condensing osteitis, abses apikal akut dan abses apikal kronis (Torabinejad

and Walton,2009).

Lesi dapat dihubungkan dengan simptom seperti rasa sakit atau

tidak nyaman digolongkan sebagai keadaan akut (simptomatik), sedangkan

gejala ringan atau tidak ada simptom diidentifikasi sebagai kronis

(asimptomatik). Periodontitis Apikalis dapat juga terjadi sebagai akibat

dari infeksi sekunder pada prosedur perawatan saluran akar, hal ini

diakibatkan karena kurangnya kontrol infeksi pada saat dilakukan

perawatan sehingga terjadi reinfeksi pada sistem saluran akar akibat

obturasi yang tidak hermetis atau pembuatan restorasi gigi yang tidak

adekwat sehingga terjadi kebocoran yang dapat dimasuki bakteri

(Bergenholtz et al,2010).

2.4 Periodontitis Apikalis

Periodontitis apikalis merupakan lanjutan dari infeksi saluran akar,

berasal dari infeksi saluran akar yang terus berlanjut sehingga mencapai

daerah periapikal, merupakan kemampuan respon pertahanan tubuh

terhadap mikroba yang berasal dari saluran akar. Proses keradangan adalah

suatu proses perlawanan dinamis terhadap mikroba dan merupakan suatu

pertahanan tubuh pada daerah periapikal. Proses tersebut menghasilkan

inflamasi lokal, resorbsi jaringan tulang serta kerusakan pada jaringan



18

peripikal dan pada akhirnya terjadi kelainan pada jaringan periapikal

(Nair,2004).

Periodontitis apikalis merupakan suatu reaksi inflamasi pada jaringan

yang mengelilingi apikal akar gigi, diklasifikasikan sebagai periodontitis

simptomatik (akut) dan asimptomatik (kronis) yang digunakan untuk

mengindentifikasi lesi dengan /tanpa gejala klinik seperti rasa sakit yang

ringan sampai berat atau rasa tidak nyaman, secara histologis diistilahkan

sebagai granuloma apikal. Istilah lain yang sering digunakan untuk

menyebutkan lokasi dari proses pada atau dekat dengan ujung akar adalah

Apikal, Periapikal atau Periradikuler (Bergenholtz et al,2010).

Granuloma periapikal merupakan suatu Asymptomatic Apical

Periodontitis (AAP) yang merupakan suatu lesi inflamasi periapikal yang

berjalan dalam waktu yang lama dengan resorpsi tulang periapikal yang

terlihat pada gambaran radiografinya serta gejala klinis minimal atau tidak

ada gejala klinik (Ingle et al., 2008). Secara histologis lesi AAP

diklasifikasikan sebagai granuloma atau kista. Granuloma periapikal

merupakan jaringan granulasi yang terdiri dari sel mast, makrofag, sel

plasma, lekosit PMN, sel raksasa berinti banyak dan sering ditemukan

epitel (Torabinejad and Walton,2009). Perubahan histologis pada jaringan

periapikal oleh invasi bakteri ditandai dengan adanya jaringan granulasi

yang berisikan limfosit, sel plasma, netrofil dan elemen fibrovaskular

dalam jumlah yang bervariasi. Pada saat bersamaan akan terjadi kerusakan

jaringan periapikal dan resorpsi tulang (Radics,2004).



19

Granuloma periapikal terdiri dari jaringan granulasi yang dikelilingi

oleh dinding sel berupa jaringan ikat fibrosa. Terlihat keberadaan limfosit,

sel plasma, neutrofil, histiosit dan eosinofil serta sel epithelial rest of

Mallasesses (Garcia et al., 2007). Mekanisme kejadian granuloma

periapikal melalui gigi karies adalah sebagai berikut : pada awalnya

bakteri masuk melalui karies gigi kemudian pada akhirnya masuk melalui

saluran akar dan foramen apikal menuju daerah periapikal gigi. Bakteri

yang sampai pada jaringan periapikal akan ditangkap dan dihancurkan

oleh histiosit. Keberadaan bakteri yang merupakan patogen memicu

perkembangan histiosit menjadi makrophag (angry macrophage) dan APC

(Antigen precenting cell) yang mendorong kejadian granuloma. Di sisi lain

histiosit berkembang menjadi fagosit sehingga tidak terjadi granuloma

(Cilmiaty,2010).

2.5 Perawatan saluran akar gigi

Perawatan saluran akar merupakan bagian dari perawatan

endodontik yaitu perawatan yang dilakukan pada gigi yang mengalami

infeksi atau nekrosis pada jaringan pulpanya sehingga tetap berfungsi di

dalam lengkung gigi (Ingle et al.,2008). Tidak semua kasus dapat

diindikasikan untuk dilakukan perawatan saluran akar, oleh karena itu

perawatan saluran akar memerlukan seleksi kasus yang tepat. Perawatan

saluran akar dapat dibagi dalam tiga tahap yaitu : preparasi biomekanik,

disinfeksi dan obturasi saluran akar (Grossman et al.,1988).



20

Preparasi biomekanik saluran akar merupakan tindakan penting

untuk membersihkan iritan yang terdapat di dalam saluran akar

(Torabinejad and Walton, 2009). Pembersihan saluran akar adalah

tindakan untuk mengeluarkan seluruh jaringan pulpa yang terinfeksi baik

dalam kondisi vital maupun non vital serta mikroorganisme dari dalam

saluran akar (Cohen and Burns,2002). Selama melakukan tindakan

preparasi saluran akar harus selalu disertai tindakan irigasi dengan

menggunakan bahan irigasi untuk mengeluarkan sisa jaringan dan debris

dari dari dalam saluran akar. Bahan irigasi yang sering digunakan dalam

perawatan saluran akar antara lain adalah : Sodium hipoklorit dengan

konsentrasi 0,5% sampai 5,25%, Hidrogen peroksida 3% dan chelating

agent (EDTA) 15%.

Saluran akar dibentuk untuk mempersiapkan pengisian saluran akar

yang hermetis (hermetic seal) di bagian apikal dan lateral saluran akar, hal

ini untuk mencegah kebocoran dari bakteri maupun cairan jaringan agar

tidak terjadi infeksi ulang atau re-infeksi. Tujuan preparasi biomekanik

adalah untuk memudahkan sterilisasi dan pengisian saluran akar (Ingle et

al., 2008

2.6 Mikroorganisma pada jaringan periapikal akar gigi

Craig (2004) mengatakan bahwa pulpa gigi dan jaringan periapikal

normal dalam keadaan steril. Infeksi Endodontik terjadi ketika terjadi

invasi mikroorganisme dan multiplikasinya di dalam ruang pulpa atau

jaringan periapikal. Pemeriksaan menggunakan PCR mengungkapkan



21

bahwa infeksi primer dalam saluran akar terkarakterisasi sebagai

campuran yang terdiri dari 10-30 spesies tiap saluran akar (Siqueira and

Rocas,2005) dan pada infeksi primer menunjukkan variasi antar individu

(Sakamoto et al.,2006; Machado de Oliveira et al.,2007).

Saluran akar yang telah dirawat tetapi mengalami periodontitis

apikal yang persisten, kebanyakan memperlihatkan adanya infeksi intra

radikuler (Sundqvist et al.,1998; Siqueira and Rocas.,2004).

Mikroorganisma yang berada pada saluran akar yang telah dirawat, dapat

mempertahankan kehidupannya dari pengaruh bahan disinfeksi saluran

akar sehingga tetap berada dalam saluran akar pada saat tahap pengisian

saluran akar (infeksi intra radikuler persisten) atau terjadinya infeksi

setelah pengisian saluran akar yang disebabkan karena adanya kebocoran

bagian mahkota gigi (infeksi intra radikuler sekunder). Faktanya, terjadi

peningkatan resiko hasil perawatan yang gagal bila terdapat

mikroorganisme pada saluran akar saat dilakukan pengisian saluran akar

(Fabricius,2006). Sisa mikroorganisme yang dapat menyebabkan lesi

periodontitis apikal persisten disebabkan karena mikroorganisme

tersebut dapat beradaptasi pada lingkungan yang berubah karena

prosedur perawatan saluran akar, misalnya dalam kondisi nutrisi yang

terbatas, juga dapat bertahan hidup dari pengaruh bahan anti mikroba

bahan pengisi saluran akar, serta dapat mencukupi kebutuhan nutrisi

pada kondisi kritis sehingga dapat bertahan hidup dalam jangka waktu

lama kemudian akan menjadi penyebab inflamasi perirapikal

(Torabinejad and Walton,2009).



22

Pembentukan biofilm merupakan strategi mikroorganisme untuk

mempertahankan diri pada kondisi yang serba terbatas, E faecalis

mempunyai kemampuan untuk bertahan hidup pada lingkungan post

endodontic treatment. George (2005) membuktikan bahwa terjadi

peningkatan kalsium (Ca) struktur biofilm pada kondisi nutrisi yang

terbatas di lingkungan yang anaerob. Ketika bakteri membentuk biofilm,

proses genetik dan metabolik bakteri berubah menjadi kompleks, hal ini

dapat mencegah agent mikrobial untuk aktif bekerja. Resistensi terhadap

antibiotik dapat meningkat sampai 1500 kali dibanding ketika dalam

bentuk sel plankton. Lingkungan mikro saluran akar pada saat dilakukan

perawatan saluran akar akan menstimulasi terjadinya kalsifikasi biofilm

bakteri, dalam hal ini konsep biofilm bakteri merupakan keuntungan

tambahan yang dikaitkan dengan infeksi yang persisten.

Angka prevalensi bakteri E. faecalis pada pemeriksaan dengan

menggunakan teknik kultur, PCR dan qPCR cukup banyak ditemukan

pada perawatan saluran akar yang mengalami kegagalan perawatan yang

ditandai dengan adanya gambaran resorpsi di daerah periapikal gigi

seperti tampak pada gambar 2.3



23

Gambar 2.3 : Angka prevalensi bakteri Enterococcus faecalis pada gigi yang telah dilakukan perawatan saluran saluran akar tetapi mengalami Periodontitis Apikalis (Fouad, 2009).

Mikrobiota pada saluran akar yang telah dirawat dengan lesi

periodontitis apikalis yang persisten terdiri dari beberapa spesies yang

terbatas dibandingkan infeksi primer yaitu satu sampai tiga spesies tiap

saluran akar (Sundquist et al.,1998; Siqueira and Rocas, 2004). E. faecalis

adalah coccus Gram-positif fakultatif an-aerob yang seringkali ditemukan

pada saluran akar yang telah diirawat, dengan prevalensi berkisar antara

30% sampai 90% kasus (Sundquist et al.,1998; Siqueira and Rocas,2004).

E. faecalis dapat bertahan hidup pada saluran akar yang telah dirawat

termasuk resisten pada medikamen intra kanal dengan kemampuan

membentuk biofilm, invasi ke dalam tubuli dentin dan bertahan dalam

jangka waktu yang lama dari keterbatasan nutrisi (Distel et al.,2002;

Figdor et al., 2003).



24

2.7 Bakteri gram positif Enterococcus faecalis

Enterococcus faecalis adalah salah satu mikroorganisme yang

terdapat dalam saluran akar gigi. Bakteri Enterococcus merupakan bakteri

fakultatiif anaerob Gram positif berbentuk coccus, bersifat alkali dan resisten

pada pH 9,0-10,0. Pinheiro (2003) mengevaluasi gigi-gigi yang mengalami

kegagalan setelah dilakukan perawatan saluran akar, ternyata didapatkan 80%

adalah bakteri Gram positif dan 58% penyebab lainnya adalah mikroorganisme

fakultatif anaerob antara lain Enterococcus, Streptococcus, Peptostreptococcus

dan Actinomycetes. Enterococcus faecalis merupakan bakteri yang paling sering

ditemukan dan sebagai penyebab 85-90% infeksi Enterococcus (Nakajo,2004).

Enterococcus faecalis merupakan spesies yang paling sering diisolasi atau

dideteksi dalam lingkup infeksi rongga mulut termasuk periodontitis marginalis,

infeksi saluran akar gigi dan abses periapikal (Hancock,2001). Walaupun

terdapat dalam jumlah sedikit dari keseluruhan flora dari gigi yang nekrosis

tanpa dirawat, E. faecalis sering ditemukan dalam saluran akar yang telah

dilakukan pengisian saluran akar dengan gejala Periodontitis Apikalis Kronis

(Kayaoglu,2005). Penelitian menggunakan 16S r DNA-based endpoint PCR

melaporkan bahwa E. faecalis ditemukan sebanyak 77% sampel dari 22 kasus

perawatan saluran akar yang gagal yang akan dilakukan perawatan ulang atau

re-treatment. E. faecalis juga ditemukan sebanyak 67% dari 30 kasus yang

disertai infeksi endodontik yang persisten yang dikaitkan dengan pengisian

saluran akar (Leep and Bring,2004). E. faecalis dideteksi sebanyak 10,2%

dengan menggunakan kultur dan 79,5% dengan menggunakan PCR pada 88

sampel (Sedgley et al.,2006).



25

Mekanisme E. faecalis memasuki dan bertahan hidup pada sistem saluran

akar dalam jangka waktu yang lama tidak dimengerti dengan jelas walaupun E.

faecalis mampu survive dalam berbagai kondisi stress termasuk survive

intraselular pada makrophag (Gentry-Weeks et al.,1999), juga pada hospital

fabrics dan plastik (Neely and Malley, 2000).dan bertahan 4 bulan pada air

minum perkotaan / air keran (Figdor et al., 2003).

Penelitian in-vitro melaporkan bahwa E. faecalis dapat bertahan pada gigi

yang telah diobturasi selama 12 bulan seperti tampak pada gambar 2.4

Gambar 2.4 : Infeksi tubuli dentin oleh Enterococcus faecalis setelah inkubasi 48 jam (A dan B), setelah pengisian saluran akar (C) dan inkubasi setelah 12 bulan (D), (Sedgley et al., 2005).

E. faecalis kapabel memasuki dan recovering dari Viable but non

culturable (VBNC) status; suatu strategi survival bakteri ketika terkena stress

lingkungan (Lleo et al.,2000; Lleo et al.,2001). E. faecalis memproduksi

berbagai stress protein bila terkena lingkungan yang merugikan seperti sodium

hypoclorite (Laplace,1997). Juga pada garam, bile salt, asam dan panas



26

(Flahaut,1996), stress alkaline (Flahaut,1997), pada glucose starvation,

kenaikan temperatur dan air keran (Boutibones, 1993; Giard et al., 1997;

Caplaux, 2000; Giard et al., 2001). E. faecalis juga dapat bertahan hidup dalam

jangka waktu yang lama walau dalam kondisi nutrisi yang terbatas dan mampu

membentuk biofilm. Konsep Biofilm pada bakteri E faecalis dapat dikaitkan

dengan infeksi yang persisten. Salah satu kemampuan bakteri E faecalis untuk

menyebabkan penyakit yaitu dengan menghindari deteksi melalui konsep status

VBNC. Selain itu bakteri E faecalis juga mempunyai karakteristik Innate

alkalo-tolerant yang pada yang berkorelasi dengan keadaan klinik yaitu

menurunkan kemampuan dressing intra kanal Kalsium hidroksida. E faecalis

juga mempunyai sifat alkalo-tolerant yang dapat memompa proton sehingga

terjadi transportasi kation dan proton ke dalam sel untuk memelihara sitoplasma

pada keadaan pH netral (Chaves, 2004). Mengerti pola dan mekanisme pada

permulaan kolonisasi bakteri E faecalis pada tubuli dentin kemungkinan dapat

membantu untuk mengembangkan prosedur klinik yang lebih efektif untuk

manajemen dan eliminasi bakteri E faecalis. Gambar biofilm bakteri E faecalis

tampak pada gambar 2.5 dan 2.6

Gambar 2.5 : Gambaran biofilm E. faecalis



27

Gambar 2.5 : Gambaran biofilm E. faecalis pada dentin saluran akar. A. Pada nutrisi yang terbatas setelah 1 minggu, B. Setelah 4 minggu. C.Kondisi nutrisi yang kecukupan setelah 1 minggu dan D. Setelah 4 minggu. (Ingle et al., 2008).

Gambar 2.6 : A. Spesimen gigi yang diinkubasi dengan E. faecalis setelah 6 minggu. B dan C Gambar ultrastruktur biofilm E faecalis pada dentin saluran akar. D. Difraksi spektra biofilm. E. Disintegrasi permukaan dentin (Ingle et al.,2008).



28

Bakteri E faecalis juga mempunyai suatu Colagen-binding protein (Ace).

Ace dapat meningkatkan ikatan antara E faecalis dengan kolagen tipe 1.

Kolagen tipe 1 merupakan komponen organik utama dentin, yaitu sekitar 90%

bentuk organik. Colagen-binding protein bakteri E faecalis Ace merupakan

target matriks protein ekstraseluler sel host yang membantu melekatkan dengan

kolagen tipe 1 (Kowalski et al.,2006). Perlekatan merupakan suatu langkah

utama pada kolonisasi bakteri pada jaringan host. Untuk menjadi penyebab

infeksi saluran akar dan jaringan periapikal, pertama kali bakteri harus dapat

melekat pada dinding dentin saluran akar (Chivatxaranukul et al.,2008).

2.7.1 Lipoteichoic acid (LTA)

Lipoteichoic acid (LTA) merupakan unsur pokok utama dari outer

envelope bakteri Gram positif, LTA merupakan molekul amphipatic yang terdiri

dari hidrofilik dan hidrofobik constituents. Terdiri dari lipid moiety yang

dasarnya tertanam pada membran sitoplasma dan suatu teichoic acid moiety,

terdiri dari unit-unit phosphorylated glicerol atau ribitol, yang memberikan

bagian teichoic acid dari molekul suatu muatan negatif yang kuat.

Bakteri yang mengandung teichoic acid (LTA) yang merupakan bentuk-

bentuk deacylated misalnya karena mengandung lipid moiety LTA. LTA dan

TA (Teichoic Acid) berkonstribusi terhadap integritas struktural bakteri Gram

positif, tetapi juga penting pada patogenesis dan terimplikasi dalam proses-

proses adesi terhadap host dalam mempengaruhi immune surveillance. LTA dan

TA dapat disebarkan dari permukaan sel ke sekelilingnya. Hal tersebut dapat

menjadi suatu persoalan dari host karena seperti LPS, LTA dapat menstimulasi



29

bermacam-macam reaksi yang termasuk apoptosis (kematian sel yang

terprogram), meskipun toksisitas LTA pada umumnya jauh lebih kecil daripada

bakteri patogen Gram negatif (Cohen,2001; Myhre et al., 2006). LTA dapat

dikenali dari molekul signaling spesifik pada permukaan sel host yang disebut

Toll-like Receptors, menghasilkan stimulasi innate dan immune defensive.

Beberapa bakteri Gram positif dapat menghasilkan Teichuronic acid,

Teichuronic acid mempunyai struktur yang sama dengan TAs kecuali glycerol

atau ribitol phosphate backbone yang akan digantikan oleh backbone of

hexuronic acid, seperti glucoronic acid atau gula lainnya termasuk N-acetyl-

galactosamine. Organisma yang dapat menghasilkan teichoic dan teichuronic

acids, pada umumnya dalam kondisi pertumbuhan akan dapat menentukan

polimer mana yang akan mendominasi, dengan tersedianya phosphate pada

media pertumbuhan akan menimbulkan dampak yaitu bila phosphate

berlebihan, pembentukan TAs dibutuhkan karena TAs mengandung banyak

phosphate. Komponen LTA dan Peptidoglycan ditunjukkan pada Gambar 2.7

Gambar 2.7 : Lipoteichoic acid dan Peptidoglycan ( Lamont, 2006)..



30

2.7.2 Fungsi LTA

Satu kandidat untuk target terapi yang potensial adalah dinding sel yang

memiliki unsur pokok lipoteichoic acid. Telah dibuktikan bahwa LTA

berfungsi sangat penting untuk pertumbuhan dan survival sel bakteri Gram

positif (Grundling and Schneewind,2007). LTA merupakan suatu polimer unik

yang berpengaruh terhadap proses selular termasuk virulensi, pembentukan

biofilm, mempertahankan homeostasis kation, regulasi aktivitas autolisis,

sensitivitas terhadap radiasi ultraviolet, toleransi terhadap asam dan resistensi

terhadap antibiotik (Neuhaus and Baddiley,2003).

LTA dapat menginduksi proinflamatory mediators dan mengaktifkan

komplemen. LTA dapat mempengaruhi pelepasan IL-1, IL-6 dan NO oleh

monosit dan makrofag secara in-vitro (Van Amersfoort et al, 2003). Mempunyai

pengenalan yang spesiifik pada pattern-recognition receptors CD 14 dan Toll-

like Receptor 2 (TLR-2) yang mengakibatkan respon inflamasi (Cleveland et

al.,1996; Schwandner et al., 1999), dapat mengktivasi complement cascade

dapat terjadi oleh ikatan langsung LTA pada C1q yang merupakan

subkomponen dari C1 (Loos,1986) sehingga keadaan ini akan menyebabkan

kerusakan jaringan lokal pada daerah yang teraktivasi.

2.8 TLR pada innate immunity

Mamalia memiliki dua tipe imunitas untuk menyingkirkan patogen, yaitu

innate immunity dan adaptive immunity. Innate immunity berperan sebagai

sensor atau primer eliminasi patogen, adaptive immunity berperan menimbulkan

memori imunologis. Toll-like receptors adalah membran signaling receptor



31

yang berperan penting dalam pertahanan tubuh alami untuk melawan mikroba.

Fungsi tersebut sangat tergantung pada peran PRR (pattern recognition

receptors) untuk mengenali pathogen-associated molecular patterns (PAMPs)

yang spesifik pada tiap mikroba. PRR secara fungsional dapat diklasifikasikan

ke dalam 2 kelas, yaitu signaling dan non signaling PRR yang meliputi faktor

soluble dan faktor protein trans-membran (Carpenter and O Neill, 2007).

Signaling PRR terdiri dari protein trans-membran dan protein sitosolik.

Protein non signaling PRR trans-membran yang terkenal adalah TLRs yang

terdiri dari komponen ekstraseluler yang kaya leucine (terdiri dari 550 sampai

980 asam amino, mempunyai kapasitas mengikat ligan) dan komponen

intraseluler yang dikenal sebagai TIR (Toll/IL-1R-like) dengan panjang sekitar

200 asam amino yang berfungsi meneruskan sinyal untuk respon selanjutnya

(Kaisa and Akira, 2006). Sedangkan protein sitosolik dari signaling PRR

contohnya adalah nucleotide binding oligomerization domain (Nod) yang terdiri

dari Nod 1 dan Nod 2 (Kaisho and Akira.2006; Kawai and Akira,2006;

Underhill,2007).

TLR dibagi menjadi dua golongan menurut lokasinya yaitu yang terdapat

pada membran plasma dan yang terletak pada membran endosomal. TLR yang

terletak pada membran plasma adalah TLR-1,2,3,4,5 dan 6, sedangkan yang

terletak pada membran endosomal adalah TLR-7,8 dan 9. (Abbas and

Lihtman,2007). TLR pada umumnya bersifat homodimer tetapi TLR-2 dapat

berfungsi sebagai dimer dan dapat sebagai heterodimer dengan TLR-1 atau

TLR-6. Peptidoglycan (PGN) dan LTA dapat menginduksi TLR-2 dan

aktivasinya melalui Myd 88 (Myeloid differentiation protein 88), IRAK (IL-1



32

receptor–associated kinase). TRAF6 (TNF-Receptor Associated Factors-6) dan

IKK (I kappa B kinase) untuk menginduksi NF kappa B sinyal transduksi

(Wang, 2001). TLR merupakan bagian dari struktur umum dan komponen

sinyal yang menimbulkan aktivasi NF-kB. Berbagai literatur terkini

menunjukkan bahwa aktivasi NF-kB tidak seragam dan ligan TLR yang berbeda

dapat mencetuskan jalur ganda yang polanya dapat berbeda. Inhibitor TLR

dapat berupa molekul yang berbeda dan dapat mengintervensi tahap yang

berbeda pula.

2.9 Nuclear Factor-kappa B (NF-κB)

Nuclear Factor Kappa-light-chain-enhancer of activated B Cells (NF-κB)

adalah kompleks protein yang mengendalikan transkripsi DNA. NF-κB

ditemukan pada hampir seluruh jenis hewan dan terlibat dalam respon selular

terhadap rangsang seperti stress, sitokin, radikal bebas, radiasi ultra violet,

oksidasi LDL serta antigen bakteri atau virus (Tian and Brasier, 2003;Gilmore,

2006; Brasier,2006; Perkins, 2007).

Ada lima famili NF-κB pada mamalia (Gilmore,2006; Lorenzo et al.,2011) :

p50 yang diproses dari prekursornya p105, ditulis dalam kode NF-κB1

p52 yang diproses dari prekursornya p100, ditulis dalam kode NF-κB2

Rel A (juga dinamakan p65) ditulis dalam kode Rel A

Rel B ditulis dalam kode Rel B

c-Rel ditulis dalam kode REL

NF-κB yang pertama kali diidentifikasi adalah p50 (NF-κB1) dan p65

(Rel A), Bentuk paling aktif dan paling sering diketemukan pada NF-κB adalah



33

heterodimer dari p65 (Rel A) dan p50 (NF-κB1) dan heterodimer tersebut

merupakan bentuk klasik NF-κB dan family NF-κB sebagian besar terdapat dalam

sitoplasma yang berikatan dengan protein inhibitor iκB. NF-κB dalam keadaan

normal ditemukan dalam bentuk inaktif di sitoplasma sebagai heterodimer

p50/p65 berikatan dengan unit inhibitor IκBα, pada sel yang tidak mengalami

rangsangan, NF-κB terikat pada inhibitor κB (iκB) sehingga tidak mampu menuju

inti, apabila terkena rangsangan iκB kinase kompleks akan memfosforilasi iκB

yang akan mengakibatkan ubiquinisasi dan degradasi oleh proteosome. Akhir dari

kaskade sinyal ini adalah iκB yang telah difosforilasi dan diubiquitinisasi yang

masih berikatan dengan NF-κB di sitoplasma akan didegradasi oleh proteosome

26S secara selektif. Keadaan ini akan menimbulkan NLS (Nuclear Located

Sequence) menjadi terbuka sehingga NF-κB terlepas dari iκB. Dalam hal ini NF-

κB akan mentranskripsi berbagai mRNA gen target diantaranya adalah iNOS.

Aktivasi yang tidak semestinya dari NF-κB dikaitkan dengan berbagai proses

inflamasi diantaranya adalah inflamasi kronis dan periodontitis (Gilmore,2006 ;

Hooper,2008)).

NF-κB terdapat dalam sitoplasma hampir seluruh sel dalam bentuk tidak

aktif, terikat dengan protein inhibitor IκB dan seluruh protein dari NF-κB berbagi

Rel homology domain pada N-terminus. Sub-famili protein NF-κB, yang meliputi

Rel A, Rel B dan c-Rel memiliki domain transaktivasi pada C-terminus dan

sebaliknya protein NF-κB1 dan NF-κB2 disintesis sebagai prekursor yang besar,

p105 dan p100, yang mengalami pengolahan untuk secara berturut-turut

menghasilkan sub-unit NF-κB matang, p50 dan p52. Proses pematangan p105 dan

p100 diperantarai oleh jalur proteosome dan melibatkan degradasi selektif daerah



34

C-terminal yang mengandung ankyrin, sedangkan generasi p 52 dan p 100

merupakan suatu proses yang diatur ketatoleh p 50 yang merupakan hasil dari

pengolahan konstitutif (Karin and Ben Nariah,2000). Ekspresi salah satu NF-κB

p50/p52 diperlukan pada osteoklas dan prekursornya dibandingkan pada osteoblas

untuk IL-1 memediasi resorpsi tulang.

Aktivasi NF-κB tergantung pada dua pathway yaitu Canonical dan Non

Canonical signaling pathway. Canonical pathway meliputi aktivasi IκB kinase

(IKK) kompleks, termasuk IKKα, IKKβ dan NF-κB esensial modulator (NEMO

atau IKKγ) yang berperanan penting terhadap fosforilasi dan degradasi IκB.

Pathway ini mempunyai target p50 : Rel A dan p50 : cRel dimers. Pada kompleks

IKK, IKKβ berperanan penting untuk mengaktifasi Canonical Pathway. Non

Canonical Pathway mengaktifkan p52: Rel B dimers, dan pathway ini tergantung

pada aktivasi IKKα homodimer oleh upstream kinase NF-κB inducing kinase

(NIK). IKKα memfosforilasi p100 menyebabkan translokasi p52 : Rel B

heterodimer. Pada penelitian terbaru dibuktikan bahwa Canonical Pathway sangat

diperlukan untuk diferensiasi osteoklas secara in vivo (Lorenzo et al.,2011). NF-

κB memiliki peran yang beragam dalam inflamasi, beberapa gen proinfamasi

diatur oleh NF-κB antara lain NOS2, TNFα, IL-1, COX-2 dan beberapa kemokin

yang semuanya dapat meningkatkan inflamasi dengan menarik sel inflamasi lain

pada sisi yang terinfeksi. NF-κB juga mengatur transkripsi dari inhibitornya.

Produk bakteri juga dapat mengenali Toll-like receptors (TLRs) dan

melalui hantaran sinyal akan menginduksi NF-κB. Toll-like receptors merupakan

regulator kunci dari respon imun bawaan maupun adaptif (Doyle and

O’neill,2006; Hayden et al.,2006). NF-κB juga meningkatkan ekspresi gen untuk



35

sitokin, enzim, molekul adesi pada penyakit inflamasi kronik. Salah satu gen

tersebut adalah inducible nitric oxide synthase (iNOS) pada pasien asma,

uulcerative colitis dan sel sinovial pada persendian yang mengalami inflamasi

(Xie et al.,1994; Rachmilewitz et al.,1995; Evans et al., 1995).

Ekspresi NF-κB p50 dan p52 tidak diperlukan untuk pembentukan RANK

yang mengekspresikan progenitor osteoklas tetapi penting untuk RANK yang

mengekspesikan prekursor osteoklas yang untuk berdiferensiasi menjadi TRAP+

osteoklas untuk merespon RANKL dan sitokin osteoklastogenik lain (Xing et

al.,2002).

Pembentukan osteoklas dan resorpsi tulang diinduksi oleh RANKL dan

TNF, induksi sitokin tersebut memerlukan NF-κB p50 dan p52, c-Fos dan

NFATc1 yang terekspresi pada prekursor osteoklas. c-Fos menginduksi NFATc1

tetapi hubungan antara NF-κB dan faktor transkripsi lain pada osteoklastogenesis

sangat sedikit dimengerti. Penellitian Yamashita (2007) membuktikan bahwa

RANKL dan TNF menginduksi pembentukan osteoklas secara langsung dari NF-

κB p50/p52 apabila c-Fos atau NFATc1 terekspresi. RANKL dan TNF

menginduksi c-Fos kemudian ekspresi c-Fos memerlukan kebersamaan dengan

RANKL atau TNF untuk menginduksi aktivasi NFATc1 sehingga ekspresi c-Fos

akan menaikkan jumlah dan kapasitas osteoklas. NF-κB mengkontrol permulaan

diferensiasi osteoklas prekursor yang diinduksi langsung oleh RANKL dan TNF

yang mengarahkan kepada aktivasi c-Fos diikuti oleh NFATc1. Mencegah NF-κB

akan mencegah RANKL dan TNF menginduksi resorpsi tulang (Yamashita,2007).

NF-κB merupakan suatu faktor transkripsi multifungsi yang meregulasi

ekspresi gen yang terlibat pada aktivitas banyak sel. Teraktivasi pada kondisi



36

inflamasi dan neoplastik, terekspresi karena stimulasi oleh beberapa sitokin

proinflamatori. Sebaliknya NF-κB meregulasi ekspresi sitokin dan memediasi

siklus autokin self-amplifying dari pelepasan sitokin dan aktivasi NF-κB,

mengarahkan kepada pemeliharaan reaksi inflamasi setelah adanya stimulus

inisial. NF-κB berperan pada fungsi osteoklas dan osteoblas (Boyce et al.,2010).

NF-κB merupakan famili faktor transkripsi pada imunitas dan fungsi

normal pada beberapa jaringan . Pada osteoklas NF-κB berperan pada regulasi

negatif pembentukan tulang (Krum et al.,2010).

2.10 Interleukin-12 (IL-12)

IL-12 adalah mediator utama imunitas non spesifik dini terhadap mikroba

yang merupakan induktor kunci dalam imunitas seluler spesifik terhadap mikroba.

Mempunyai efek merangsang produksi IFN-γ (Karnen,2009). IL-12 merupakan

sitokin regulator yang sangat penting pada inisiasi dan regulasi respon imun. IL-

12 meregulasi diferensiasi sel T naif yang berperan untuk mediasi imunitas

melawan infeksi intra sel. IL-12 merupakan aktivator makrofag yang poten pada

infeksi intraselular. Selain itu juga merupakan induser untuk melepaskan mediator

resorpsi tulang dan memblok sitokin Th-2 yang mengakibatkan progress bone

loss periapikal (Queiroz et al.,2011).

IL-12 merupakan heterodimer yang terdiri dari sub unit p35-p40 yang

disekresi oleh sel dendrit yang teraktivasi. IL-12 dapat menstimulasi diferensiasi

sel T CD4 terhadap sub set Th-1. Sel Th-1 mengekspresikan reseptor IL-12 sub

unit IL-12Rβ2. Proses ini tergantung pada faktor transkripsi STAT4 dan T-bet

yang merupakan regulator penentu untuk Th-1 (Glimcher,2007). Sinyal IL-12



37

melalui IL-12R yang berpasangan dengan signaling pathway JAK-STAT

khususnya faktor transkripsi STAT-4. Tahap kritis diferensiasi sel Th-1 dan sel T

CD4 naif dipengaruhi oleh T-bet yang membantu sel T helper melakukan

diferensiasi ke arah Th-1 (Koch et al.,2009). T-bet menginduksi IL-12Rβ2 untuk

menginduksi signaling pathway IL-12 dalam mengoptimalkan IFN-γ yang

berperan pada perkembangan sel Th-1 (Wang,2006).

2.11 Interferon gamma (IFN-γ)

Interferon merupakan sitokin mediator yang terbentuk karena respons

imunologi yang merupakan mediator proinflamasi. Interferon dapat digolongkan

menjadi interferon α, interferon β, dan interferon γ, interferon α dihasilkan oleh

sel fagosit mononukler dan β dihasilkan oleh sel fibroblast. Interferon α dan β

berfungsi sebagai respon imun spesifik untuk infeksi virus, sedangkan Interferon γ

merupakan interferon yang dihasilkan oleh sel NK, Th-1 dan CD-8. Interferon γ

spesifik sebagai respon imun dari infeksi mikroba intraseluler atau komponen dari

mikroba tersebut. IFN-γ meningkatkan fungsi mikrobisidal dari makrofag dengan

stimulasi sintesa Nitric Oxide (Abbas et al.,2010). IFN-γ adalah suatu limfokin,

diproduksi oleh limfosit dan sel NK yang berimplikasi pada bone loss periodontal.

Ekspresinya dikaitkan dengan limfosit Th-1. IFN-γ juga berkaitan dengan dengan

peningkatan ekspresi RANKL. Mempunyai ukuran 50 kD (glycosylated)

homodimer dari 21 sampai 24 kD sub unit (Teng,2005).

Interferon-gamma adalah protein homodimer yang dibentuk oleh sel NK,

T CD-4 dan sel T CD-8 yang merupakan pertanda sitokin subset Th-1. Sel NK



38

mensekresi IFN-γ dalam responnya untuk mengaktifkan ligan pada permukaan sel

yang terinfeksi atau terpapar stress. Pada imunitas adaptif, sel T membentuk

IFN-γ dalam responnya untuk mengenali antigen dan pembentukannya akan

ditingkatkan oleh IL-12 (Abbas et al.,2010). Dikatakan bahwa IL-12 merupakan

induser potensial produksi IFN-γ yang menstimulasi sel efektor Th-1. beberapa

penelitian menunjukkan korelasi positif antara sitokin resorpsi tulang IL-1,

produksi IL-12 dan IFN-γ. IL-12 diduga mempunyai peran yang potensial pada

pelepasan mediator resorpsi tulang dan memblokade sitokin Th-2 yang

mengakibatkan progres dari bone loss periapikal ((Queiroz et al.,2011).

Interferon-γ yang diproduksi oleh berbagai sel sistem imun merupakan

sitokin utama Macrophage Activating Cytokines (MAC) yang berperan utama

dalam imunitas non-spesifik dan spesifik selular. IFN-γ adalah sitokin yang

mengaktifkan makrofag untuk mengelilingi fagosit. IFN-γ juga merangsang

ekspresi MHC kelas I dan MHC kelas II dan ko-stimulator APC. IFN-γ juga

meningkatkan diferensiasi sel T CD-4 naif ke sub-set sel Th1 dan mencegah

proliferasi sel Th 2 (Bratawidjaja dan Rengganis,2009, Abbas et al.,2010). Peran

protektif dari IFN-γ merupakan prototipikal dari sitokin Th-1 yang diperlihatkan

dengan tidak adanya IFN-γ akan meningkatkan terjadinya resorpsi tulang (De

Rossi et al.,2008). IFN-γ juga mempunyai efek stimulasi pada resorpsi melalui

kemampuannya untuk menstimulasi produksi TNF-α dan RANKL pada limfosit

T (Gao et al.,2007).

Fungsi IFN-γ dalam imunitas yang dimediasi sel terhadap mikroba

intraseluler sangat penting yaitu : (1) mengaktifkan makrophag untuk membunuh

mikroba yang difagosit, (2) meningkatkan diferensiasi sel T CD-4 naif menjadi



39

sub-set Th-1 dan menghambat diferensiasi sel Th-2, (3) meningkatkan perubahan

menjadi sub-kelas Ig G tertentu pada sel B, (4) menstimulasi ekspresi molekul

MHC kelas I dan II serta ko-stimulatori pada APC (Abbas et al.,2010).

2.12 Nitric Oxide (NO)

Nitric oxide (NO) merupakan short lived radikal bebas yang telah

diketahui dapat mengakibatkan beberapa proses seluler yang berbeda. NO

merupakan molekul messenger penting yang terlibat pada berbagai proses

fisiologik dan patologik dalam tubuh mamalia yang dapat menguntungkan atau

merugikan. NO berperan sebagai regulator yang juga berfungsi sebagai efektor

selama terdapat inflamasi dan infeksi. Fungsi efektor tersebut antara lain adalah

efek toksisitas terhadap mikroorganisme yang ditemukan pada patogenesis

jaringan akibat inflamasi. NO mempunyai efek dalam regulasi sistem imun yaitu

interaksi dalam sistem sinyaling. Hal inilah yang mengakibatkan perubahan

aktivitas faktor transkripsi dan memodulasi ekspresi banyak mediator lain.

Tingkat produksi NO yang tepat merupakan proteksi walaupun produksi NO yang

berlebihan akan menyebabkan toksisitas langsung pada jaringan. Ekspresi yang

kronik dari NO dikaitkan dengan berbagai karsinoma dan kondisi inflamasi (Hou

et al.,1999; Guzik and Adamek,2003).

NO diproduksi dari amino acid L-arginin oleh aksi enzimatik Nitric Oxide

Synthase/NOS (Hof and Rolston, 2001). NOS merupakan famili enzim eukariotik

yang mengkatalisis produksi NO dari L-arginine. NO tersintase di dalam sel oleh

enzim NO Synthase (NOS). Pada manusia dan tikus mempunyai tiga genom yang

berisi tiga gen yang berbeda yang mengkode sintesa yang berbeda yaitu neuronal



40

(nNOS atau NOS-1), cytokine-inducible (iNOS atau NOS2) dan endothelial

(eNOS atau NOS3). Produk NO dari sintesis iNOS sangat berbeda dengan produk

NO oleh eNOS dan nNOS Enzim iNOS menghasilkan produk sangat banyak dan

dapat bertahan lama sehingga dapat menghasilkan toksisitas, sedangkan enzim

NOS lainnya menghasilkan NO dalam beberapa detik dan kemudian non aktif

dalam jangka waktu yang sangat singkat (Guzik and Adamek, 2003). Fungsi

derivat NO yang disintesis oleh iNOS juga berbeda, secara imunologik atau

kimiawi disekresi oleh makrofag yang aktif. NO mempunyai efek antimikrobial

dan nitrolisasi makromolekul. Dalam beberapa detik, NO dioksidasi menjadi nitrit

atau nitrat yang dihasilkan oleh anion superoksida (O2-) yang dapat membentuk

peroksinitrit (ONOO-) yang mempunyai efek sitotoksik. Diduga peningkatan

iNOS akibat adanya peningkatan faktor transkripsi NF-κB sehingga

mengakibatkan peningkatan gen yang diekskresikannya yaitu iNOS. Peningkatan

iNOS tidak selalu memberikan efek yang merugikan karena NO yang terbentuk

mempunyai 2 fungsi yaitu dalam jumlah kecil berfungsi sebagai anti bakteri tetapi

dalam jumlah besar dapat mengakibatkan toksisitas sel. Peningkatan iNOS

sebagai respon makrofag melalui IFN-γ yang disekresi melalui sitokin Th-1.

Peningkatan NO pada saat ini diketahui berperan penting pada respon inflamasi

(Guzik and Adamek,2003).

Ekspresi dari iNOS diinduksi oleh stimulus yang sesuai (misalnya untuk

mencerna suatu parasit). NO dihasilkan oleh fagosit (monosit, makrofag dan

netrofil) yang merupakan bagian dari respon imun. iNOS diaktifasi oleh IFN-γ

sebagai sinyal tunggal (Gorczyniski and Stanley,2000). NO adalah molekul

signaling multifungsional yang merupakan faktor kunci vasculoprotektif dan



41

osteoprotektif. NO meregulasi bone remodeling dan pathological bone loss

melalui aktivasi, pembentukan dan pengaktifan resorbsi tulang oleh osteoklas.

Inducible Nitric Oxide Synthase (iNOS) memperlihatkan efek yang

berlawanan pada fisiologi osteoklas. NO mempunyai fungsi yang berbeda selama

development dan aktivasi osteoklas. Ekspresi (iNOS) dari generasi NO distimulasi

oleh IFN atau lipopolisakarida tetapi tidak oleh IL-1 atau TNF-α. Ekspresi iNOS

dan pelepasan NO menyebabkan peningkatan RANKL, dan respon tersebut

tergantung pada lama dan dosisnya, membutuhkan aktivasi NF-κB dan sintesa

protein yang terhambat secara spesifik oleh OPG (osteoprotegerin) yang

merupakan reseptor pemancing, hal ini akan menyebabkan pencegahan RANKL

yang terinduksi NO untuk meningkatkan pembentukan osteoklas. NO dalam

keadaan normal mengendalikan osteoklastogenesis yang dimediasi oleh RANKL.

Defisiensi iNOS mempercepat pembentukan osteoklas dan resorpsi secara in vivo

dan in vitro. RANKL yang terinduksi pada iNOS derived NO function merupakan

sinyal negatif untuk membatasi osteoklastogenesis yang secara bersama-sama

terstimulasi oleh RANKL (Zheng et al,2006). Penelitian Wang et al (2004)

mengatakan bahwa donor NO akan meningkatkan produksi OPG dan

menghambat aktivitas osteoklastogenesis pada sel stromal bone marrow dari tikus

ovariektomi. Penelitian Fukada (2008) membuktikan bahwa peningkatan resorpsi

tulang pada tikus dengan defisiensi iNOS berkorelasi dengan peningkatan ekspresi

RANK dan penurunan OPG, sehingga disimpulkan bahwa defisiensi NO

menyebabkan ketidakseimbangan faktor modulasi resorpsi tulang yang

meningkatkan stimulasi bone loss.



42

NO yang dihasilkan oleh dari iNOS berperan penting pada host defense,

penelitian Fukada et al (2009) tentang peran NO pada bone loss oleh infeksi

bakteri yang menginduksi Periodontitis Apikalis menggunakan tikus dengan

kondisi defisiensi iNOS membuktikan bahwa pada tikus dengan defisiensi iNOS

menghasilkan sel radang dan lesi osteolitik yang meningkat dibanding tikus

kontrol. Tartrate resistant acid phosphatase positive (TRAP+) osteoklas lebih

banyak secara bermakna pada tikus dengan defisensi iNOS, selain itu juga

mempunyai korelasi dengan peningkatan ekspresi dari receptor activator NF-

kappa B (RANK) stromal cell dan penurunan ekspresi osteoprotegerin (OPG).

Hasil penelitian Fukada et al (2009) mengatakan bahwa defisiensi NO

memperparah bone loss.

NO dan superoksida kemungkinan bereaksi secara in vivo untuk

memproduksi peroksinitrit yang secara molekular akan meningkatkan kerusakan

jaringan (Radi et al.,2001). Penelitian Silva et al.,2011 membuktikan bahwa

peran iNOS dan NO untuk mengkontrol progress resorpsi tulang pada tikus model

experimental yang mengalami periodontitis apikal. Defisiensi iNOS diasosiasikan

dengan keadaan inbalance pada sitokin proinflamatori IL-1 dan TNF-,

modulator resorpsi tulang (RANK dan RANKL) dan chemokin MCP1.

Menariknya produksi ROS tidak memperlihatkan keterlibatan pada progres lesi

periapikal yang kemungkinan memediasi diferensiasi osteoklas.



43

2.13 Tumor Necrosis Factor alpha (TNF-α)

Tumor Necrosis Factor (TNF) mewakili rumpun dari 2 polipeptida (α dan

β). TNF-α dan TNF-β mempunyai kemiripan aktivitas biologik yang merupakan

stimulator potensial pada resorpsi tulang (Lorenzo et al, 2011). TNF mentimulasi

osteoklastogenesis yang dilakukan secara invivo pada mencit yang mengalami

defisiensi p100 protein prekursor dari NF-κB yang merupakan molekul sinyal

pada RANKL untuk memediasi stimulasi osteoklastogenesis dan resorpsi tulang.

TNF berikatan dengan 2 reseptor permukaan sel yaitu TNF-Receptor1 atau

p55 dan TNF-Receptor 2 atau p75. TNF mempunyai reseptor aktif yaitu TNF type

1 receptor (TNF-r1) yang dapat menginduksi osteoklastogenesis (Zang et

al.,2001).

2.14 Peran RANK-OPG-RANKL pada diferensiasi Osteoklas

(Osteoklastogenesis)

2.14.1 RANK (Receptor Activator of NF-kappa B)

RANK adalah anggota superfamili TNF-Reseptor (TNF-R), terekspresi

sebagai transmembran heterotrimer pada permukaan sel osteoklas progenitor,

osteoklas matang dan biasa juga pada sel kondrosit dan tropoblas. Pada invitro,

ikatan RANK dengan RANKL menyebabkan terjadinya osteoklastogenesis dari

sel progenitor dan aktivasi dari sel osteoklas dewasa (Jones,2002).

RANK yang merupakan protein membran tipe I pada awalnya ditemukan

pada sel dendritik pada sumsum tulang. RANK merupakan reseptor dari RANKL

dan dapat memperpanjang kehidupan dari sel dendritik. Terjadinya diferensiasi sel



44

osteoklas dari hemopoitik progenitor tergantung pada reseptor yang terdapat pada

membran sel osteoklas yang disebut RANK dimana pengaturan transkripsinya

oleh NF-κB (Jilka, 2001). Peran utama dari RANK pada terjadinya

osteoklastogenesis adalah sebagai reseptor faktor diferensiasi osteoklas (Kearns et

al,2008).

Aktivasi dari RANK terjadi karena ikatan secara langsung dengan

ekstraseluler domain dari trimerik RANKL, extracellular cysteine-rich domains

dan trimerik RANK. Interaksi ini akan menyebabkan oligomerisasi dari RANK

dan aktivasi dari beberapa sinyal transduksi.

RANK yang berikatan dengan RANKL mengakibatkan rekruitment

protein adapter yang dikenal sebagai TRAF 6 (TNF receptor associated factor 6)

yang terletak pada sisi spesifik pada intraselular domain dari RANK. TRAF 6

beraksi sebagai second messenger untuk mengaktifkan beberapa proteinkinase

termasuk nuclear factor of activated T cells (NFAT)c1 yang merangsang

transkripsi dari gene osteoklastogenik (Kearns et al,2008). Aktivasi yang terjadi

akibat ikatan RANK dan RANKL ini akan menyebabkan terjadinya diferensiasi

sehingga terbentuk osteoklas, tetapi apabila RANKL berikatan dengan OPG yang

merupakan kompetitif inhibitor RANK maka akan terjadi hambatan pembentukan

osteoklas seperti tampak pada Gambar 2.8



45

Gambar 2.8: Peranan RANK dan RANK-Ligand dalam aktivasi sel osteoklas dan

peran OPG menghambat proses tersebut (Kearns et al, 2008)

2.14.2 OPG (Osteoprotegerin)

OPG merupakan protein yang melindungi tulang dari proses penyerapan

(protector of the bone). OPG disebut juga dengan Osteoclastogenesis inhibitory

factor (OCIF), merupakan homolog dari famili TNF reseptor. Gene dari OPG di

kode oleh protein 44 kDA dan setelah translasi menjadi 55 kDA molekul melalui

N-linked glykolisasi (Jones,2002).

OPG merupakan sekresi protein dengan 110kDa yang homodimer,

disintesa oleh osteoblas dan prekursornya. Merupakan anggota superfamili TNF

yang berfungsi sebagai reseptor umpan yang larut (a soluble decoy receptor)

terhadap RANK-Ligand. Berkompetisi dengan reseptor RANK yang terdapat pada



46

membran prekursor osteoklas dan osteoklas dewasa sehingga tidak terbentuk

ikatan RANK dengan RANKL kompleks yang selanjutnya akan menyebabkan

osteoklastogenesis dan aktivasi sel osteoklas dewasa. OPG sangat efektif sebagai

inhibitor maturasi dan aktivasi sel osteoklas.

2.14.3 RANKL (Receptor Activator of NF-κB Ligand)

RANKL (receptor activator of NF-κB ligand), merupakan salah satu

famili dari TNF, juga dikenal sebagai TNF-related activation-induced cytokine

(TRANCE), osteoprotegerin ligand (OPGL) dan ODF (osteoclast differentiation

factor). RANKL merupakan protein membran tipe II, memiliki reseptor RANK

yang merupakan kunci pengaturan remodeling tulang dan sangat esensial dalam

perkembangan dan aktivasi osteoklas (Manologas,2000; Jones et al.,2002; Boyle

et al.,2003 dan Teitelbaum,2005). Aktivasi sel T menginduksi ekspresi RANKL

yang berperan untuk meningkatkan osteoklastogenesis dan kerusakan tulang.

RANKL merupakan anggota baru dari TNF superfamily yang terekspresi

oleh stromal environtment yang mengikat fungsional reseptor RANK. Pada

osteoklas akan menginduksi osteoklastogenesis (Petit et al.,2001; Odgren et

al.,2003). Penelitian Sabeti et al. (2005) membuktikan bahwa RANKL berperan

penting pada resorbsi tulang.

Findlay et al (2008) membuktikan adanya hubungan antar kadar RANKL

dalam serum dengan RANKL pada tulang femur yang mengalami osteoartritis.

Begitu juga hubungan antara kadar RANKL mRNA dengan proses bone turnover.



47

Terbukti bahwa RANKL merangsang terjadinya osteoklastogenesis yang akan

menyebabkan penyerapan tulang. RANKL memegang peran sangat dominan

terhadap pengaturan penyerapan tulang sehingga tidak ada yang sanggup

menggantikannya dalam proses penyerapan tulang apabila RANKL tidak ada

(Kearns et al., 2008). Ekspresi RANKL optimal pada minggu ke 3 terbentuknya

lesi periapikal kemudian menurun pada minggu ke-4 diikuti dengan kerusakan

tulang periapikal (Kawashima et al.,2007). Sedangkan Menezes et al (2008),

menjelaskan bahwa peran RANKL untuk meningkatkan perluasan lesi periapikal.

RANKL merangsang terjadinya fusi dari sel prekursor yang mononuler

kemudian memacu untuk berdiferensiasi menjadi sel osteoklas dewasa.

Perlengketannya pada permukaan tulang dan pada akhirnya menyerap tulang.

Selanjutnya akan mempertahankan kehidupan osteoklas dengan cara

memperlambat terjadinya apoptosis (Kearns et al.,2008). RANKL diekspresi

paling banyak oleh osteoblas dan sel lapisan mesenchim. Selain itu diekspresi

juga oleh sel periosteal, kondrosit, sel endotelial dan juga oleh sel T aktif (Kearns

et al.,2008; Findlay et al.,2008).

2.15 NFATC1 (Nuclear factor of activated T cells C1)

NFATC1 merupakan regulator kunci pada tulang karena sinyaling NFAT

merupakan faktor penting untuk diferensiasi osteoklas dan resorpsi tulang.

Merupakan pengendali osteoklastogenesis karena mengkoordinasi resorpsi tulang

dengan merekrut prekursor osteoklas menjadi multinukleus (Monte et al.,2006).



48

NFAT merupakan suatu kelompok faktor transkripsi yang teridentifkasi

pada sel T, mempunyai 4 isoform yaitu C1 – C4 yang merupakan regulator kunci

pada tulang. NFAT yang teraktivasi akan mengakibatkan translokasi ke inti dan

akan berikatan pada daerah spesifik pada gen target. Aktivasi NFATC1

mengendalikan diferensiasi osteoklas (Lambertini et al.,2006). NFATC1

diaktivasi oleh TRAF6 yang berperan penting pada osteoklastogenesis

(Takayanagi et al.,2002 ; Ikeda et al.,2004). NFATC1 membentuk kompleks

transkripsi spesifik osteoklas (Takayanagi et al.,2002 ; Kim et al.,2005).

Aktivasi NFATC1 akan menginduksi TRAP+ osteoclast formation

sehingga terjadi multinucleated osteoclast (osteoklas matang) yang selanjutya

akan membentuk osteoklas aktif (ruffled border osteoclast). Semakin banyak

produksi osteoklas aktif akan terjadi semakin banyak penyerapan tulang (Asagiri

and Takayanagi,2009).

2.16 Diferensiasi sel Osteoklas dan Osteoblas

2.16.1 Sel Osteoklas

Osteoklas merupakan sel raksasa berinti banyak (multinucleated giant

cells) yang dibentuk oleh fusi dari sel prekursor mononukler. Osteoklas

sebetulnya berasal dari sel hematopoitik pada sumsung tulang yang disebut

sebagai granulocyte-macrophage colony-forming units (CFU-GM), yang terdiri

dari sel mononukler dan sel makrofag (Manologas and Jilka,1995). Sel



49

mononukler tersebutlah yang akan merupakan sel bakal osteoklas yang disebut

progenitor osteoklas (Osteoclast Progenitor).

Progenitor osteoklas bergerak dari sumsum tulang ke tulang lainnya

melalui sirkulasi atau migrasi langsung. Selanjutnya atas pengaruh Macrophage

Colony-Stimulating Factors (MCSF) menjadi prekursor osteoklas (Osteoclast

Precursor). MCSF teridentifikasi sebagai faktor penting pada osteoklastogenesis

karena dapat mengirimkan sinyal kepada sel melalui reseptor spesifik cFMS yang

merupakan bagian dari super famili Reseptor Tirosin Kinase. MCSF sangat

penting untuk proliferasi dan kelangsungan hidup sel prekursor osteoklas dan

makrofag ( Takayanagi,2007).

Prekursor osteoklas ini masih merupakan sel mononukler. Sel mono nukler

akan berdiferensiasi menjadi Osteoclast-like cells (OCL) dengan berbagai variasi

pada kultur in vitro. Prekursor osteoklas dengan pengaruh sitokin IL-6

mengadakan fusi membentuk sel multinukler osteoklas yang selanjutnya berfungsi

menyerap tulang (Lorenzo et al.,2008).

Osteoklas matang (mature osteoclast) biasanya mempunyai diameter

berukuran 50-100 µm, multinukler, kaya mitokondria, lisosom dan ribosom bebas

(Manolagas,2000). Mempunyai permukaan yang kasar berlipat (ruffled border)

yang berfungsi melakukan penyerapan terhadap tulang, yang dilengkapi oleh

daerah khusus yang disebut clear zone. Sitoplasma pada clear zone lebih

transparant dan mengandung filament meyerupai aktin (actin-like filaments).

Fungsi dari clear zone adalah membatasi lingkungan mikro pada permukaan

tulang yang akan diserap. Komponen mineral tulang akan larut karena terjadi



50

suasana asam akibat aksi yang disebut ATP-driven proton pump (Vacuolar H+

ATPase) pada permukaan ruffled border. Komponen protein matriks utamanya

adalah kolagen akan didegradasi oleh enzim matrix metalloproteinase. Setelah sel

osteoklas melaksanakan tugasnya kurang lebih selama 2 minggu kemudian

mengalami apoptosis. Semakin banyak produksi osteoklas aktif maka semakin

banyak terjadi penyerapan tulang (Steinbeck,2004). Pembentukan osteoklas

ruffled border seperti tampak pada Gambar 2.9

Gambar 2.9 : Aktivasi dari sistem RANK-RANKL-OPG dalam pembentukan

osteoklas (Ingle et al., 2008).



51

2.16.2 Sel Osteoblas

Sel osteoblas berasal dari sel mesensim sumsum tulang yang pluripoten

dibawah pengaruh faktor pertumbuhan (growth factors) dan faktor lainnya. Sel

asal (stem cell) selain akan berdiferensiasi menjadi preosteoblas juga berpotensi

menjadi fibroblas, kondrosit, adiposit atau sel otot (Manolagas and Jilka,1995;

Baylink et al,1999), selanjutnya sel preosteoblas akan berdiferensiasi dan

kemudian berakhir dengan sel osteoblas matang (mature osteoblast) (Baylink et

al,1999).

Sel osteoblas juga memproduksi molekul yang menyerupai sitokin

(cytokine-like molecules) yang berafenitas tinggi dengan RANK yang disebut

sebagai RANKL. Sel osteoblas selain itu juga memproduksi OPG yang

merupakan anti osteoklastogenik, hal ini karena OPG merupakan suatu reseptor

umpan (decoy receptor) yang berkemampuan mengikat RANKL sehingga dapat

memblokir interaksi antara RANK-RANKL (Manolagas,2000; Lorenzo,2008).

2.17 Pengaruh bakteri Enterococcus faecalis terhadap respon imun tulang

alveol pada resorpsi periapikal gigi

Lipoteichoic acid (LTA) merupakan unsur pokok utama dari outer

envelope bakteri Gram positif yang berkonstribusi terhadap integritas

struktural bakteri yang penting pada proses patogenesis dan terimplikasi

dalam proses terhadap host dalam mempengaruhi respon imun. LTA dapat

dikenali oleh molekul signaling spesifik pada permukaan sel host yang



52

disebut Toll-like Receptors, menghasilkan stimulasi innate dan immune

defensive.

Toll-like receptors adalah membran signaling receptors yang

berperan penting dalam pertahanan tubuh alami terhadap mikroba. Fungsi

tersebut sangat tergantung pada peran PRR (pattern recognition receptors)

untuk mengenali pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) yang

spesifik pada tiap mikroba. TLR merupakan bagian dari struktur umum

dan komponen sinyal yang dapat menimbulkan aktivasi NF-κB. Penelitian

Baik et al (2008) membuktikan bahwa LTA dapat menstimulasi murin

makrophag serta dapat menstimulasi TLR2. NF-κB yang meningkat akan

menyebabkan terjadinya diferensiasi sel osteoklas sehingga reseptor

aktivator dari NF-κB (RANK) pada progenitor osteoklas dan osteoklas

matang akan meningkat (Jilka,2001), bila RANK meningkat maka reseptor

pemancing OPG otomatis akan menurun (Silva et al.,2004). Penelitian

Coon (2007) membuktikan bahwa aktivasi sel T akan menginduksi

ekspresi RANKL yang berikatan dengan RANK pada inflammatory bone

resorption sehingga menyebabkan resorpsi tulang.

RANKL dapat merangsang terjadinya fusi dari sel prekursor

mononukler untuk berdiferensiasi menjadi sel osteoklas dewasa. Apabila

terjadi perlengketan pada permukaan tulang, pada akhirnya akan menyerap

tulang dan kemudian akan mempertahankan kehidupan osteoklas dengan

cara memperlambat terjadinya apoptosis sel osteoklas (Kearns et al.,2008).

Silva et al (2007) mengatakan invasi lekosit pada jaringan dapat

menginduksi beberapa substansi termasuk interleukin-1 (IL-1) dan



53

chemokin pada jaringan keras atau tulang yang berhubungan dengan

integritas jaringan keras. Hal tersebut tergantung pada keseimbangan bone

resorption (osteoclast) dan bone deposition (osteoblast). Mekanisme

osteoclast diatur oleh TNF family of receptors, RANK (receptor activator

of nuclear factor –kB), osteoprotegerin (OPG) dan ligan RANKL (Boyle

et al.,2003). Sistem OPG / RANKL / RANK adalah suatu sistem yang

mempunyai peran penting dalam mengatur sel osteoblas dan jumlah sel

osteoklas (Simonet,1997; Khosla, 2001).

2.18 Pengertian Imunopatobiologi

Imunopatobiologi merupakan suatu ilmu yang berasal dari

perkembangan Patobiologi dan Imunologi yang mempunyai spektrum luas

dan merupakan sumber konsep baik dalam pengkajian maupun untuk

penelitian. Akhir-akhir ini dengan perkembangan biologi seluler dan

molekuler, maka muncul Patobiologi Seluler dan Patobiologi Molekuler

(Mooduto,2001). Imunopatobiologi merupakan hibrida dari Imunologi dan

Patobiologi. Patobiologi adalah ilmu yang mempelajari perubahan biologis

yang tidak seimbang (imbalance), mulai dari sistem sampai molekul yang

dalam kondisi ekstrem dapat menyebabkan penyakit. Sedangkan

Imunologi adalah ilmu yang mempelajari tentang imunitas. Jadi

Imunopatobiologi merupakan ilmu yang mempelajari perubahan

imbalance imunitas yang dalam keadaan ekstrem dapat menimbulkan

suatu penyakit (Mooduto,2001).



54

Berdasarkan istilah Imunopatobiologi dimunculkan istilah

Imunopatobiogenesis yang berkonsep pada genesis dari perubahan

biologis imunitas yang imbalance, mulai dari sistem sampai molekul yang

dalam keadaan ekstrem akan menimbulkan gejala dan keluhan

(Putra,2000). Imunopatobiogenesis resorpsi periapikal gigi akibat suatu

jejas oleh bakteri Enterococcus faecalis dapat menyebabkan perubahan

imbalance imunitas yang dalam keadaan ekstrem dapat menimbulkan

penyakit keradangan kronik daerah periapikal gigi. Pada konsep

Imunopatobiogenesis dikonsepkan sebagai genesis perubahan biologis

imunitas yang imbalance sampai tingkat molekul.



adln- perpustakaan universitas airlangga 11 bab...

Documents