BAB IIPENURUNAN KALSIUM DAN PROTEIN TOTAL TUBUH SEJALAN DENGAN PERTAMBAHAN USIA DAN PADA PENDERITA OSTEOPOROSIS DITINJAU DARI KEDOKTERANII.1. Kalsium II.1.1. Kalsium Sebagai Mineral Makro Kalsium merupakan mineral yang paling banyak terdapat di dalam tubuh, yaitu 1,5-2% dari berat badan orang dewasa. Di dalam tubuh manusia terdapat kurang lebih 1 kg kalsium (Granner, 2008).Dari jumlah ini, 99% berada di dalam jaringan keras, yaitu tulang dan gigi terutama dalam bentuk hidroksiapatit (3Ca3(PO4)2.Ca(OH). Kalsium tulang berada dalam keadaan seimbang dengan kalsium plasma pada konsenterasi kurang lebih 2,25 - 2,60 mmol/l (910,4mg/100ml). Densitas tulang berbeda menurut umur, meningkat pada bagian pertama kehidupan dan menurun secara berangsur setelah dewasa. Selebihnya kalsium tersebar luas didalam tubuh. Di dalam cairan ekstraselular dan intraselular kalsium memegang peranan penting dalam mengatur fungsi sel, seperti untuk transmisi saraf, kontraksi otot, penggumpalan darah dan menjaga permebilitas membran sel. Kalsium juga mengatur pekerjaan hormon-hormon dan faktor pertumbuhan. (Almatsier, 2004).11.1.2. Absorpsi KalsiumDalam keadaan normal sebanyak 30-50% kalsium yang dikonsumsi diabsorpsi di tubuh. Kemampuan absorpsi lebih tinggi pada masa pertumbuhan, dan menurun pada proses menua. Kemampuan absorpsi pada laki-laki lebih tinggi dari pada perempuan pada semua golongan usia. (Almatsier, 2004). Absorpsi kalsium terutama terjadi dibagian atas usus halus yaitu duodenum. Dalam keadaan normal, dari sekitar 1000 mg Ca++ yang rata-rata dikonsumsi perhari, hanya sekitar dua pertiga yang diserap di usus halus dan sisanya keluar melalui feses (Sherwood, 2011). Kalsium membutuhkan pH 6 agar dapat berada dalam keadaan terlarut. Absorpsi kalsium terutama dilakukan secara aktif dengan menggunakan alat ukur protein pengikat kalsium. Absorpsi pasif terjadi pada permukaan saluran cerna. Banyak faktor mempengaruhi absorpsi kalsium. Kalsium hanya bisa diabsorpsi bila terdapat dalam bentuk larut air dan tidak mengendap karena unsur makanan lain, seperti oksalat. (Sherwood, 2011)Konsentrasi normal total kalsium dalam plasma adalah 8,1 10,5 mmol/L sedangkan konsentrasi ion kalsium bebas berkisar antara 1.25-1.3 mM. Homeostasis kalsium yang efektif penting dalam banyak proses biologis, termasuk metabolisme tulang, proliferasi sel, koagulasi darah, hormonal signaling transduction dan fungsi neuromucular. Keseimbangan kalsium dipertahankan oleh 3 organ utama, yaitu: sistem gastrointestinal, tulang, dan ginjal. (Muliani, 2012).11.1.3. Ekskresi KalsiumKurang lebih 90% kalsium yang masuk akan dikeluarkan melalui feses dan sebagian kecil melalui urin, sekitar 200 mg/hari untuk mempertahankan kadar normal dalam tubuh. Metabolisme kalsium dan tulang berkaitan erat satu sama lain dan terintegrasi. Desiensi kalsium (misalnya pada lansia), yang disebabkan oleh desiensi vitamin D dan peningkatan PTH, mengakibatkan tulang akan melepaskan kalsium (resorpsi tulang meningkat) untuk dapat mengembalikan kalsium serum kembali normal. (Muliani, 2012). Secara skematis metabolisme kalsium dapat dilihat pada Gambar 1.Gambar 1. Skema Metabolisme Kalsium Sumber : Muliani, 2012 II.1.4. Fungsi dan Peranan Kalsium terhadap Tulang

Kalsium mempunyai peran penting didalam tubuh, yaitu dalam pembentukan tulang dan gigi, dalam pengaturan fungsi sel pada cairan ekstraselular dan intraselular, seperti untuk transmisi saraf, kontraksi otot, penggumpalan darah, dan menjaga permebilitas membran sel. Selain itu, kalsium juga mengatur pekerjaan hormon-hormon dan faktor pertumbuhan (FKMUI, 2007).Pembentukan tulangAlmatsier (2004) menyebutkan bahwa kalsium dalam tulang mempunyai dua fungsi yaitu sebagai bagian integral dari struktur tulang dan sebagai tempat menyimpan kalsium. Proses pembentukan tulang dimulai pada awal perkembangan janin, dengan membentuk matriks yang kuat, tetapi masih lunak dan lentur yang merupakan cikal bakal tulang tubuh. Matriks yang merupakan sepertiga bagian dari tulang terdiri atas serabut yang terbuat dari kolagen yang diselubungi oleh bahan gelatin.Segera setelah lahir matriks mulai menjadi kuat dan mengeras melalui proses kalsifikasi, yaitu terbentuknya kristal mineral yang mengandung senyawa kalsium. Kristal ini terdiri atas kalsium fosfat atau kombiasi kalsium fosfat dan kalsium hidroksida dinamakan hidroksiapatit (3Ca3(PO4)2.Ca(OH). Karena kalsium merupakan mineral yang utama dalam ikatan ini, keduanya harus berada dalam jumlah yang cukup di dalam cairan yang mengelilingi matriks tulang. Batang tulang yang merupakan bagian keras matriks mengandung kalsium, fosfat, magnesium, seng, natrium bikarbonat dan fluor, selain hidroksipatit. (Almatsier, 2004)

Selama kehidupan, tulang selalu mengalami perubahan baik dalam bentuk maupun kepadatan, sesuai dengan usia dan perubahan berat badan. Menurut Krummel (1996), faktor yang mempengaruhi kalsifikasi/penulangan adalah genetik (untuk menentukan massa tulang); hormon seks dan aktivitas fisik (untuk mempengaruhi metabolisme tulang); dan berat badan berbanding terbalik dengan risiko patah tulang.Pertumbuhan

Kalsium secara nyata diperlukan untuk pertumbuhan kerena bagian penting dalam pembentukan tulang dan gigi, juga dibutuhkan dalam jumlah yang lebih kecil untuk mendukung fungsi sel dalam tubuh. Penelitian di Jepang menyebutkan bahwa orang yang diet rendah kalsium lebih pendek dibandingkan dengan diet kalsium yang adekuat. Dalam masa pertumbuhan ukuran tulang, kandungan kalsium dan kebutuhan kalsium meningkat. Setelah perumbuhan terhenti, kemungkinan fase dimana penambahan jumlah tulang dan kalsium (peak bone mass) bersama akan tetap bertambah sampai usia sekitar 30 tahun. Setelah peak bone mass tercapai, jumlah tulang akan menurun, yang akan menyebabkan ketidakseimbangan antara reabsorpsi dan pembentukan tulang. Konsumsi kalsium adalah salah satu mekanisme yang dapat membantu pertumbuhan tulang dan mencegah kehilangan tulang (bone loss). (Tucker at al, 2002).II.1.5. Kalsium dalam Tulang

Kalsium tulang tersebar diantara pool (cadangan) yang relatif tidak berubah/stabil dan tidak dapat digunakan untuk pengaturan jangka pendek keseimbangan kalsium, dan pool yang cepat dapat berubah yang terlibat dalam kegiatan metabolisme kalsium (kurang lebih 1% kalsium tulang). Komponen yang dapat berubah ini dapat dianggap sebagai cadangan yang menumpuk bila makanan mengandung cukup kalsium. Cadangan kalsium ini terutama disimpan pada bagian ujung tulang panjang dalam bentuk kristal yang dinamakan trabekula dan dapat dimobilisasi untuk memenuhi kebutuhan yang meningkat pada masa pertumbuhan, kehamilan, dan menyusui. Kekurangan konsumsi kalsium untuk jangka panjang menyebabkan struktur tulang yang tidak sempurna (WHO, 2003).

Heaney (2000) dalam Journal of the American College of Nutrition mengatakan asupan kalsium berkaitan dengan status tulang. Selama 25 tahun ada paling sedikit 139 laporan terpublikasi di Inggris yang memaparkan hubungan antara asupan kalsium dan status tulang (massa tulang, keseimbangan kalsium, kehilangan tulang atau fraktur). Dari 86 studi observasional, 69 pada dewasa, 17 anak-anak, ditemukan 64 hasil studi mengenai hubungan positif bermakna antara asupan kalsium dan massa tulang, kehilangan tulang atau fraktur.

Tulang senantiasa berada dalam keadaan dibentuk dan direabsorpsi. Aspek mana yang dominan bergantung pada umur dan keadaan faal tubuh. Pada proses menua proses reabsorpsi dominan sehingga tulang secara berangsur menyusut dan menjadi rapuh. Penyusutan tulang pada umumnya terjadi setelah usia 50 tahun, baik pada laki-laki maupun perempuan tetapi pada perempuan dengan kecepatan lebih tinggi. Seperti telah dijelaskan, kalsium didalam tulang terdapat dalam bentuk hidroksiapatit. Disamping itu terdapat ion-ion lain termasuk fluor, magnesium, seng dan natrium. Melalui matriks dan di antara struktur kristal terdapat pembuluh darah dan limfe, saraf dan sumsum tulang. Melalui pembuluh darah ini ion-ion mineral berdifusi ke dalam cairan ekstraselular, mengelilingi kristal dan memungkinkan pengendapan mineral baru atau penyerapan kembali mineral tulang. Karena banyak kalsium yang hilang didalam tulang pada proses reabsorpsi, konsumsi kalsium yang adekuat dianjurkan sebelum penuaan terjadi (Almatsier, 2004). FDA (1998) dalam Annual Edition Nutrition 2000/2001(2000) menyatakan konsumsi kalsium yang adekuat selama hidup dapat membantu mempertahankan kesehatan tulang melalui peningkatan sebanyak mungkin secara genetik jumlah tulang yang dibentuk pada masa remaja dan tahap awal dewasa serta dapat membantu memperlambat kecepatan kehilangan tulang yang terjadi pada kehidupan selanjutnya.II.1.6. Angka Kecukupan Kalsium yang Dianjurkan

Tinjauan ulang mengenai kebutuhan sehari-hari berbagai nutrien esensial telah diterbitkan oleh Food and Nutrition Board of the National Research Council sebagai kecukupan nutrisi yang dianjurkan (Recommended DietaryAllowances/RDA) (Murray,dkk, 2003). RDA adalah standar di Amerika yang berisi kebutuhan rata-rata zat gizi per hari yang dianjurkan sehingga suatu masyarakat dapat hidup sehat. Di Indonesia RDA dikenal dengan Angka Kecukupan Gizi yang ditetapkan melalui Kongres Widya Karya Nasional Pangan dan Gizi (WKNPG) (FKM UI, 2007). Tabel 1 menunjukkan angka kecukupan kalsium bagi orang Indonesia.Tabel. 1 Angka Kecukupan Kalsium Bagi Orang IndonesiaNoKelompok UmurKalsium (mg/hari)

1Anak 0-0 bulan

7-12 bulan

1-3 tahun

4-6 tahun

7-9 tahun200

400

500

500

600

2Laki-laki 10-18 tahun

19-29 tahun

30-49 tahun

50-64 tahun

>65 tahun1000

100

100

100

100

3Wanita 10-18 tahun

19-29 tahun

30-49 tahun

50-64 tahun

>65 tahun1000

110

100

100

100

4Wanita hamil (tambahan) Trimester 1

Trimester 2

Trimester 3+150

+150

+150

5Wanita menyusui (tambahan) 6 bulan pertama

6 bulan kedua+150

+150

(Sumber : Widya Karya Nasional Pangan dan Gizi, 2009) II.1.7. Akibat Kekurangan Kalsium terhadap Kepadatan Tulang Kekurangan kalsium pada masa pertumbuhan dapat menyebabkan ganggguan pertumbuhan. Tulang kurang kuat, mudah bengkok dan rapuh. Semua orang dewasa, terutama setelah usia 50 tahun, kehilangan kalsium dari tulangnnya. Tulang menjadi rapuh dan mudah patah. Hal ini dinamakan osteoporosis yang dapat dipercepat oleh keadaan stress sehari-hari. Osteoporosis lebih banyak terjadi pada wanita daripada laki-laki dan lebih banyak pada orang kulit putih dari pada kulit berwarna. Disamping itu osteoporosis lebih banyak terjadi pada perokok dan peminum alcohol. (Almatsier,2004)FDA (1998) menegaskan bahwa asupan kalsium yang rendah adalah salah satu faktor risiko terjadinya osteoporosis, suatu kondisi dari rendahnya massa tulang atau kepadatannya. Osteoporosis terjadi pada 25% wanita pasca menopause, nampaknya defisiensi estrogen pada masa itu ikut berperan sehingga insidensnya pada wanita lebih tinggi (Sherwood, 2011; Hillegas, 2005). Karena terapi osteoporosis sulit dan sering kurang memuaskan, pencegahan sejauh ini merupakan cara terbaik untuk menangani masalah kesehatan ini. Pencegahan osteoporosis dapat dimulai ketika tulang seseorang dibentuk. Pembentukan tulang yang kuat sebelum menopause melalui makanan yang kaya kalsium dan olahraga yang adekuat tampaknya merupakan tindakan yang terbaik. Adanya cadangan tulang pada usia pertengahan dapat memperlambat munculnya manifestasi klinis osteoporosis pada usia selanjutnya. Akivitas fisik yang berlanjut seumur hidup tampaknya dapat menunda atau mencegah pengeroposan tulang, bahkan pada orang berusia lanjut (Sherwood, 2011).

II.2. Protein

1I.2.1. Definisi Protein

Perkataan protein berasal dari bahasa yunani, berarti yang terutama. Sarjana kimia Belanda bernama Gerardus Mulder yang memberi nama zat ini dengan sebutan protein, karena dia beranggapan bahwa zat protein adalah yang paling penting dari semua substansi organik untuk kehidupan manusia.

Protein tersusun dari atom C, H, O, dan N, sedangkan karbohidrat dan lemak tidak mengandung atom N (nitrogen). Oleh sebab itu protein dapat berfungsi sebagai karbohidrat dan lemak penghasil energi, tetapi sebaliknya karbohidrat dan lemak tidak dapat berfungsi sebagai protein terutama dalam hal penggantian sel-sel lama dengan yang baru (Anwar, 2010).II.2.2. Fungsi Protein Terhadap Pertumbuhan Tulang Pertumbuhan dan PerkembanganProtein sangat penting untuk menunjang pertumbuhan dan perkembangan anak usia dini. Protein merupakan zat gizi kunci untuk pertumbuhan fisik anak karena sangat dibutuhkan untuk pertumbuhan tulang dan otot. Protein juga dibutuhkan untuk perkembangan fungsi otak sehingga dapat meningkatkan fungsi belajar/kognitif anak. Proporsi makanan yang sehat sebaiknya mengandung 15-20% protein, yang dikomsumsi perharinya. Kebutuhan protein dapat ditentukan dengan cara menghitung jumlah nitrogen yang dikeluarkan melalui urine. Protein membantu mengganti sel tubuh yang rusak, pada aktifitas olahrga sering ditemukan beberapa kerusakan jaringan tubuh manusia dikarenakan cedera setelah melakukan aktifitas fisik seperti: sprain, strain atupun faktur. Disinilah protein sangat diperlukan untuk aktifitas olahraga guna mengganti sel yang rusak, oleh karena itu anak usia dini sangat membutuhkan keseimbangan konsumsi protein untuk aktifitas olahraga yang dilakukan (Supariasa, 2002).Protein Stuktur pembentuk tulangBanyak protein yang berperan sebagai filamen, kabel, atau lembaran penyanggah untuk memberikan struktur biologi, kekuatan atau proteksi. Komponen utama dari urat dan tulang rawan adalah protein serabut kolagen yang mempunyai daya (Winarno, 2009).II.2.3. Struktur ProteinProtein merupakan senyawa makromolekul yang terbentuk dari hasil polimerisasi kondensasi berbagai asam amino. Protein termasuk kopolimer, setiap molekul protein mengandung sekitar 20 jenis asam amino yang berikatan, dengan jumlah asam amino yang dapat mencapai ribuan. Antar molekul asam amino tersebut berikatan kovalen yang disebut ikatan peptida. Ikatan peptida ini terjadi antara atom C (dari gugus -COOH) dan atom N dari (gugus -NH2) (Gaman, 2010). Gambar 2 menggambarkan ikatan antar peptide.

Gambar 2. Pembentukan Ikatan Peptida. (Sumber : Gaman, 2010)Protein yang terbentuk dari dua molekul asam amino disebut dipeptida, dari tiga molekul asam amino disebut tripeptida, dan dari banyak molekul asam amino disebut polipeptida. Suatu rangkaian asam amino diberi nama dengan cara menambahkan akhiran -il pada asam amino awal (yang memiliki gugus fungsional bebas -NH2), diikuti oleh asam amino berikutnya, kemudian diakhiri dengan nama asam amino terakhir (yang memiliki gugus fungsi bebas -COOH) tanpa akhiran -il. Misalnya, senyawa tripeptida yang terbentuk dari asam amino glisin, alanin, dan fenilalanin, diberi nama glisilalanilfenilalanin (Budianto, 2009). Asam amino ialah asam karboksilat yang mempunyai gugus amino. Asam amino yang terdapat sebagai komponen, protein mempunyai gugus -NH2 pada atom karbon a dari posisi gugus -COOH. Gambar 4 memperlihatkan struktur asam amino.

Gambar 4. Struktur Untuk Asam Amino (Sumber : Poejiadi, 2009)II.2.4. Jenis-jenis ProteinBerdasarkan bentuknya protein dibedakan menjadi:a. Protein fibriler (skleroprotein)

Adalah protein yang berbentuk serabut. Protein ini tidak larut dalam pelarut-pelarut encer, baik larutan garam, asam basa ataupun alkohol. Contohnya kolagen yang terdapat pada tulang rawan, miosin pada otot, keratin pada rambut, dan fibrin pada gumpalan darah.

b. Protein globuler (steroprotein)

Adalah protein yang berbentuk bola. Protein ini larut dalam larutan garam dan asam encer, juga lebih mudah berubah dibawah pengaruh suhu, konsentrasi garam, pelarut asam dan basa dibandingkan protein fibriler. Protein ini mudah terdenaturasi, yaitu susunan molekulnya berubah diikuti dengan perubahan sifat fisik dan fisiologiknya seperti yang dialami oleh enzim dan hormon.Berdasarkan hasil hidrolisa total suatu protein, asam amino dapat dikelompokkan atas 2 kelompok yaitu : asam amino esensial dan asam amino non esensial. Table 2 menjelaskan pengelompokan hidrosal total protein.Tabel . 2 Pengelompokan Hidrolisa Total Protein.Asam amino esensialAsam amino non esensial

1. Lisin

2. Threoni3. Leusin

4. Phenylalanin5. Isoleusin

6. Methionin7. Valin

8. Tryptophan9. Histidin

10. Arginin.1. Alanin

2. Tirosin

3. Asparagin

4. Sistein

5. Asam aspartat

6. Glisin

7. Asam glutamate

8. Serin

9. Glutamin

10. Prolin

(Sumber : Sediaoetama, 2009)II.2.5. Sumber Protein

Kualifikasi protein berdasarkan sumbernya, telah kita ketahui protein hewani dan protein nabati. Sumber protein hewani dapat berbentuk daging dan organ dalam seperti hati, pankreas, ginjal, paru, jantung, jerohan. Susu dan telur termasuk pula sumber protein hewani yang berkualitas tinggi. Ikan, kerang-kerangan dan jenis udang merupakan kelompok sumber protein yang baik, karena mengandung sedikit lemak, tetapi ada yang alergis terhadap beberapa jenis sumber protein hasil laut ini. (Sediaoetama, 2009).

Sumber protein nabati meliputi kacang-kacangan dan biji-bijian seperti kacang kedelai, kacang tanah, kacang hijau, kacang koro, kelapa dan lain-lain. Asam amino yang terkandung dalam protein ini tidak selengkap pada protein hewani, namun penambahan bahan lain yaitu dengan mencampurkan dua atau lebih sumber protein yang berbeda jenis asam amino pembatasnya akan saling melengkapi kandungan proteinnya. Bila dua jenis protein yang memiliki jenis asam amino esensial pembatas yang berbeda dikonsumsi bersama-sama, maka kekurangan asam amino dari satu protein dapat ditutupi oleh asam amino sejenis yang berlebihan pada protein lain. Dua protein tersebut saling mendukung (complementary) sehingga mutu gizi dari campuran menjadi lebih tinggi daripada salah satu protein. Karena itu susu dengan sereal, nasi dengan tempe, kacang-kacangan dengan daging atau roti, bubur kacang hijau dengan ketan hitam merupakan kombinasi menu yang dapat meningkatkan mutu protein (Winarno, 2009).II.2.6. Angka Kecukupan GiziKebutuhan protein menurut FAO/WHO (1995) adalah konsumsi yang diperlukan untuk mencegah kehilangan protein tubuh dan memungkinkan produksi protein yang diperlukan dalam masa pertumbuhan, kehamilan, atau menyusui. Angka Kecukupan Protein (AKP) orang dewasa menurut hasil-hasil penelitian keseimbangan nitrogen adalah 0,75 gram/kg berat badan, berupa protein patokan tinggi yaitu protein telur (mutu cerna/ digestibility dan daya manfaat/utility telur adalah 100). Dimana Angka Kecukupan Protein untuk penduduk Indonesia berdasarkan berat badan patokan, umur, mutu protein, dan daya cerna protein (Almatsier, 2004). Tabel 3 menunjukkan Angka Kecukupan Protein yang dianjurkan.Tabel . 3 Angka Kecukupan Protein yang Dianjurkan ( per orang perhari )Golongan UmurBerat Badan (kg)Tinggi Badan (cm)Protein (gr)

0-6 bulan7-12 bulan

1-3 tahun

4-6 tahun

7-9 tahun5,58,5

12

18

246071

90

110

1201215

23

32

37

Pria :10-12 tahun

13-15 tahun

16-19 tahun

20-45 tahun

46-59 tahun

60 tahunWanita :

10-12 tahun

13-15 tahun

16-19 tahun

20-45 tahun

46-59 tahun

60 tahun30

45

56

62

62

62

35

46

50

54

54

54135

150

160

165

165

165

140

153

154

156

154

15443

64

66

55

55

55

54

62

51

48

48

48

(Sumber : Budianto, 2009)II.3. TulangII.3.1. Struktur Tulang

Tulang adalah jaringan yang hidup dan sebagai jaringan penghubung (connective tissue) yang mempunyai tiga fungsi sebagai berikut:

1. Fungsi mekanik yaitu untuk gerakan dan melekatnya otot

2. Melindungi organ vital, dan

3. Sebagai cadangan kalsium dan fosfat (Sherwood, 2004 ; Baron, 2006).

Tulang merupakan struktur yang dinamik dan menjalani proses regenerasi secara terus-menerus yang dinamakan proses remodeling (Robling et al, 2006). Tulang pada hakekatnya terdiri atas 3 tiga komponen utama sebagai berikut: 1. Senyawa organik

Senyawa organik utama penyusun tulang adalah protein, dan protein utama penyusun tulang adalah kolagen tipe I yang merupakan 90-95% bahan organik utama sedang sisanya adalah medium homogeny yang disebut subtansi dasar (Baron, 2006).2. Subtansi dasar tulang.

Subtansi dasar terdiri atas cairan ekstraseluler ditambah dengan proteoglikan khususnya kondroitin sulfat dan asam hialuronat. Fungsi utama dari bahan tersebut belum diketahui, akan tetapi diduga membantu pengendapan garam kalsium. Sedang bahan anorganik utama adalah garam kristal yang diendapkan di dalam matrik tulang terutama terdiri dari kalsium dan fosfat yang dikenal sebagai Kristal hidroksi apatit (Guyton, 2004; Murray, 2003). Subtansi dasar juga mengandung protein non kolagen, dan beberapa protein tersebut sangat spesifik pada tulang. Protein non kolagen tersebut antara lain: osteonektin, osteokalsin (bone GLA-protein),osteopontin (bone sialoprotein I) dan bone sialoprotein II, growth faktor (IGF-I dan II), transforming growth factor (TGF), bone morphogenetic protein (BMP) (Murray, 2003). Protein non kolagen utama adalah osteokalsin, yang menyusun matriks tulang sebesar 1% (Baron, 2006).

3. Komponen sel yang terdiri atas empat tipe sel yaitu: osteoprogenitor cel, osteoblas (OB),osteosit (OS) dan osteoklas (OK) (Deftos, 2002).11.3.2. Komponen sel tulang

1. Osteoprogenitor cell (sel osteoprogenitor)

Sel osteoprogenitor berasal dari mesenkim yang merupakan jaringan penghubung yang masih bersifat embrional, oleh karena itu osteoprogenitor masih memiliki kemampuan untuk mitosis, dengan demikian sel ini berfungsi sebagai sumber sel baru dari osteoblas dan osteoklas (Compston, 2001). Kontrol genetik proliferasi dan diferensiasi osteoblas dari sel mesenkim digambarkan secara skematis pada gambar 6. Gambar 6 Kontrol Genetik pada Aktivitas Deferensiasi Osteoblas dari Sel Progestor. (Sumber : Karserty, 2009).*Keterangan: c-bfa1= core binding factor 1 C-bfa1 adalah gen yang bertanggung jawab terhadap diferensiasi osteoblas dari progenitor osteoblas sampai pada proses pematangan menjadi osteoblas yang fungsional2. Osteoblas Osteoblas adalah sel pembentuk tulang yang berasal dari sel progenitor dan ditemukan dipermukaan tulang. Sel ini bertanggung jawab pada pembentukan dan proses mineralisasi tulang. Osteoblas berasal dari pluripotent mesenchymal stem cells (sel mesenkim), dan sel ini dapat juga berkembang menjadi kondrosit, adiposit, myoblas, dan fibroblas (Arnet, 2003). Osteoblas mensintesis kolagen dan glycosaminoglycans (GAGs) dari matriks tulang dan berperan dalam proses mineralisasi tulang. Osteoblas yang matang akan mengekspresikan beberapa senyawa kimia yang bisa digunakan identifikasi aktivitas osteoblas dalam serum yang biasa diberi istilah biochemical bone marker yaitu: kolagentipe I, alkalin fosfatase, osteopontin dan osteokalsin (Robling et al., 2006).

3. Osteosit

Osteosit adalah osteoblas yang terbenam dalam matriks tulang yang berhubungan dengan selosteosit lain dan juga osteoblas pada permukaan tulang melalui kanalikuli yang mengandung cairan ekstraseluler. Hubungan antara sitoplasma dengan kanalikuli melalui gap junction yang memungkinkan osteosit dapat memberikan tanggapan oleh adanya signal mekanik dan biokimiawi (Rowlinson et al., 1996;Ehrlich, 2002). Osteosit diyakini memainkan peran dalam hal merespon stimulasi mekanik, sensor adanya straindan inisiasi respon terhadap modeling dan remodeling melalui beberapa mesengger kimia yang meliputi glukosa 6 fosfat dehidrogenase, nitric oxide (NO), dan IGF (Burger, 1999; Bonewald, 2002). Hasil penelitian akhir-akhir ini diketahui bahwa osteosit juga memelihara homeostasis mineral tulang (Bonewald, 2007).4. Osteoklas

Osteoklas bentuknya besar, bersifat multi nukleat berasal dari hematopoieticstem cell (selhematopoietik) yang merupakan prekusor monosit/makrofag. Sel ini kaya dengan enzim lisosom yang meliputi tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) (Baron, 2006). Osteoklas berperan pada proses resorpsi tulang dan selama proses resorpsi, ion hidrogen yang dibentuk dari carbonic anhydrase (karbonik anhidrase) memasuki plasma membran untuk melarutkan matriks tulang, lebih lanjut enzim lisosom yaitu kolagenase dan katepsin K dikeluarkan untuk kemudian mencerna matriks tulang (Arnet, 2003). Gambaran regulasi osteoklas secara skematis disajikan pada Gambar 7.

Gambar 7 Regulasi Osteoklas. (Sumber : Karsenty, 1999)*Keterangan:RANK = Receptor activator of nuclear factor, OPG = Osteoprotegerin, ODF = Osteoclast differentiating factor, RANKL = RANK Ligan, TRAF = TNF = receptor associated factorProgenitor osteoblas akan mensekresikan RANKL/ODF yang akan membentuk ikatan yang bersifat aktif dengan RANK pada sel progenitor osteoklas dan akan mengakibatkan terjadi pematangan osteoklas sehingga membentuk osteoklas yang fungsional, dan pada saat yang sama juga akan disekresikan faktor penghambat osteoklastogenesis yang dikenal sebagai osteoprotegerin (OPG). OPG kemudian akan berikatan dengan RANKL untuk menghambat osteoklastogenesis (Karsenty, 1999).II.3.3. Pertumbuhan Tulang (Modeling dan Remodeling Tulang)Pertumbuhan tulang adalah terminologi yang digunakan untuk menggambarkan perubahan struktur tulang yakni pada saat pembentukan skeleton, pertumbuhan dan pematangan (Baron, 2006).

Pertumbuhan tulang (modeling) mengarah ke proses pengubahan ukuran dan bentuk tulang. Pertumbuhan tersebut terjadi hingga akhir pubertas, akan tetapi peningkatan kepadatan masih terjadi hingga dekade ke empat (Deftos, 2002), sedang remodeling adalah proses regenerasi yang terjadi secara terus menerus dengan mengganti tulang yang lama (old bone) dengan tulang yang baru (new bone) (Monologas, 2000). Tempat dimana terjadi peristiwa remodeling diberi istilah basic multicelluler units (BMUs) atau bone remodeling unit. Remodeling berlangsung antara 2-8 minggu dimana waktu terjadinya pembentukan tulang berlangsung lebih lama dibanding dengan terjadinya resorpsi tulang. Proses remodeling berlangsung sejak pertumbuhan tulang sampai akhir kehidupan. Tujuan remodeling tulang belum diketahui secara pasti, tetapi aktivitas tersebut dapat berfungsi antara lain untuk:

1. Mempertahankan kadar ion kalsium dan fosfat ekstraseluler.

2. Memperbaiki kekuatan skeleton sebagai respon terhadap beban mekanik.

3. Memperbaiki kerusakan (repair fatique demage) tulang dan,

4. Mencegah penuaan sel tulang (Monologas, 2000; Baron, 2006; Murray, 2003).

Modeling dan remodeling akan mencapai dua hal dalam kehidupan seseorang yaitu: pemanjangan tulang (longitudinal bone growth) dan kepadatan tulang (bone massa) (Baron,2006).

Proses remodeling meliputi dua aktivitas yaitu : proses pembongkaran tulang (bone resorption) yang diikuti oleh proses pembentukan tulang baru (bone formation), proses yang pertama dikenal sebagai aktivitas osteoklas sedang yang kedua dikenal sebagai aktivitas osteoblas (Murray, 2003). Proses remodeling melibatkan dua sel utama yaitu osteoblas dan osteoklas, dan kedua sel tersebut berasal dari sumsum tulang (bone marrow) (Raisz, 1999; Monologas, 2000). Osteoblas berasal dari pluripotent mesenchymal stem cell yaitu : fibroblast coloni forming unit (CFU-F), sedang osteoklas berasal dari hematopoietic stem cell yaitu granulocyt-macrophage colony-forming units (CFU-GM) (Monologas, 1995; Baron, 2006).II.4. OsteoporosisII.4.I. DefinisiOsteoporosis berasal dari kata osteo dan porous, osteo artinya tulang, dan porous berarti berlubang-lubang atau keropos. Jadi, osteoporosis adalah tulang yang keropos, yaitu penyakit yang mempunyai sifat khas berupa massa tulangnya rendah atau berkurang, disertai gangguan mikro-arsitektur tulang dan penurunan kualitasjaringan tulang, yang dapat menimbulkan kerapuhan tulang ( Tandra, 2009).Menurut WHO pada International Consensus Development Conference, di Roma, Itali, 1992 Osteoporosis adalah penyakit dengan sifat-sifat khas berupa massa tulang yang rendah, disertai perubahan mikroarsitektur tulang, dan penurunan kualitas jaringan tulang, yang pada akhirnya menimbulkan akibat meningkatnya kerapuhan tulang dengan risiko terjadinya patah tulang (Suryati, 2006).

Osteoporosis yang biasa kita kenal dengan pengeroposan tulang adalah berkurangnya kepadatan tulang yang progresif, sehingga tulang menjadi rapuh dan mudah patah. Tulang terdiri dari mineral-mineral seperti kalsium dan fosfat, sehingga tulang menjadi keras dan padat. Untuk mempertahankan kepadatan tulang, tubuh memerlukan persediaan kalsium dan mineral lainnya yang memadai, dan harus menghasilkan hormon dalam jumlah yang mencukupi (hormon paratoroid, hormon pertumbuhan, kalsitonin, estrogen pada wanita dan testosterone pada pria) Juga persediaan vitamin D yang adekuat, yang diperlukan untuk menyerap kalsium dari makanan dan memasukkan kedalam tulang. Secara progresif, tulang meningkatkan kepadatannya sampai tercapai kepadatan maksimal (sekitar usia 30 tahun). Setelah itu kepadatan tulang akan berkurang secara perlahan. Jika tubuh tidak mampu mengatur kandungan mineral dalam tulang, maka tulang menjadi kurang padat dan lebih rapuh, sehingga terjadilah osteoporosis. (Tandra, 2009).II.4.2. Penyebab Osteoporosis akibat kurangnya Asupan Kalsium dan ProteinPenyusun utama tulang sesungguhnya adalah mineral tulang yang mengandung kalsium (Ca) & fosfor (P) dan protein yang disebut kolagen. Struktur tulang mirip beton untuk bangunan atau jembatan. Komponen kalsium dan fosfor membuat tulang keras dan kaku mirip semen, sedang serat-serat kolagen membuat tulang mirip kawat baja pada tembok. (Winarno, 2010)Terdapat dua metabolisme utama dalam pembentukan tulang yang rentan terhadap kekurangan nutrien, diantaranya adalah protein, yaitu : proses sintesis protein untuk membentuk matriks organik tulang yang terdiri dari jaringan kolagen dan non kolagen protein. Sintesis protein yang normal diperlukan untuk perkembangan jaringan lunak dan keras diantaranya tulang. Kekurangan protein akan menyebabkan perubahan pada timbunan asam amino, hal tersebut mengakibatkan hambatan reaksi sintesis protein sehingga menimbulkan hambatan juga dalampembentukan matriks organik tulang. Proses berikutnya adalah kalsifikasi tulang, pada tahap ini mineral diantaranya kalsium dan fosfor diendapkan dalam matriks tulang. Jika terdapat hambatan dalam pembentukan matriks organik, maka akan ada hambatan juga dalam memproses kalsifikasi tulang sehingga terjadi penurunan kadar mineral tulang, diantaranya kalsium dan fosfor tulang. (Pudyani,Sri 2010).

Kalsium penting bagi pembentukan tulang, jika kalsium tubuh kurang maka tubuh akan mengeluarkan hormon yang akan mengambil kalsium dari bagian tubuh lain, termasuk yang ada di tulang sehingga apabila terjadi terus menerus akan mempercepat dari proses pengeroposan tulang atau dalam istilah medik osteoporosis. (Suryati, 2006). II.4.3. Stadium Osteoporosis Osteoporosis dapat di bagi dalam 4 stadium yaitu:1. Pada stadium 1, tulang bertumbuh cepat, yang dibentuk masih lebih banyak dan lebih cepat daripada tulang yang dihancurkan. Ini biasanya terjadi pada usia 30-35 tahun.

2. Pada stadium 2, umumnya pada usia 35-45 tahun, kepadatan tulang mulai turun (osteopenia).

3. Pada stadium 3, usia 45-55 tahun, fraktur bisa timbul sekalipun hanya dengan sentuhan atau benturan ringan.4. Pada stadium 4, biasanya diatas 55 tahun, rasa nyeri yang hebat akan timbul akibat patah tulang. Anda tidak bisa bekerja, bergerak , bahkan mengalami stres dan depresi (Waluyo, 2009).II.4.4. PencegahanOsteoporosisPencegahan penyakit osteoporosis sebaiknya dilakukan pada usia muda maupun masa reproduksi. Berikut ini hal-hal yang dapat mencegah osteoporosis, yaitu:

Asupan kalsium cukup Mempertahankan atau meningkatkan kepadatan tulang dapat dilakukan dengan mengkonsumsi kalsium yang cukup. Minum 2 gelas susu dan vitamin D setiap hari, bisa meningkatkan kepadatan tulang pada wanita setengah baya yang sebelumya tidak mendapatkan cukup kalsium. Sebaiknya konsumsi kalsium setiap hari. Dosis yang dianjurkan untuk usia produktif adalah 1000 mg kalsium per hari, sedangkan untuk lansia 1200 mg per hari. Kebutuhan kalsium dapat terpenuhi dari makanan sehari-hari yang kaya kalsium seperti ikan teri, brokoli, tempe, tahu, keju dan kacang-kacangan. Paparan sinar matahari Sinar matahari terutama UVB membantu tubuh menghasilkan vitamin D yang dibutuhkan oleh tubuh dalam pembentukan massa tulang. Berjemurlah dibawah sinar matahari selama 20-30 menit, 3x/minggu. Sebaiknya berjemur dilakukan pada pagi hari sebelum jam 9 dan sore hari sesudah jam 4. Sinar matahari membantu tubuh menghasilkan vitamin D yang dibutuhkan oleh tubuh dalam pembentukan massa tulang (Ernawati, 2008).

Melakukan olahraga Selain olahraga menggunakan alat beban, berat badan sendiri juga dapat berfungsi sebagai beban yang dapat meningkatkan kepadatan tulang. Olahraga beban misalnya senam aerobik, berjalan dan menaiki tangga. Olahraga yang teratur merupakan upaya pencegahan yang penting. Tinggalkan gaya hidup santai, mulailah berolahraga beban yang ringan, kemudian tingkatkan intensitasnya. Yang penting adalah melakukannya dengan teratur dan benar. Latihan fisik atau olahraga untuk penderita osteoporosis berbeda dengan olahraga untuk mencegah osteoporosis. (Santoso, 2009).Deteksi dini osteoporosis Karena osteoporosis merupakan suatu penyakit yang biasanya tidak diawali dengan gejala, maka langkah yang paling penting dalam mencegah dan mengobati osteoporosis adalah pemeriksaan secara dini untuk mengetahui apakah kita sudah terkena osteoporosis atau belum, sehingga dari pemeriksaan ini kita akan tahu langkah selanjutnya.II.4. Hubungan Protein dan Kalsium pada OsteoporosisVariasi individual dalam tumbuh kembang anak disebabkan oleh karena tumbuh kembang dipengaruhi oleh faktor lingkungan, hormonal, diantaranya hormon pertumbuhan dan genetik. Nutrisi termasuk salah satu faktor lingkungan yang berpengaruh pada tumbuh kembang tulang sejak prenatal. Pembentukan tulang terjadi secara berkesinambungan. Nutrien, diantaranya protein dapat mempengaruhi pertumbuhan tulang dengan jalan menghambat diferensiasi seluler, merubah kecepatan sintesis unsur pokok matriks tulang yaitu protein kolagen dan non kolagen yang masing-masing mempunyai peranan spesifik pada pembentukan tulang.Terdapat dua metabolisme utama dalam pembentukan tulang yang rentan terhadap kekurangan nutrien, diantaranya adalah protein, yaitu : proses sintesis protein untuk membentuk matriks organik tulang yang terdiri dari jaringan kolagen dan non kolagen protein. Sintesis protein yang normal diperlukan untuk perkembangan jaringan lunak dan keras diantaranya tulang. Kekurangan protein akan menyebabkan perubahan pada timbunan asam amino, hal tersebut mengakibatkan hambatan reaksi sintesis protein sehingga menimbulkan hambatan juga dalam pembentukan matriks organik tulang. Proses berikutnya adalah kalsifikasi tulang, pada tahap ini mineral diantaranya kalsium dan fosfor diendapkan dalam matriks tulang. Jika terdapat hambatan dalam pembentukan matriks organik, maka akan ada hambatan juga dalam memproses kalsifikasi tulang sehingga terjadi penurunan kadar mineral tulang, diantaranya kalsium dan fosfor tulang sehingga dapat mempercepat osteoporosis (Pudyani, 2010).

Beberapa penelitian telah dilakukan untuk meneliti pengaruh kekurangan protein terhadap metabolisme mineral dan kepadatan tulang pada masa pertumbuhan. Salah satunya yang pernah dilaporkan oleh pudyani (2010). Dalam penelitian tersebut subyek penelitian terdiri dari 30 ekor anak tikus Rattus norvegicus yang dikelompokkan dalam 3 kelompok. Kelompok I adalah 10 anak tikus yang berasal dari induk tikus yang diberi pakan standar sejak bunting dan melahirkan, kemudian anak tikus yang dilahirkan setelah usia 30 hari (sapih) tetap diberi pakan standar sampai umur 56 hari. Kelompok II (10 ekor) anak tikus dari induk yang sejak bunting diberi pakan rendah protein (10%) sampai melahirkan, kemudian anak tikus yang dilahirkan diberikan pakan rendah protein (4%) sampai umur 56 hari. Kelompok III yaitu 10 ekor anak tikus yang berasal dari induk yang diberi pakan dengan rendah protein setelah umur 30 hari (disapih) diberikan pakan standar dengan protein 25% sampai umur 56 hari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pengurangan diet protein pada kelompok II dan III menyebabkan kelambatan kepadatan tulang terutama pada ujung proksimal yang terutama terdiri dari tulang trabekula. Hal ini disebabkan rangkaian kelainan yang parah sehingga mempengaruhi kemampuan pembentukan struktur jaringan yang normal. Pada permulaan pertumbuhan, terjadi pembelahan sel yang cepat (hiperplasi). Organ tubuh mengalami beberapa periode hiperplasi pada pertumbuhan yang melibatkan aktivitas metabolik seluler yang cepat. Pada periode ini jika terjadi penyakit yang mengganggu replikasi DNA dapat menyebabkan hambatan pertumbuhan yang menetap (ireversibel) oleh karena jaringan tidak dapat menambah jumlah sel akibat dari asupan protein yang kurang (Pudyani, 2010).

Sebuah studi retrospektif pasien lansia dengan osteoporosis dan subyek kontrol sehat menemukan bahwa konsumsi protein dan kalsium selama masa pertumbuhan secara signifikan terkait dengan status tulang dikemudian hari. Pada kelompok wanita yang cukup mengkonsumsi protein dan kalsium pada masa pertumbuhan menunjukkan kepadatan mineral tulang pinggul yang baik sedangkan kelompok asupan protein rendah selama masa pertumbuhan dikaitkan dengan risiko 2 kali lipat lebih besar dari fraktur antara wanita yang lebih tua.( Kalkwarf et al 2010)Hasil penelitian Chan et al (2008), juga menemukan bahwa masa kanak-kanak wanita yang mengonsumsi protein dan kalsium mempunyai kepadatan tulang yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang tidak atau hanya sedikit mengonsumsi protein dan kalsium. Namun banyak penelitian pengaruh asupan protein pada kesehatan tulang yang kontroversial. Protein merupakan unsur utama dari tulang , asupan protein yang cukup sangat penting untuk menjaga kesehatan tulang. Sedangkan efek yang merugikan asupan protein yang tidak seimbang pada kesehatan tulang telah didokumentasikan pada penelitian yang dilakukan di Amerika oleh Beasley et al (2013). Pada penelitian tersebut kalsium urin pada remaja dan dewasa saat diet tinggi protein, dari penelitian tersebut dinyatakan bahwa diet tinggi protein meningkatkan kalsium urin. Selanjutnya, acidifying asam amino seperti sistein dan metionin, yang dibebaskan setelah pencernaan protein, dapat merangsang resorpsi tulang osteoklastik, sehingga mengurangi kepadatan mineral tulang (BMD). Penelitian lain yang dilakukan oleh Universitas Harvard terhadap 70,000 wanita selama 12 tahun, bahwa dari wanita yang mengkonsumsi protein lebih banyak memiliki resiko kasus patah tulang karena konsumsi protein cenderung menyebabkan kehilangan kalsium lewat kencing. (Shira,2011)

Pada tahun 2008, Kerstetter memeriksa data dari lebih dari 20 klinik percobaan intervensi pada manusia dewasa di mana diet dikontrol, protein diet dimanipulasi dan kalsium urin diukur. Meskipun desain eksperimental bervariasi, sumber protein dan periode studi , hampir semua studi melaporkan hubungan positif antara asupan protein dan urin kalsium. Rata-rata, untuk setiap kenaikan 50 g protein yang dikonsumsi, terdapat kenaikan jumlah kalsium dalam urin sekitar 1,6 mmol dalam 24 jam. Memang, beberapa peneliti telah menyimpulkan bahwa protein adalah regulator yang lebih penting dari kalsium urin dari asupan kalsium. (Kerstetter,2008)Pengaruh dari kelebihan protein menyebabkan pH darah dibawah 7,0 yang mengakibatkan darah menjadi asam dan harus dinetralisir oleh kalsium. Kelebihan protein asam amino dalam tubuh mengakibatkan pH darah menjadi asam (asidosis). Asidosis memicu tubuh kita agar melakukan homeostasis, dengan cara menetralisir pH darah yang asam sehingga kembali ke pH yang normal yaitu 7,35 (Jane,2011)Menurut Elkaim Yuri (2008) bahwa pada saat darah menjadi terlalu asam, tubuh akan melakukan homeostasis dengan cara menetralkan melalui penggunaan senyawa penyangga seperti natrium bikarbonat. Namun, apabila asidosis terus berlanjut dapat menurunkan jumlah senyawa penyangga basa alami (natrium bikarbonat).Setelah senyawa penyangga basa awal telah habis, tubuh akan mulai mengambil seyawa yang bersifat basa yaitu kalsium. Kalsium diambil dari tulang dan gigi untuk menetralkan asam dalam darah. Pengambilan kalsium ini disebabkan oleh adanya sekresi hormon PTH yang merangsang terbentuknya sel osteoklas yang berguna untuk proses reabsorpsi tulang. Sehingga mengakibatkan kepadatan tulang berkurang atau biasa kita kenal dengan istilah osteoporosis (AKG UI, 2010).