## PROFIL OSTEOBLAS DAN OSTEOKLAS TULANG ALVEOLAR PADA MODEL TIKUS DIABETES TAHAP AWAL DENGAN APLIKASIGAYA ORTODONTI YANG BERBEDA

## Nuzulul Hikmah
Biomedik Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Jember Email : nuzulul.drg@gmail.com

## ABSTRAK
Orthodontic tooth movement is obtained through alveolar bone remodeling. Alveolar bone remodeling includes resorption process that played by osteoclasts and bone formed process that played by osteoblasts. Diabetes affects on orthodontic tooth movement. The magnitude of  orthodontic  force  that  applied  in  the  early  stages  of  diabetic  conditions,  would  be  a consideration  of  the  alveolar  bone  remodeling  process.  The  purpose  of  this  study  was  to determine  osteoblast  and  osteoclast  profile  in  early  stage  of  rat  diabetic  models  with different  orthodontic  force  application.  24  Wistar  rats  were  divided  into  three  groups  of controls  andthree  groups  of  early  stage  of  diabetic  treatment  with  different  orthodontic force  application  (10,  20,  and  30  gramforce/grf).  The  results  showed  an  increased  of osteoclast  numbers  in  early  stage  of  diabetes  and  will  be  increased  along  with  the increased of orthodontic force.  The results also showed a decreased of osteoblast number in early stage of diabetes, but it would be increased along with the increased of orthodontic force.
Keywords: Osteoblast, osteoclast, diabetes, orthodontic force.

## PENDAHULUAN
Perawatan ortodonti merupakan perawatan  di  bidang  kedokteran  gigi  yang bertujuan  untuk  memperbaiki  maloklusi  pada gigi  geligi.  Pergerakan  gigi  pada  perawatan ortodonti  diperoleh  melalui remodeling tulang alveolar  dan  jaringan  periodontal  sebagai respon  terhadap  adanya  gaya  mekanis  (gaya ortodonti).
Aplikasi  gaya  ortodonti  pada  gigi geligi  menyebabkan  resorpsi  tulang  alveolar pada  daerah  tekanan  di  ligamenperiodontal, sedangkan  daerah  tarikan  pada  ligamen periodontal  mengalami  pembentukan  tulang (Roberts-Harry dan Sandy, 2004).
Tulang  secara  konstan  mengalami proses remodeling yang  merupakan  proses kompleks yang meliputi resorpsi dan pembentukan tulang. Remodeling tulang membutuhkan  koordinasi  dari  tiga  tipe  sel yaitu osteosit, osteoblas dan osteoklas. Dengan pemberian  gaya  mekanis,  osteosit  berperan sebagai  mekanosensor  untuk  mendeteksi perubahan  aliran bone  fluid dalam bone canaliculi ,  serta  merespon-nya  melalui  sinyal transmisi  menuju  osteoblas  sebagai syncytial process .  Selanjutnya  osteoblas  menstimulasi diferensiasi  osteoklas  dan  meresorpsi  tulang (Wongdee dan Charoenphandhu, 2011).
Resorpsi  dan  pembentukan  tulang alveolar  selama  pergerakan  gigi  secara ortodonti  bergantung  pada  besar,  arah  dan lamanya  pemberian  gaya  mekanis.  Pemberian gaya  mekanis  yang  berlebihan  akan  menekan jaringan periodontal, sehingga terjadi trombosis,  kematian  sel  dan  hyalinisasi (Meikle,  2006).  Perubahan  status  metabolik dapat  mengganggu remodeling tulang,  yang dapat menyebabkan perbedaan tingkat pergerakan  gigi  (Verna et  al .,  2000).  Oleh karena  itu,  diabetes  dapat  mempengaruhi pergerakan  gigi  secara  ortodonti  (Reichert et al ., 2009.Diabetes mempengaruhi bone turnover ,  menyebabkan  penurunan  densitas mineral  tulang,  osteopenia,  osteoporosis, keparahan  penyakit  periodontal  (Rakel et  al .,
2008 dan Lappin et al ., 2009).
Beberapa  penelitian  telah menjelaskan mekanisme perubahan remodeling tulang pada diabetes,  salah  satunya  adalah  penurunan pembentukan tulang sebagai hasil dari penurunan aktivitas osteoblas atau peningkatan apoptosis dari sel osteoblas (He et al .,  2004).  Faktor  lain  yang  berkontribusi adalah  peningkatan  aktivitas  resorpsi  tulang (Liu et  al .,  2006).  Diabetes/Hiperglikemia menginduksi polyol pathway , produksi advanced  glycation  end  products (AGEs),
reactive  oxigen  species (ROS)  serta  aktivasi protein  kinase  C (PKC),  yang  berpengaruh langsung  maupun  tidak  langsung  terhadap remodeling jaringan periodontal dan bone loss (Graves et al ., 2007).
Perawatan  ortodonti  pada  kondisi diabetestahap awal diduga berpengaruh terhadap  proses remodeling tulang  alveolar. Aplikasi  besarnya  gaya  ortodonti  menjadi pertimbangan  pada  kondisi  diabetes  tahap awal,  sehingga  diharapkan  tidak  terjadi kerusakan  tulang  alveolar  lebih  lanjut  serta terjadi  pergerakan  gigi  secara  optimal.  Tujuan dari  penelitian  ini  adalah  untukmengetahui profil  osteoklas  dan  osteoblas  tulang  alveolar pada  model  tikus  diabetes  tahap  awal  dengan aplikasi gaya ortodonti yang berbeda.

## BAHAN DAN METODE Hewan Coba dan Sampel
Hewan  coba  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  tikus  putih  ( Rattus norvegicus ) strain  Wistar , yang  diperoleh  dari Laboratorium Farmakologi
Fakultas
Kedokteran  Universitas  Brawijaya  Malang. Kriteria inklusi dalam penelitian ini adalah, (a) kondisi  fisik  tikus  putih  sehat  dan  tidak mengalami  kelainan,  (b)  jenis  kelamin  jantan, (c)  usia  4  bulan,  (d)  Berat  badan  250-300 gram.Kriteria  eksklusi,  (a)  tikus  mengalami cacat atau kelainan, (b) tikus yang mati selama penelitian,  (c)  pada  pemeriksaan  kadar  gula darah  hari  ke  3  belum  menunjukkan  tanda hiperglikemia.
Besar  sampel  dalam  penelitian  ini adalah  sebanyak  24  ekor  tikus  (4  ekor  tikus untuk  setiap  kelompok).  Rancangan  penelitian terdiridari,  K1  (kontrol  negatif,  normal,  tidak memakai  alat  ortodonti),  K2  (kontrol  positif diabetes  awal,  tidak  memakai  alat  ortodonti), K3  (kontrol  positif,  normal,  memakai  alat ortodonti  30  grf),  K4  (kondisi  diabetes  awal, memakai  alat  ortodonti  gaya  10  grf),  K5 (kondisi diabetes awal, memakai alat ortodonti gaya  20  grf),  K6  (kondisi  diabetes  awal, memakai alat ortodonti gaya 30 grf). Penelitian dilakukan  setelah  mendapat  persetujuan  dari Komite  Etik  Fakultas  Kedokteran  Universitas Brawijaya Malang.
Induksi Stratified  Dose Streptozotocin  (SD- STZ) pada Hewan Coba
Setelah  di  aklimatisasi  selama  satu minggu, hewan coba ditimbang berat
badannya,
kemudian disuntikkan
Streptozotocin  (Nacalai  tesque  inc.  Kyoto Japan, code 32238-91) dengan dosis bertingkat secara intraperitoneum . Induksi dimulai dengan  dosis  40  mg/kgBB,  35  mg/kgBB,  30 mg/kgBB,  25  mg/kgBB  dan  20  mg/KgBB selama  5  hari  berturut-turut.    Hewan  coba diinkubasi selama 7 hari, dan diobservasi kadar glukosa darahnya yang diambil dari vena ekor tikus.  Tikus  dengan  diabetes  ditandai  dengan Kadar  Glukosa  Darah  (KGD)  >  300  mg/dl (Nurdiana et al ., 1998).

## Desain, Pengukuran Gaya dan Pemasangan Alat Ortodonti
Desain alat ortodonti yang aplikasikan pada  hewan  coba  berupa  kawat stainless  steel 0,012  U  (ClassOne  Orthodontics,  USA) dengan  koil  diameter  2  mm,  dan  panjang lengan  kawat  10  mm.  Ujung  lengan  kawat  di pasang  pada matrix  band (Meba,  Germany) berbentuk cincin dengan panjang 2 mm(Maulana et al ., 2014). Besar gaya mekanis yang  dibebankan  sebesar  10,  20,  dan  30 grf.Pengukuran  gaya  mekanis  pada  alat ortodonti  menggunakan  desain  pemodelan dengan tool  ANSYS  ver.14  struktural ,  yang selanjutnya  dikonfirmasi  menggunakan  alat pengukur tekanan ( The
Richmond Orthodontics  Stress  and  Tension  Gauge, Ormco,  USA),  yang  diletakkan  pada  papan model ukur.
Hewan  coba  dianestesi  menggunakan
Ketamine  HCl (Anasject)  dengan  dosis  10 mg/KgBB  secara intraperitoneum .  Gigi  insisif rahang  atas  di  sebelah  mesial  dibentuk menggunakan metal  strip (Biodiinamica,
Brasil)  sampai  kedua  gigi  insisif  rahang  atas membentuk kesejajaran. Alat ortodonti dipasang  pada  gigi  insisif  rahang  atas  secara tegak lurus dengan sumbu gigi. Stabilisasi alat ortodonti  menggunakan  semen  glass  ionomer tipe  IX  (Fuji  IX  GC,  Japan).  Lama pemasangan  alat  ortodonti  adalah  7  hari (Gambar 1).
Gambar  1. Pemasangan  Alat  Ortodonti.  Alat ortodonti  dipasang  pada  gigi insisif  rahang  atas  secara  tegak lurus  dengan  sumbu  gigi,  serta sumbu alat ortodonti yang berimpit  sejajar  dengan  garis median gigi.

## Prosedur Histologis
Hewan coba dieutanasia menggunakan anestesi  eter,  alat  ortodonti  dilepas  dan dilakukan  pemotongan  rahang  atas  pada  regio kedua  gigi  insisif  dengan  menggunakan  bur. Sampel di fiksasi menggunakan formalin 10% selama  24  jam,  dekalsifikasi  menggunakan EDTA  14%  selama  30  hari,  dilakukan dehidrasi, clearing, embedding
parafin,sertapemotongan menggunakan mikrotom arah longitudinal dengan ketebalan 5 mikronuntuk prosedur pengecatan
Hematoxylin Eosin (HE). Dilakukan prosedur pewarnaan
menggunakan HE untuk mengetahui gambaran histologis sel osteoblas dan osteoklas. Penghitungan  sel  osteoblas  dan  osteoklas dilakukan  menggunakan  mikroskop  ( Olympus
BX-51 )  perbesaran  400X  pada  4  potongan jaringan di 5 lapang pandang terpilih.

## Analisis Statistik
Data  hasil  perhitungan  meliputi  rata- rata  jumlah  osteoblas  serta  rata-rata  jumlah osteoklas  tulang  alveolar  pada  daerah  tekanan dan  tarikan  di  ligamen  periodontal.  Analisis statistikmeliputi Uji ANOVA dan Uji t menggunakan SPSS 20.0.

## HASIL Osteoblas
Sel  osteoblas  tulang  alveolar  dapat diamati  pada  daerah  tekanan  dan  tarikan ligamen  periodontal  (Gambar  2).  Rata-rata jumlah  osteoblas  di  daerah  tarikan  lebih banyak dibandingkan daerah tekanan (Gambar 3a). Hasil uji ANOVA menunjukkan perbedaan yang bermakna pada kelompok K3- K4-K5  ( p =0.00),  di  daerah  tekanan  dan tarikan.  Hasil  uji t menunjukkan  adanya perbedaan yang bermakna  pada kelompok K1- K2  ( p =0.00),  di  daerah  tekanan  dan  dan tarikan.

## Osteoklas
Sel  osteoklas  dapat  diamati  pada daerah tekanan dan tarikan ligamen periodontal  (Gambar  2).  Rata-rata  jumlah osteoklas  pada  daerah  tekanan  lebih  banyak dibandingkan  pada  daerah  tarikan  (Gambar 3b).  Hasil  uji  ANOVA  menunjukkan  terdapat perbedaan yang bermakna pada kelompok K3- K4-K5  serta  K4-K5-K6  ( p =0.00).  Hasil  uji t menunjukkan  adanya  perbedaan  yang  tidak bermakna antarkelompok K1- K2, pada daerah tekanan dan tarikan.
Gambar 2. Gambaran Histologis Sel Osteoblas (OB) dan Osteoklas (OC) Tulang Alveolar di Daerah Tekanan (a) serta Tarikan (b) Ligamen Periodontal.
OC OB OB
OC a b
Gambar 3. Diagram Rata-rata Jumlah Osteoblas (a) dan Osteoklas (b) Tulang Alveolar pada Daerah Tekanan  dan  Tarikan  Ligamen  Periodontal.  Garis  merah  menunjukkan  daerah  tekanan, garis biru menunjukkan daerah  tarikan. K1 (kontrol negatif, normal, tidak memakai alat ortodonti), K2 (kontrol positif diabetes awal, tidak memakai alat  ortodonti), K3 (kontrol positif, normal, memakai alat ortodonti 30 grf), K4 (kondisi diabetes awal, memakai alat ortodonti  gaya  10  grf), K5  (kondisi  diabetes  awal,  memakai  alat  ortodonti  gaya  20  grf), K6 (kondisi diabetes awal, memakai alat ortodonti gaya 30 grf).

## PEMBAHASAN
Sel osteoblas dan osteoklas merupakan  komponen  utama  yang  berperan pada  proses remodeling tulang  alveolar. Osteoblas  berperan  sebagai  pembentukan tulang  baru,  sedangkan  osteoklas  berperan pada  proses  resorpsi  tulang  (Hill,  1998). Aplikasi  gaya  ortodonti  akan  menghasilkan pergerakan  gigi,  yang  akan  menyebabkan resorpsi tulang alveolar pada daerah tekanan di ligamen periodontal, sedangkan daerah tarikan pada ligamen periodontal mengalami pembentukan  tulang  alveolar  (Roberts-Harry dan Sandy, 2004).
Rata-rata jumlah osteoblas pada daerah  tarikan  lebih  banyak  dibandingkan daerah  tekanan,  sedangkan  rata-rata  jumlah osteoklas  terlihat  lebih  banyak  di  daerah tekanan.  Hasil  tersebut  menunjukkan  bahwa osteoblas  banyak  terdapat pada daerah  tarikan yang  merupakan  daerah  pembentukan  tulang baru,  sedangkan  osteoklas  banyak  terdapat pada  daerah  tekanan  yang  merupakan  daerah resorpsi tulang alveolar.
Hasil analisis rata-rata jumlah osteoblas  menunjukkan  bahwa  pada  kondisi diabetes  dan  semakin  besar  gaya  yang diberikan,  akan  menyebabkan  penurunan jumlah  osteoblasnya.  Sel  osteoblas  pada diabetes  mengalami  apoptosis  oleh  karena aktivitas  AGEs  dan  ROS.  Aktivitas  apoptosis pada  diabetes  berlangsung  sangat  cepat, bahkan  dalam  hitungan  jam  yang  disebabkan oleh  aktivasi  efektor caspase (Graves et  al .,
2007).  Tingginya  tingkat  apoptosis  pada diabetes  disebabkan  oleh  mediator  inflamasi seperti  TNF  α  dan  AGEs.  ROS  juga merupakan  penyebab  utama  dari  apoptosis pada diabetes (Hock et al ., 2001 dan Alikhani et  al .,  2005).  Peningkatan  apoptosis bone lining cells dapat menurunkan tingkat pembentukan  tulang  baru  (Weinstein  et  al.,
1998 dan Hock et al ., 2001).
Hasil analisis rata-rata jumlah osteoklas menunjukkan bahwa kondisi diabetes  terjadi  aktivitas  resorbsi  tulang  yang lebih  tinggi,  dan  akan  meningkat  aktivitas resorpsinya ketika diaplikasikan gaya ortodonti  sebesar  30  grf.  Hasil  penelitian  ini sesuai  dengan  dengan  penelitian  terdahulu, dimana  terjadi  peningkatan  profil  osteoklas setelah  aplikasi  gaya  ortodonti  pada  tikus diabetes  pada  hari  ketujuh  dibandingkan dengan  tikus  normal  (Liu et  al .,  2006).  Tikus diabetes menunjukkan tingginya derajat inflamasi  dan  respon  inflamasinya  akan berlanjut  ketika  diaplikasikan  gaya  mekanis sehingga dapat menginduksi keparahan penyakit periodontal (Liu et al ., 2006). Hal ini mengakibatkan  pembentukan  dan  aktivitas osteoklas  yang  lebih  lanjut  serta  hilangnya perlekatan  antara  tulang  dan  gigi  yang  akan menyebabkan  peningkatan  produksi  matriks metalloproteinase, dan gangguan pembentukan tulang  baru  (Ryan et  al .,  1999  dan  Liu et  al .,
2006).
Kondisi  diabetes  berkaitan  dengan peningkatan  ekspresi  beberapa  sitokin  yang
0.000 10.000 20.000 30.000 K1 K2 K3 K4 K5 K6 Ju m lah Oste o b las Kelompok Hewan Coba Rata-rata Osteoblas 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 K1 K2 K3 K4 K5 K6 Ju m lah Oste o kl as Kelompok Hewan Coba Rata-rata Osteoklas Daerah Tarikan Daerah Tekanan a
berperan pada proses osteoclastogenesis . Pada kondisi  diabetes  yang  disertai  periodontitis kronis  terjadi  peningkatan  mediator  mediator inflamasi  seperti  peningkatan  ekspresi  TNFα, IL-1β,  IL-6,  RANKL  dan  OPG  (Taylor et  al ., 2013).  TNFα  dan  IL-1β  dapat  menyebabkan osteoblas  mengekspresikan  protein  RANKL, yang selanjutnya akan menstimulasi prekursor osteoklas  untuk  berdiferensiasi  dan  secara langsung  mengakibatkan  kerusakan  tulang alveolar (Cohen, 2008). RANKL juga bertanggung  jawab  terhadap  produksi  ROS yang meliputi pembentukan radikal bebas, ion oksigen  dan  peroksidase,  yang  merupakan penyebab  utama  proses osteoclastogenesis (Kim et al ., 2010 dan Jules et al ., 2012).
Kesimpulan  penelitian  ini  adalah terjadi  peningkatan  jumlah  osteoklas  pada kondisi  diabetes  tahap  awal  dan  akan meningkat seiring peningkatan gaya ortodonti, baik  pada  daerah  tekanan  maupun  tarikan. Profil  osteoblas  menunjukkan  terjadinya penurunan  pada  kondisi  diabetes  tahap  awal, namun meningkat kembali seiring peningkatan gaya ortodonti pada kondisi diabetes awal.

## DAFTAR PUSTAKA
Roberts-Harry D,dan Sandy J., 2004. Orthodontics  Part  11:  Orthodontic
Tooth  Movement. British  Dental Journal 196 (7): 391-394 Wongdee  K,  dan  Charoenphandhu  N.,  2011.
Osteoporosis  in  Diabetes  Mellitus:
Possible Cellular and Molecular Mechanisms. World Journal of Diabetes 2(3): 41-48. Meikle  MC.,  2006.  The  Tissue,  Cellular,  and Molecular  Regulation  of  Orthodontic Tooth Movement: 100 Years after Carl Sandstedt. European Journal of
Orthodontics 28: 221–240.
Verna C, Dalstra M, dan Melsen B., 2000. The Rate  and  the  Type  of  Orthodontic Tooth  Movement  is  Influenced  by Bone  Turnover  in  a  Rat  Model.
European  Journal  of  Orthodhontics 22: 343–352.
Reichert  C,  Deschner  J,  dan  Ja¨ger  A.,  2009. Influence  of  Diabetes  Mellitus  on  the
Development and Treatment of Malocclusions  –  a  Case  Report  with Literature Review. Journal of
Orofacial Orthopedics 70:160–175.
Rakel A, Sheehy O, Rahme E, dan Lelorier J., 2008.  Osteoporosis  among  Patients
with  Type  1  and  Type  2  Diabetes. Diabetes&  Metabolism  Journal 34: 193–205.
Lappin  DF,  Eapen  B,  Robertson  D,  Young  J, dan Hodge PJ., 2009. Markers of Bone
Destruction and Formation and Periodontitis  in  Type  1  Diabetes Mellitus. Jounal of Clinical Periodontology 36: 634–641. He H, Liu R, Desta T, Leone C, Gerstenfeld L, dan Graves D., 2004. Diabetes Causes Decreased Osteoclastogenesis, Reduced Bone Formation, and Enhanced  Apoptosis  of  Osteoblastic Cells  in  Bacteria  Stimulated  Bone
Loss. Endocrinology 145: 447–452. Liu  R,  Bal  HS,  Desta  T,  Krothapalli  N, Alyassi  M,  Luan  Q,  dan  Graves  DT., 2006.  Diabetes  Enhances  Periodontal
Bone Loss through Enhanced Resorption  and  Diminished  Bone Formation. Journal of Dental
Research 85: 510–514.
Graves  DT,  Liu  R  dan  Oates  TW.  2007. Diabetes-Enhanced  Inflammation  and Apoptosis  –  Impact  on  Periodontal Pathosis. Periodontology 2000 45:
128–137.
Nurdiana,  Permatasari  N,  Setyawati  dan  Ali
M., 1998. Efek Streptozotocin Sebagai
Bahan Diabetogenik pada Tikus Wistar dengan Cara Pemberian
Intraperitoneal dan Intravena. Majalah Kedokteran Unibraw 14(2): 66-73. Maulana  M,  Hikmah  N,  Shita  ADP, Permatasari N, dan Widyarti S., 2014. The  Effect  of  Different  Orthodontic Force  on  MMP  9  Expression  in  a  Rat Diabetic  Model. The  Journal  of Tropical Life Science 4(2): 89-95. Hill  PA.,  1998.  Bone  Remodelling. British Journal of Orthodontics 25: 101-107. Hock  JM,  Krishnan  V,  Onyia  JE,  Bidwell  JP, Milas  J,  dan  Stanislaus  D.,  2001. Osteoblast apoptosis and bone turnover. Journal of Bone and Mineral Research 16:975–984.
Alikhani M, Alikhani Z, dan Graves D., 2005. FOXO1 Functions as A Master Switch that Regulates Gene Expression Necessary for TNF-Induced Fibroblast Apoptosis. The  Journal  of  Biological
Chemistry 280: 12096–12102.
Weinstein R, Jilka R, Parfitt A, dan Manolagas
S.,1998. Inhibition of
osteoblastogenesis  and  promotion  of apoptosis of osteoblasts and osteocytes by
glucocorticoids. Potential
mechanisms of their deleterious effects  of  bone. The  Journal  of Clinical Investigation 102:274–282. Ryan  ME,  Ramamurthy  NS,  Sorsa  T,  dan Golub  LM.,  1999.  MMP-mediated events in diabetes. Annals of The New York  Academy  of  Sciences 878:311– 334. Taylor JJ, Preshaw PM, dan Lalla E., 2013. A
Review of The Evidence for Pathogenic  Mechanisms  that  May Link Periodontitis and Diabetes. Journal of Periodontology 84(4 Suppl):S113-S134. Cohen DL.,2008. Inflammation and Bone Loss in  Periodontal  Disease. Journal  of
Periodontology 79(8
Suppl):1569-
1576.
Kim MS, Yang YM, Son A, Tian YS, Lee SI, Kang SW, Muallem S, dan Shin DM., 2010. RANKL-Mediated Reactive
Oxygen  Species  Pathway  that  Induces Long Lasting Ca2+ Oscillations Essential  for  Osteoclastogenesis. The
Journal  of  Biological  Chemistry 285: 6913-6921. Jules  J,  Zhang  P,  Ashley  JW,  Wei  S,  Shi  Z, Liu  J,  Michalek  SM,  dan  Feng  X., 2012. Molecular Basis of Requirement of  Receptor  Activator  of  Nuclear Factor Κb Signaling for Interleukin 1-
Mediated Osteoclastogenesis. The
Journal  of  Biological  Chemistry 287: 15728-15738.