BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2. 1. Latihan Fisik Strategi untuk mencegah terjadinya osteoporosis yang sedang berkembang dewasa ini adalah dengan cara mengumpulkan massa tulang secara maksimal selama masa pertumbuhan dan maturasi. Salah satu faktor yang dominan mempengaruhi perolehan massa tulang yang maksimal adalah dengan melakukan latihan fisik. Latihan fisik yang merupakan bentuk aktifitas otot, secara khusus memberikan manfaat yang besar kepada kesehatan, baik secara umum maupun pada sistem muskuloskeletal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa latihan fisik memberikan dampak yang menguntungkan dalam memelihara kesehatan tulang. Hart et al. (2001) melaporkan bahwa latihan fisik berupa aktifitas berenang dapat meningkatkan kandungan mineral tulang dan meningkatkan kekuatan tulang pada tikus. Latihan fisik dengan intensitas tinggi dapat menyebabkan cedera otot, sehingga tidak dianjurkan untuk melaksanakannya. Lamanya waktu melakukan latihan fisik juga memberikan pengaruh terhadap keadaan fisiologis pada umumnya. Durasi latihan fisik yang dianjurkan paling sedikit 20 menit, dan akan lebih efektif bila dilakukan selama 30-60 menit (Casaburi, 1992). Menurut Iwamoto et al. (2004) yang melakukan penelitian terhadap tikus putih yang diberi latihan fisik selama 7 minggu, hasil penelitiannya menunjukkan terjadinya peningkatan terhadap kandungan mineral tulang (Fathoni et al., 2007 ; Iwamoto et al., 2004).
Durasi program latihan fisik dapat dilakukan selama 3-4 minggu. Akan tetapi kebanyakan peneliti menganjurkan program latihan fisik pada rentang 5-10 minggu, karena pada rentang waktu tersebut sudah tercapai efek latihan fisik yang substansial secara fisiologis (Casaburi, 1992). Latihan fisik pada masa kanak-kanak dan remaja yang masih berada dalam usia pertumbuhan merupakan hal yang penting untuk mendapatkan pembentukan massa tulang yang maksimal. Hal ini disebabkan karena latihan fisik secara fisiologis mengakibatkan keseimbangan kalsium yang positif dan stress mekanis yang dihasilkan oleh aktifitas fisik tersebut akan meningkatkan massa tulang, serta cukupnya kandungan hormon pertumbuhan yang mempengaruhi aktifitas osteoblas pada massa tersebut. Penelitian oleh Yeh et al. (2005) pada tikus usia 6 minggu yang diberi latihan fisik treadmill selama 1 jam setiap hari selama 6 minggu menunjukkan peningkatan pembentukan tulang dan penurunan resorpsi tulang (Iwamoto et al., 2005 ; Miles, 2004). Latihan fisik seperti berenang telah diketahui memberikan keuntungan pada metabolisme kalsium dengan meningkatkan laju pembentukan tulang, densitas mineral tulang (BMD), dan kekuatan tulang, dengan cara penurunan ekskresi kalsium urine; dengan demikian keseimbangan kalsium akan dapat diperoleh (Teeraporpuntakit et al., 2008). Karatosun et al. (2006) yang melakukan penelitian pada tikus betina yang diberi perlakuan aktifitas berenang, menunjukkan bahwa pada tikus yang melakukan aktifitas fisik berenang terjadi peningkatan densitas mineral tulang yang signifikan dibanding kelompok kontrol.
2.2. Pertumbuhan Tulang Tulang merupakan jaringan yang dinamis. Dalam menjalankan tugasnya, tulang akan selalu mengalami proses perusakan dan pembentukan kembali (proses remodeling). Agar berfungsi dengan baik, tulang harus memperoleh nutrisi dan latihan fisik yang cukup. Tulang, selanjutnya akan mengalami proses pembentukan (formation) dan perombakan/penyerapan (resorption) yang berlangsung secara terus-menerus. Pembentukan ditentukan oleh aktivitas osteoblas dan proses mineralisasi, sedangkan perombakan ditentukan oleh aktivitas osteoklas. Tahap awal produksi tulang adalah sekresi molekul kolagen yang disebut monomer kolagen dan substansi dasar (terutama proteoglikan) oleh osteoblas. Monomer kolagen berpolimerisasi dengan cepat untuk membentuk serat kolagen ; jaringan yang dihasilkannya yaitu osteoid. Sewaktu osteoid dibentuk sejumlah osteoblas terperangkap dalam osteoid dan menjadi inaktif. Pada tahap ini, osteoblas disebut osteosit. Beberapa hari setelah osteoid dibentuk, garam kalsium mulai mengalami presipitasi pada permukaan serat kolagen, kemudian dengan cepat bermultiplikasi menjadi kristal hidroksiapatit (CaHPO 4 ). Proses ini disebut dengan mineralisasi, dimana dihasilkan hidroksiapatit yang menyusun 95% mineral tulang yang komponen terbesarnya adalah kalsium (Guyton, 2000 ; Yuliati, 2007). Massa tulang terbentuk dari masa bayi sampai mencapai puncaknya sewaktu usia dewasa, hal ini ditentukan oleh faktor genetik, nutrisi, kegiatan fisik, dan penyakit. Semakin tinggi nilai massa tulang ini dicapai akan semakin baik, setelah puncak massa tulang dicapai pada usia 20-30 tahun, maka kurva akan mendatar dan kemudian sekitar usia 40 tahun kurva mulai menurun dengan kecepatan (laju) penurunan sekitar ±1% per tahun (Morawati, 2009 ; Gafni, 2007).
Pembentukan dan perombakan tulang yang terjadi secara kontinu, disebut dengan proses remodeling. Remodeling bertujuan untuk : 1) menjaga tulang agar dapat digunakan untuk keperluan mekanis dengan keefektifan maksimum. Tulang akan menyesuaikan kekuatannya agar sebanding dengan derajat tekanan yang diterimanya, sehingga tulang akan menebal jika menerima beban berat, 2) membantu mempertahankan kadar kalsium plasma, dan 3) melakukan proses degenerasi dimana tulang yang tua (sudah lemah dan rapuh) akan digantikan dengan tulang yang baru yang lebih kuat (Bouassida et al., 2006 ; Corwin, 2008 ; Guyton, 2000). Proses remodeling ini melalui 2 tahap, yaitu tahap pembentukan tulang dan tahap pengerusakan tulang. Proses pembentukan tulang dilakukan oleh osteoblas sebagai sel utama penghasil matriks tulang. Osteoblas merupakan salah satu jenis hasil diferensiasi sel mesenkim yang sangat penting dalam proses osifikasi. Osteoblas dijumpai pada permukaan luar tulang dan di rongga-rongga tulang. Sebagai sel, osteoblas dapat memproduksi substansi organik intraseluler atau yang disebut matriks. Apabila kalsifikasi terjadi pada matriks maka jaringan disebut tulang, tetapi apabila jaringan tidak mengandung kalsium (tidak terjadi kalsifikasi) maka disebut osteoid. Osteoblas berperan dalam sintesis kolagen untuk membentuk matriks tulang juga mengatur konsentrasi ion kalsium pada matriks tulang melalui pelepasan kalsium dari intraseluler (Corwin, 2008; Rasjad, 2007). Osteoklas merupakan sel fagositik besar yang berinti banyak (50 inti) yang melakukan proses resorbsi atau penyerapan tulang secara kontinu. Osteoklas pada keadaan normal bekerja aktif di daerah permukaan tulang. Osteoklas mengeluarkan tonjolannya yang menyerupai vili kearah tulang, yang membentuk suatu permukaan bergelombang yang berdekatan dengan tulang. Vili mengsekresikan zat (1) enzim proteolitik, yang dilepaskan dari lisosom dan (2) asam laktat dan asam sitrat yang dilepaskan dari mitokondria dan
vesikel sekretoris. Enzim proteolitik tersebutlah yang akan memecahkan matriks dan beberapa asam yang melarutkan mineral tulang, sehingga mineral tulang seperti kalsium dan fosfat terlepas ke dalam aliran darah (Guyton, 2000; Carter., 1992). Terjadinya peningkatan atau kehilangan massa tulang bergantung kepada keseimbangan kedua proses tersebut. Hormon sangat berpengaruh dalam proses pembentukan tulang, diantaranya adalah hormon estrogen, testosteron, dan hormon pertumbuhan yang akan meningkatkan aktifitas osteoblas dan pertumbuhan tulang. Pertumbuhan tulang dipercepat selama masa pubertas (masa pertumbuhan) dimana kadar hormon pada masa tersebut melonjak. Oleh karena itu diharapkan pertumbuhan tulang dapat terjadi dengan baik selama masa pertumbuhan. Apabila usia telah lanjut dan telah terjadi menopause maka kadar hormon estrogen turun, hormon pertumbuhan juga berkurang sehingga aktifitas osteoblas menjadi berkurang, yang mengakibatkan pembentukan tulang berkurang (Guyton, 2000 ; Miles, 2004 ; Corwin, 2008). 2.3. Pengaruh Latihan Fisik terhadap Massa Tulang Latihan fisik menstimulasi osteoblas dengan adanya arus listrik yang dihasilkan ketika stress mengenai tulang, terutama bagian permukaan periosteal tulang. Latihan fisik juga meningkatkan struktur tulang selama masa pertumbuhan dan mengurangi kehilangan massa tulang pada individu usia lanjut (Corwin, 2008). Latihan fisik yang berkelanjutan dapat menyebabkan peningkatan massa tulang regional. Faktor nutrisi, terutama asupan kalsium yang cukup sangat menentukan dalam puncak massa tulang. Penelitian retsospektif menunjukkan bahwa individu dengan asupan kalsium yang tinggi pada masa pertumbuhan memiliki puncak massa tulang yang lebih tinggi dikemudian hari. Puncak massa tulang merupakan tingkatan tertinggi dari densitas
mineral tulang, kandungan mineral tulang (Bone Mineral Content) atau massa tulang (Bone Mass). Puncak massa tulang yang rendah akan memudahkan terjadinya osteoporosis dan fraktur tulang pada saat usia lanjut. Puncak massa tulang dicapai pada usia 20-30 tahun, setelah itu akan menurun, dimana terjadi proses penuaan, absorpsi kalsium menurun dan fungsi hormon paratiroid meningkat sehingga kalsium tulang mulai berkurang (Karlsson et al., 2008; Johnston, 1993; Masyitha, 2006). Latihan fisik berupa aktifitas berenang memberikan dampak yang menguntungkan bagi kesehatan tulang pada wanita muda. Sedangkan latihan fisik dengan intensitas yang sangat rendah tidak dapat menstimulasi osteoblas sehingga tidak akan memberikan dampak pada tulang (Duhe, 2003). 2.4. Kalsium dalam Tubuh Kalsium memiliki berbagai fungsi penting dalam fisiologi tubuh. Fungsi kalsium antara lain merupakan pembentuk utama tulang dan gigi, berfungsi untuk integritas sistem saraf dan otot, serta mempengaruhi aktifitas sekresi kelenjar eksokrin dan endokrin (Sukandar et al., 2008). Kalsium masuk ke dalam tubuh melalui saluran gastro-intestinal, dan diabsorpsi terutama dalam usus halus bagian atas dengan difusi pasif dan transport aktif. Agar dapat diabsorpsi dengan baik oleh tubuh, kalsium hendaklah dalam bentuk larutan dan terioonisasi (Sukandar et al., 2008). Kalsium didistribusi dengan cepat ke jaringan skeletal. Kalsium serum normal berkisar antara 9-10,4 mg/dl (Sukandar et al., 2008).
Ekskresi kalsium melalui urine, keringat, dan terutama melalui fases. Ekskresi melalui urine tidak melebihi 150 mg/hari. Ekskresi melalui urine menurun dengan bertambahnya usia (Nordin, 1997 ; Sukandar et al., 2008). 2.5. Peran Kalsium dalam Tulang Kalsium dalam tulang disimpan dalam bentuk kristal hidroksiapatit (CaHPO 4 ). Jumlah kalsium pada masa dewasa normal berkisar 1000-1200 g dan kira-kira 99% diantaranya berada dalam tulang. Sebagian kalsium yang terionisasi berada dalam bentuk ikatan dengan anion, terutama fosfat anorganik dan sitrat. Kalsium dalam tulang terdapat dalam dua bentuk, sebagian kecil dalam bentuk cadangan yang labil dan mudah diganti, dan sebagian besar merupakan cadangan yang stabil (Suherman, 2007). Pada saat kanak-kanak hingga usia 20 tahun, seharusnya dijaga agar kandungan kalsium dalam tulang tinggi. Karena, pada saat tersebut tulang sedang pada masa pertumbuhan dan perkembangan. Setelah itu,massa tulang akan menurun secara alamiah. Kecepatan perusakan tulang tidak lagi dibarengi dengan kecepatan untuk memperbaiki diri. Sehingga apabila pada usia muda kandungan kalsium dalam tulang tidak dipertahankan, maka pada masa yang akan datang kemungkinan dapat terjadi pengeroposan tulang. Latihan fisik dapat meningkatkan konsentrasi ion kalsium dalam plasma, sehingga tulang tidak perlu melepas ion kalsium dan konsentrasi ion kalsium dalam tulang dapat tetap dipertahankan tinggi dan massa tulang tetap terjaga (Suherman, 2007 ; Bouassida et al., 2006).
2.6. Pengaruh Suplemen Kalsium terhadap Massa Tulang 2.6.1. Pengaruh terhadap Kualitas Tulang Tulang rangka tubuh terdiri dari 99% kalsium yang tersimpan dalam bentuk hydroksiapatit (garam kristalin), yang rumus kimianya Ca 10 (PO4)6(OH) 2. Kebutuhan kalsium maksimal terjadi selama puncak masa pertumbuhan cepat, yaitu pada masa remaja, yang mencapai 1300 mg/hari. Asupan kalsium sangat vital pada masa ini, agar diperoleh mineralisasi tulang yang cukup (Peterson, 2005). Apabila kandungan kalsium berkurang, maka kekuatan tulang akan menurun karena tulang akan kehilangan struktur pembentuk utamanya. Konsumsi kalsium oleh anak perempuan usia pertumbuhan dan wanita dewasa harus mendekati atau melebihi asupan yang dianjurkan, sehingga puncak massa tulang dapat dicapai dan terpelihara sampai masa menopause (Anderson, 1996 ; Yuliati et al., 2007 ; Deborah, 2007). Kalsium merupakan elemen kunci untuk mencegah terjadinya osteoporosis. Ion kalsium dan fosfor merupakan molekul organik yang membentuk tulang dan gigi. Tulang menyimpan kalsium untuk membantu memelihara konsentrasi ion kalsium dalam plasma, ketika ion kalsium berkurang dalam plasma oleh karena asupan ion kalsium yang tidak cukup. Jika asupan kalsium kurang dalam jangka waktu lama maka akan dapat terjadi kehilangan massa tulang yang akhirnya akan mengakibatkan terjadinya osteoporosis pada saat menopouse dan tulang akan mudah mengalami fraktur (Peterson, 2005). Tulang rangka tubuh terdiri dari 99% kalsium yang tersimpan dalam bentuk hydroksiapatit. Fungsi utama kalsium adalah untuk membentuk struktur dari tulang dan gigi. Sisanya ditemukan pada sel dan jaringan lunak sebesar 0,9% dan di dalam pembuluh darah serta cairan ekstraseluler 0,1%. Perolehan asupan jumlah kalsium yang cukup akan
membantu peningkatan metabolisme tulang dan memperbaiki keadaan tulang secara keseluruhan (Anderson, 1996 ; Yuliati et al, 2007). 2.6.2. Pengaruh Suplemen Kalsium terhadap Massa Tulang Pemberian suplemen kalsium ditujukan pada individu-individu yang tidak dapat mengkonsumsi kalsium sesuai dengan yang dianjurkan,misalnya pada individu dengan osteopenia atau osteoporosis, wanita yang perimenopouse dan postmenopouse, ibu yang menyusui lebih dari satu bayi, vegetarian, dan individu yang pada usia pertumbuhan kurang mengkonsumsi makanan yang banyak mengandung kalsium seperti, keju, susu, dan sayuran hijau dalam asupannya sehari-hari (Deborah et al., 2007). Suplemen kalsium telah diketahui memberikan manfaat untuk kesehatan tulang pada anak-anak, dewasa muda, dan wanita yang telah menopouse. Puncak pembentukan massa tulang hanya akan terjadi sampai usia 20 tahun, dan sebagian besar kalsium yang terdapat didalam tulang sepanjang hidup seseorang akan disimpan sebelum berusia 20 tahun juga. Defisiensi ion kalsium selama masa kanak-kanak. akan menghasilkan tulang yang kurang padat pada masa selanjutnya. Sehingga diperlukan jumlah asupan kalsium yang cukup selama masa pertumbuhan atau sebelum berusia 20 tahun. Tetapi sayangnya banyak individu yang tidak mengkonsumsi kalsium dalam jumlah yang cukup. Menurut penelitian di Amerika Serikat ternyata pada semua lapisan umur konsumsi kalsium tidak mencapai jumlah asupan yang dianjurkan oleh Institute of Medicine (IOM), Washington,USA (Peterson, 2005; Corwin, 2008). Asupan kalsium yang dianjurkan oleh IOM, USA tertera dalam Tabel 1.
Tabel 1. Asupan kalsium yang dianjurkan IOM,USA (Deborah et al.,2007). Umur (tahun) Asupan yg tepat (mg/hari) Batas atas asupan (mg/hari) 1-3 500 2500 4-8 800 2500 9-13 1300 2500 14-18 1300 2500 19-30 1000 2500 Sebagaimana disebutkan dimuka, kalsium adalah mineral penyusun terbesar hidroksiapatit. Pembentukan hidroksiapatit pada proses mineralisasi dimulai dari terbentuknya osteosit oleh osteoblas. Osteoblas mempunyai kemampuan mengikat mineral tulang. Osteosit kemudian mengalami kalsifikasi yaitu, proses deposisi mineral seperti ; kalsium, fosfat, dan ion hidroksi. Pemberian tambahan kalsium kepada individu yang kurang asupan kalsium akan dapat meningkatkan konsentrasi kalsium ekstraseluler. Peningkatan tersebut akan memicu mobilisasi dan proliferasi osteoblas sehingga akan dapat meningkatkan sintesa matriks tulang dan terjadinya keseimbangan kalsium (Yuliati, 2007). Ketidaksesuaian asupan kalsium sejak dini dapat menyebabkan massa tulang yang rendah. Kalsium banyak terdapat dalam beberapa jenis makanan seperti susu, yoghurt, dan keju, juga banyak terdapat dalam sayur-sayuran seperti brokoli, buncis, dan sayur hijau seperti kangkung, bayam, dll, tetapi kalsium tidak sepenuhnya dapat diabsorpsi dari sayur tersebut sehingga sulit untuk mendapatkan jumlah kalsium yang cukup. Alasan lain, mengapa seseorang tidak dapat mengkonsumsi kalsium secara cukup diantaranya adalah karena tidak menyukai rasa dari produk-produk yang banyak mengandung kalsium seperti susu,keju, yougurt. Ketika asupan kalsium dari makanan sehari-hari tidak sesuai, maka diperlukan tambahan kalsium yang berasal dari luar tubuh yaitu dalam bentuk suplemen
kalsium, sehingga jumlah kebutuhan kalsium setiap harinya dapat mencukupi, dan penurunan massa tulang dapat dicegah (Peterson, 2005; Deborah et al, 2007). Suplemen kalsium yang biasa dikonsumsi adalah dalam bentuk kalsium karbonat, kalsium sitrat, dan kalsium sitrat malate (CCM). Suplemen yang paling sering digunakan adalah kalsium karbonat, tetapi bentuk ini tidak optimal diabsorpsi tubuh. Kalsium sitrat lebih baik absorpsinya, namun juga tidak sempurna diabsorpsi tubuh. Kalsium sitrat malate (CCM) memiliki bioavailability yang lebih tinggi (tersedia lebih tinggi secara biologi) sehingga labih sempurna diserap tubuh, mudah dicerna, mengakibatkan kurang konstipasi dan lebih sedikit gas dibandingkan dengan suplemen lain. Suplemen kalsium tersedia dalam bentuk kapsul, tablet, tablet kunyah, bubuk, dan liquid. Dalam mengkonsumsi kalsium yang perlu diperhatikan adalah bioavailability, ukuran tablet, dosis kalsium dalam satu tablet, bentuk kalsium, dan harganya (Peterson, 2005). 2.7. Peran Mandibula dalam Kesehatan Gigi dan Mulut Mandibula termasuk tulang aksial yaitu, tulang yang kurang mendapat latihan fisik. Tulang yang banyak mendapat latihan fisik disebut tulang eksperimental. Terdapat perbedaan respon tulang aksial dengan tulang ekstremitas terhadap kejadian osteoporosis. Menurut Krane (1974) dan hasil penelitian Sumiati-Sunaryo (1998) osteoporosis pertamatama menyerang tulang aksial, baru kemudian tulang ekstremitas. Oleh karena itu untuk menghindarkan kerapuhan tulang sangatlah penting untuk memperhatikan kualitas tulang aksial terutama mandibula. Beberapa penelitian di bidang Kedokteran Gigi membuktikan bahwa terjadinya osteoporosis pada tulang lainnya juga diikuti dengan penurunan densitas tulang mandibula. Sementara itu mandibula penting peranannya dalam menunjang kesehatan terutama kesehatan gigi dan mulut. Apabila mandibula mengalami pengeroposan
maka gigi tidak akan terdukung dengan baik dan proses pengunyahan tidak dapat dilakukan dengan benar (Masyitha D, 2006 ; Lindawati SM, 2006 ). Mandibula dan maksila secara umum memiliki struktur yang sama dengan tulang panjang, yakni sama-sama memiliki dense cortical shell overlying pada lapisan dalam trabekula. Dalam hal perawatan ortodonti, peran kualitas mandibula juga sangat penting, dimana apabila tulang tidak baik maka pergerakan gigi tidak dapat dilakukan sesuai dengan yang diharapkan, sehingga keberhasilan perawatan orthodonti tidak tercapai. Untuk mendapatkan keseimbangan antara hubungan oklusal, tercapainya estetik dari gigi-gigi dan tulang fasial diperlukan stabilitas perawatan ortodontik. Untuk menjaga memelihara serta menjaga stabilitas tulang alveolar dan mengurangi risiko resorbsi tulang, perlu ditingkatkan kualitas mandibula dengan mempertahankan kadar mineral tulang, misalnya kalsium untuk proses kalsifikasi (Anwar SA, 2009).