Diterbitkan oleh :Percetakan & Penerbit

Syiah Kuala University PressDarussalam, Banda Aceh

BUKU AJAR

JARINGAN KERAS GIGI

ASPEK MIKROSTRUKTUR DAN APLIKASI RISET

OLEH

ABDILLAH IMRON NASUTION

SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS

BANDA ACEH

2016

Judul buku

JARINGAN KERAS GIGI – ASPEK MIKROSTRUKTUR

DAN APLIKASI RESET

Penulis

Abdillah Imron Nasution

Penerbit

Syiah Kuala University Press

Kampus Universitas Syiah Kuala

Jln. Tgk. Chik Pante Kulu

Darussalam, Banda Aceh 23111

Cetakan Pertama :

April 2016

ISBN :

Dicetak Oleh :

Syiah Kuala University Press

Hak Cipta©2016 Pada Penulis

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Dilarang keras

memperbanyak, memfotocopy sebagian atau seluruh isi buku ini,

serta memperjual belikannya tanpa mendapat izin tertulis dari

Penerbit.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ................................................... 1

PENDAHULUAN ....................................................... 6

EMAIL .......................................................................... 7

Sifat Fisik Email ............................................................................ 7

Sifat Kimiawi Email ..................................................................... 7

Sifat Mekanis Email ..................................................................... 8

Struktur Mikroskopis Email ....................................................... 9

Kristal Apatit ................................................................................. 13

Email dan Pasta Gigi Nanohidroksiapatit (n-HAp) ............... 17

Demineralisasi Email ................................................................... 18

Remineralisasi Email .................................................................... 19

Mineralisasi dan Komposisi Utama Email ............................... 26

Mineralisasi dan Buffer Saliva .................................................... 30

Buffer pada Pasta gigi Nano hydroxyapatite (n-HAp).................. 31

Fluor ............................................................................................... 35

Email, bahan herbal dan S. mutans ............................................. 38

Daftar Pustaka .............................................................................. 42

DENTIN ..................................................................................... 45

Struktur Mikroskopis Dentin ..................................................... 46

Sifat Fisik Dentin .......................................................................... 51

Sifat Kimia Dentin ....................................................................... 51

Sifat Mekanik Dentin ................................................................... 51

Dentin dan Sodium Lauryl Sufate ................................................. 52

Dentin Akar Gigi dan chelating agent ................................................ 53

Bahan khelasi dan regangan mikro dentin akar gigi ............... 55 EDTA (Etylen Diamine Tetra Acetic Acid) ............................ 55 Rc-Prep .......................................................................................... 55 Bahan khelasi dan regangan mikro dentin akar gigi ............... 55

Dentin Akar Gigi dan Analisis XRD ........................................ 56

Daftar Pustaka .............................................................................. 60

SEMENTUM ............................................................... 63

Sifat Fisik Sementum ................................................................... 64

Sifat Kimia Dentin ....................................................................... 64

Sifat Mekanis Dentin ................................................................... 65

Cementum Enamel Junction .......................................................... 65

Daftar Pustaka .............................................................................. 66 GLOSSARY ................................................................... 67

Index ............................................................................. 70

KATA PENGANTAR

Pengetahuan mengenai mikrostruktur jaringan keras gigi sangat diperlukan, sebab dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan sekarang ini, begitu banyak ilmu-ilmu terapan lainnya yang dibutuhkan dalam memahami mikrostruktur jaringan yang terdiri dari email, dentin, dan sementum ini. Sebagaimana diketahui, ruang lingkup keilmuan mikrsotruktur jaringan keras gigi yang bahan non organiknya adalah kristal hidroksi apatit ini begitu luas, sedari pemahaman dasar hingga pengembangannya berdasarkan sifat dan karakter masing-masing baik dalam hubungannya dengan tubuh, mikroorganisme, maupun aplikasi material yang bertujuan untuk menciptakan kesehatan rongga mulut dan gigi yang lebih baik. Dalam buku ini, integrasi keilmuan seperti fisika, teknik, kimia, biologi, dan ilmu terapan lainnya yang diperjelas dengan hasil-hasil riset terbaru yang penulis lakukan. Abdillah Imron Nasution

1

PENDAHULUAN

Jaringan keras adalah adalah jaringan yang mengalami mineralisasi. Secara biologi mineralisasi atau kalsifikasi dapat didefinisikan sebagai proses dimana terdapat sejumlah besar mineral dan bentuk kristal-kristal kompleks yang membentuk jaringan. Berdasarkan kandungan mineralnya, umumnya jaringan tubuh dibagi atas jaringan lunak dan jaringan keras. Terdapat dua perbedaan yang penting antara mineral pada jaringan lunak dan jaringan keras. Jaringan lunak terdiri atas mineral-mineral kurang lebih 1% sedangkan pada jaringan keras tubuh dapat mencapai tingkat hingga 98%. Tidak hanya kuantitas, bentuk mineral-mineral juga berbeda antara jaringan lunak dengan jaringan keras. Pada jaringan lunak, mineral-mineral diasosiasikan dengan ion-ion yang yang berpencar secara acak pada cairan dan fase organik tubuh sedangkan pada jaringan keras mineral-mineral membentuk crystalline lattice yang memiliki ciri khusus. Berdasarkan cirri ini, terdapat 3 (tiga) jaringan keras gigi, yaitu: email, dentin, dan sementum. Ketiganya memiliki tingkat dan mineralisasi yang berbeda yang secara otomatis mempengaruhi sifat dan karakter masing-masing terutama tingkat kekerasannya.

Untuk itu, integrasi mikrostruktur jaringan keras gigi ke dalam riset-riset yang dibutuhkan untuk mendukung ilmu-ilmu klinis seperti dental material, orthodonti, prostodonti, endodonti dan dan tentu saja oral biology. Di samping itu, integrasi ini tentu saja dapat menambah khazanah ilmu pengetahuan khususnya dalam ilmu kedokteran gigi dasar.

2

EMAIL Email merupakan jaringan keras tubuh manusia yang mengalami mineralisasi dan mempunyai nilai kekerasan permukaan yang tinggi. Email bersifat avaskular yaitu tidak memiliki pembuluh darah dan juga tidak memiliki saraf di dalamnya.

Sifat Fisik Email Secara fisik email sangat keras dan merupakan jaringan biologis yang paling keras pada tubuh karena kandungan mineral yang tinggi. Email berwarna putih keabu-abuan dan tampak sedikit berwarna kuning karena dipengaruhi warna dentin di bawahnya. Ketebalan email maksimum sekitar 2.5 mm terdapat pada permukaan insisal-oklusal dan menipis di daerah servikal dengan ketebalan email 0.5 mm.

Sifat fisik email lainnya adalah bersifat isolator terhadap hantaran panas maupun listrik, dan meskipun sebagian besar email tersusun dari kristal apatit dengan kristalinitas yang tinggi. Namun email tidak mempunyai sifat piezzo elektrik maupun pyro elektrik.3 Email mempunyai sifat semi permiabel untuk beberapa zat, terutama yang mempunyai berat atom atau molekul kecil seperti fluor. Sifat Kimiawi Email Email gigi terdiri atas zat organik 30 %, anorganik 58% dan air 12%. Molekul organik yang terdapat pada email yaitu: Enamelin (ENAM), amelogenin (AMELX), ameloblastin (AMBN), tuftelin (TUFT1), amelotin (AMELOTIN), dentine sialophosphoprotein (DSPP) dan berbagai enzim seperti kallikrein-4 (KLK4) dan matriks metalloproteinase-20 (MMP20). Zat anorganik utama email gigi adalah kristal hidroksiapatit (HA). Kandungan zat organik email terdiri atas protein (58%) yang dikenal sebagai Enamelin. Enamelins ini diketahui akan berikatan sangat erat pada permukaan kristal apatit dan mengisi semua ruang antar kristal-kristal HA.

38

5. Elliott JC, Wilson RM, Dowker SEP. Apatite Structure. International Centre for Diffraction Data. 2002; 45:172.

6. Tschoppe P, Zandim DL, Martus P, Kielbassa AM. Enamel and dentine remineralization by nano-hydroxyapatite toothpastes. Journal of Dentistry 2011;39(6):430-7.

7. Comar LP, Souza BM, Gracindo LF, Buzalaf MAR, Magallhaes AC. Impact of experimental Nano-HAP Pastes on Bovine Enamel and Dentin Submitted to a pH Cycling Model. Brazilliaan Dental Journal 2013:273.

8. Susan Higham B, PhD, CBiol, MSB. Caries Process and Prevention Strategies: Demineralization/Remineralization. 2011.

9. Kunin AA, Belenova IA, Ippolitov YA, Moiseeva NS, Kunin DA. Predictive research methods of enamel and dentine for initial caries detection. The EPMA Journal 2013;4(19).

10. Mount GJ, Hume WR. Preservation and Restoration of Tooth Structure. 2nd ed. Queensland: Knowledge Books and Software; 2005:25-26.

11. Simmer JP, Papagerakis P, Smith CE, Fisher DC, Rountrey AN, Zheng L, et al. Regulation of Dental Enamel Shape and Hardness. Journal of Dental Research and Scientific Development 2010.

12. Smith TM. Dental hard Tissue Laboratory. Germany: Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology; 2005.

13. Hicks J, Garcia-Godoy F, Flaitz C. Biological factors in dental caries enamel structure and the caries process in the dynamic process of demineralization and remineralization (part 2). The Journal of Clinical Pediatric Dentistry 2004;28(2).

14. Melfi RC, Alley KE. Permar’s Oral Embryology and Microscopic Anatomy. 10th ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2000:81-101.

15. Calderynl L.. Stott MJ.. Rubio A.Electronic and Crystallographic Structur of Apatite. Physical Reviews. B67. 1341-1346.

31

DENTIN Dentin merupakan bagian yang terluas dari struktur gigi yang meliputi seluruh panjang gigi mulai dari mahkota hingga akar.1 Dentin terletak di bawah enamel pada bagian mahkota dan terletak di bawah sementum pada bagian akar serta mengelilingi pulpa. Dentin dibentuk dari odontoblast yang berasal dari ektomesenkim. Sejumlah 70% bahan anorganik dentin berupa kristal kalsium hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2). Sebesar 20% dentin teridir dari serat kolagen dan 10% air. Kristal hidroksiapatit ini mirip dengan yang ditemukan pada enamel tetapi dengan persentase yang lebih rendah sehingga dentin lebih lunak dibandingkan enamel. Dentin pada mahkota gigi dilapisi oleh enamel sedangkan dentin pada akar gigi dilapisi oleh sementum. Proses pembentukan dentin disebut dentinogenesis. Berdasarkan waktu pembentukannya dentin dapat dibagi atas tiga macam yaitu: dentin primer. dentin sekunder dan dentin tertier. Dentin Primer adalah dentin yang dibentuk sewaktu masih dalam kandungan. Bagian ini. merupakan bagian dentin yang paling keras belum termineralisasi dan berada langsung di bawah lapisan email. Pada bagian ini terdapat mantel dentin yang dibawahnya terdapat sirkumpulpa. Dengan ketebalan sekitar 6-8 mm pada area mahkotanya, dentin sirkumpulpa menjadi bagian terbesar dentin primer.

Dentin Sekunder (irregular dentin) merupakan dentin yang mengisi sepanjang dinding terluar dari pulpa. Pembentukan dentin sekunder lebih lambat dan termineralisasi lebih sedikit dibandingkan dentin primer. Pada beberapa gigi seperti pada gigi molar, dentin sekunder terdeposisi lebih banyak pada atap dan lantai kamar pulpa dibandingkan pada sisi sampingnya. Hal ini dikarenakan untuk melindungi pulpa dari tekanan oklusal. Proses

46

DAFTAR PUSTAKA 1. Mjor, Ivar A. Ole Feejerskov. Human Oral Embriology and Histology.

Alih bahasa Fazwishni Siregar. Jakarta: Widya Medika. 1991. p.81-92.

2. Avery, James K. Chiego DJ. Essential of Oral Histology and Embriology. A Clinical Approach. 3rd ed. Missouri: Mosby Elsevier. 2006. p.108-113.

3. Balogh MB, Fehrenbach MJ. Dental Embriology, Histology, and Anatomy. 2nd ed. Missouri: Evolve Elsevier, 2006.p.192-201.

4. Brand RW, Isselhard DE. Enamel, dentin, and pulp. In: Anatomy of Orofacial Structure. 7th ed. Missouri: Mosby Elsevier, 2003.p. 271-273

5. Ritter AV, Dias W, Miguez P, Caplan DJ, Swift EJ. Treating cervical dentin hypersensitivity with Fluoride varnish. A randomized clinical study. JADA 2006; 137:1013-1020

6. Akca AE, Gokce S. Kurkcu M, Ozdemir A. Clinical Assessment of Bond and Fluoride in Dentin Hypersensitivity. Gulhane Military Medical Academy Center of Dental Sciences Department of Periodontology 2006; 30(4):92-100.

7. McCabe.John F. Angus W.G.Walls. Applied dental materials.9th ed.New York : Black well publishing.Ltd. 2008.p.16-18

8. Bence R: Endodontik Klinik (terj.). 1990. Jakarta: Universitas Indonesia.

9. G. De-Deus. S. Paciornik & M. H. P. Mauricio. Evaluation of the effect of EDTA. EDTAC and citric acid on the microhardness of root dentine. International Endodontic Journal 2006; 39. 401–407.

10. Craig dan Dental Materials and Their Selection - 3rd Ed. (2002) by William J. O'Brien.

11. Wanatabe.Satoshi.dkk. Dentin Strain Induced by Laser Irradiation. Australian Endodontic Journal. Aus Endod J. 2010; 36 : 74-78.

12. Powers. John M.. Ronald L. Sakaguchi. Craig.s. Restorative dental material.2006. Mosby Elsevier.

13. Nalla RK. Kinney JH. Ritchie RO. On The Fracture Of Human Dentin : Is it stress-or strain-controlled? J Blomed Mater Res 2003;67 : 484-95.

14. Saw LH. Messer HH. Root Strains Associated With Different Obturation Techniques. J.Endod. 1995;21:314-200.

47

15. Calderynl L.. Stott MJ.. Rubio A.Electronic and Crystallographic Structur of Apatite. Physical Reviews. B67. 1341-1346.

16. Langenati. Ratih. Futichah. Regangan Mikro dan Pengaruhnya Terhadap Morfologi Mikrostruktur Hasil Oksidasi Gagalan Pelet Sinter UO2. J. Tek. Bhn. Nukl. Vol. 5 No. 2 Juni 2009: 53–105.

48

SEMENTUM Sementum disekresikan oleh sel sementoblas di akar gigi hingga ujung akar berfungsi sebagai tempat perlekatan ligamentum periodontal ke gigi. Fungsi sementum lainnya adalah tempat perlekatan collagen fibers dari periodontal membran pelindung dentin pada akar gigi yang memungkinkan terjadinya erupsi gigi. Sementum mempunyai kesamaan struktur dengan tulang kompakta. Lapisan sementum sangat tipis pada daerah servikal akar dan tebalnya bertambah pada daerah apikal. Secara seluler, sementum terdiri dari 3 tipe, yaitu cellular sementum, acellular sementum, dan intermediate sementum. Sementum seluler mengandung sementosit yang berada dalam lacuna, sehingga berhubungan melalui suatu sistem anastomosa kanalikuli. Sementum seluler ini ditemukan di daerah apikal dan region furkasi gigi. Sementum aseluler terletak pada lapisan paling dalam dan tidak memiliki sel. Sementum ini menutupi apikal ½-⅔ dari akar gigi Sementum Aseluler adalah sementum yang menutupi semua bagian dari permukaan akar gigi berupa lapisan hyaline tipis. Sementum ini mempunyai garis incremental yang berjalan secara paralel pada permukaan akar gigi. Sementum ini menutupi ⅓-½ akar gigi yang merupakan pertemuan antara akar gigi dengan cemento dentinal junction (CDJ). Sementum intermediate ditemukan pada bagian sementodentinal junction. sehingga dapat bersifat sebagai sementum maupun dentin. Bagian yang dekat email karakteristiknya seperti aprismatik email. Berdasarkan lokasinya. sementum terbagi atas: Sementum radikular (dijumpai pada akar gigi) dan Sementum koronal yang terbentuk di atas email yang membalut mahkota gigi). Berdasarkan keberadaan fibril kolagen, sementum terbagi atas: Sementum fibrilar (matriksnya mengandung fibril kolagen tipe I) dan Sementum afibrilar (matriksnya tidak mengandung kolagen tipe I). Berdasarkan sumber serabut matriksnya sementum terdiri atas: Sementum serabut ekstrinsik (mengandung serat

51

DAFTAR PUSTAKA

1. Balogh MB. Fehrenbach MJ. Dental Embryology. Histology. and Anatomy. 2ndEd. St.Louis. Missouri: Elsevier Saunders; 2006. p.179-180; p.185; p.186-189.

2. Avery JK. Oral Development and Histology. 3rdEd. New York: Thieme Medical Publishers; 2002. p.169.

3. Elliott JC. Wilson RM. Dowker SEP. Apatite Structure. International Centre for Diffraction Data. 2002; 45:172.

4. Atkinson ME. White FH. Principle of Anatomy and Oral Anatomy for Dental Students. London: Churchill Livingstone; 1992. p.422.

5. Slootweg PJ. Dental Pathology: A Practical Introduction. New York: Springer; 2007. p.7.

6. Daniel SJ dan Harfst. Mosby’s dental Hygiene: Concept, cases, and competencies, 2004 update, p. 288, St.Louis, 2004, Mosby

GLOSSARY Amorf, tidak menghablur dan tidak mempunyai bentuk geometri tertentu Ameloblas, sel yang terlibat dalam pembentukan gigi. Amelogenesis imperfecta, kelainan perkembangan gigi Asam konjugat sisa asam yang mempunyai kemampuan untuk bertindak sebagai bas Atomic Force Microscopy (AFM), Jenis mikroskop untuk deteksi fitur skala atom pada berbagai permukaan bahan yang mencakup keramik, sampel biologis, dan polimer Augmentasi, proses pengeluaran zat sisa yang tidak diperlukan oleh tubuh As, Arsen Basa konjugat, akseptor proton Basa lemah, basa yang hanya sedikit mengionisasi pada larutan berair Bioavailabilitas tingkat sejauh mana suatu obat atau zat lain diserap dan beredar dalam tubuh Biokompatibel, sifat material yang dapat memberikan performa pada respon Bioaktif, senyawa kimia yang menghasilkan aktivitas biologis dalam tubuh Ba, Barium Br, Brom Ca, Calsium Cd. Kadmium Cr, Krom CO3, Karbonat Cl, Klorida Densitas, nilai kepadatan suatu bahan dengan satuan g/ cm3 Dentinogenesis, proses embriogenesis pertumbuhan gigi geligi Edentolus, tidak ada gigi Elongasi, pemanjangan Elastisitas, kemampuan suatu zat padat untuk kembali ke bentuk awal setelah mendapat gangguan luar yang diterapkan dan kemudian dihilangkan, satuan adalah GPa F, Fluor Ge, Germanium

Hardness (VHN), satuan nilai kekerasan material yang diukur dengan vicker HCL, Asam klorida Heksagonal, salah satu susunan simetris kristal Hidrokarbon, senyawa yang terdiri dari unsur atom karbon (C) dan atom hidrogen (H). Hidropobik, sifat tidak menyukai air I, Yodium Jaringan periodontal, jaringan penyokong gigi Kristalinitas, sifat kristal baik itu ukuran, regangan dll K, Kalium Kristal, susunan khas atom-atom yang dibangun oleh sel unit, tersusun secara 3D secara periodik berulang dalam suatu kisi Lattice, kisi

Le Châtelier, asas yang digunakan dalam memprediksi pengaruh perubahan kondisi pada kesetimbangan kimia. Lubrikan, cairan pelumas Mastikasi, pengunyahan Microvickers Hardness, alat untuk menghitung kekerasan suatu material Mg, Magnesium Nanometer, satuan 10-9 meter Na, Natrium Nano hidroksiapatit, jenis pasta gigi yang mengandung hidroksiapatit dalam ukuran nano Nukleasi, pembentukan nukleat, propagasi (pertumbuhan kristal), dan pematangan (penyempurnaan kristal dan/atau pertumbuhan lanjutan OH, Hidroksi O, Oksigen Piezzo elektrik, daya yang dapat mengubah energi kinetik menjadi energi listrik Pyro elektrik, kemampuan untuk menarik kemudian melemparkan energi listrik akibat menumpuknya muatan listrik pada permukaan Plak, lapisan tipis yang berasal dari mikroorganisme, sisa makanan dan bahan organik yang terbentuk di gigi, pH, derajat keasaman, potential of Hydrogen Pb, Timbal P, Fosfor Probiotik, mikroorganisme hidup yang diberikan sebagai suplemen makanan atau minuman Porus, memiliki rongga atau pori

Skala Pauling, skala dalam pengukuran elektronegativitas suatu unsur. Sr, Stronsium S, Sulfur Si, Silikon SEM (Scanning Electron Microscopy), mikroskop yang berfungsi melakukan scanning pada permukaan spesimen yang diamati dengan menggunakan electron beam sehingga menghasilkan sebuah gambar sebagai hasil akhir dari pengamatan. Pada penggunaan untuk menentukan komposisi kimia, SEM dapat dipadukan dengan Energy

Dispersive X-Ray (EDX)

INDEX Brushite, 15 Buffer, 19, 26, 29, 30, 31 Ca, 14, 20, 25, 26, 48, 49, 54, 58 Ca/P, 26, 27, 28, 29, 37, 38 Demineralisasi, 15, 18, 20, 21, 22, 23, 25, 28, 32, 33, 36, 38 Dentino Enamel Junction, 10 Fluor 7, 9, 20, 33, 34, 35, 37, 38, 47, 48, 49, 57 Kristal hidroksiapatit 2, 11, 13, 14, 15, 20, 24, 25, 35, 42, 45, 54, 56, 57, 58, 59, 64 Microvickers Hardness, 9 Nano hidroksiapatit/ n-HAp 17, 18, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, OH, 14, 20, 24, 25,4 2, 48, 49, 54 Parameter kisi, 13 PO4, 14, 20, 25, 26, 48, 49

Protein email 7,8, Prisma email 10, 11, 12, 13, 15, 17 Regangan mikro 8, 54 ,55, 56, 58, 59 Remineralisasi, 15, 19, 20, 26, 28, 38 S. mutans 38, 39, 40 Sodium Lauryl Sufate (SLS) 52, 53, 54 Tubulus Dentin, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54