BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sendi merupakan salah satu organ pada tubuh manusia yang memiliki peran besar dalam mekanisme pergerakan tubuh. Salah satu macam sendi, yakni sendi lutut, merupakan tulang sendi terbesar yang ada dalam tubuh. Sendi ini terletak di antara sendi engkel dan sendi pinggul yang berfungsi sebagai stabilisator dan penggerak (Anwar, 2012). Beban maksimum yang diterima sendi lutut bisa mencapai 3,9 kali berat tubuh pada saat berjalan normal, dan 8 kali berat tubuh pada saat berjalan pada kondisi medan yang berat, sedangkan pada saat berdiri diam sendi lulut menerima beban sama dengan berat tubuh (Markus et al., 1997). Sendi lutut bekerja layaknya sendi engsel yang bergerak dalam satu arah. Sendi lutut dibentuk oleh beberapa tulang, yaitu: tulang femoral, tibial dan patellar. Gambar 1.1. Anatomi Femoral, Tibial, dan Patellar Component (teijin-nakashima.co.jp) Di balik kemampuannya yang dapat menahan beban bekali-kali lipat berat tubuh, ternyata sendi lutut merupakan organ tubuh yang rentan mengalami 1
kerusakan akibat aktifitas dan beban kerja yang dilakukan manusia sehari-hari. Ada beberapa faktor yang dapat menyebabkan kerusakan pada sendi lutut, yaitu faktor eksternal dan internal. Contoh faktor eksternal dari penyebab kerusakan sendi lutut adalah kecelakaan, sedangkan contoh faktor internalnya adalah bertambahnya usia, keberadaan penyakit tulang seperti pengeroposan tulang (osteoporosis), degenerasi tulang rawan (osteoarthritis), radang sendi (rheumatoidarthritis) dan cacat lahir. Penanganan terhadap penyakit bisa dilakukan dengan tindakan medis seperti pengobatan disertai terapi fisik, tetapi bila kerusakannya sudah sedemikan parah maka akan diambil solusi akhir berupa operasi penggantian sendi lutut total (Total Knee Replacement/TKR). Tingkat keberhasilan operasi penggantian sendi lutut buatan di dunia biomedis sangatlah tinggi. Dari tahun ke tahun jumlah pasien operasi penggantian sendi lutut buatan mengalami peningkatan. Di Amerika tidak kurang dari 400.000 kali pertahun telah dilakukan operasi penggantian sendi lutut (Murray et al., 1998). Pada tahun 2030, operasi penggantian sendi lutut buatan di Amerika diperkirakan akan mengalami kenaikan sebesar 673%, yakni menjadi 3.480.000 kasus (Kurtz et al., 2007). Sementara itu di salah satu rumah sakit di Indonesia yakni Rumah Sakit Cipto Mangunkusumo, Depok, operasi sendi lutut palsu (arthroplasty surgery) dinyatakan sudah biasa dilakukan. Untuk penderita osteoarthritis dapat mengganti sebagian atau seluruh bagian lututnya. Namun, bagi penderita radang arthritis (rheumatoid, lupus, psoriatic) harus mengganti seluruh bagian lututnya (Tempo, 25 November 2010). Data-data tersebut telah membuktikan keberhasilan aplikasi sendi lutut buatan dalam dunia rekayasa biomedis. Faktor-faktor yang mempengaruhi keberhasilan aplikasi suatu produk hasil rekayasa biomedis seperti sendi lutut buatan ini di antaranya adalah sifat material yang digunakan sebagai komponen, desain dari komponen, dokter yang menangani pasien serta pasien itu sendiri sebagai objek utama. Bahasan yang akan difokuskan dalam penelitian ini yakni dilihat dari faktor sifat material yang digunakan pada produk hasil rekayasa biomedis tersebut. 2
Salah satu masalah sendi lutut buatan yang dihadapi oleh dunia rekayasa biomedis selama ini adalah material pengganti yang akan digunakan pada femoral component dan tibial component, mengingat mekanisme kerja sendi lutut yang bekerja secara kontinyu dapat menyebabkan kerusakan pada komponen utama pembentuk sendi lutut buatan tersebut (Kristianta, 2008). Maka dari itu, terdapat beberapa material yang dikatakan kompatibel dengan tubuh manusia untuk dijadikan sendi lutut buatan, di antaranya adalah cobalt chromium, stainless steel 316L, stainless steel 304, titanium, dan Ti-6Al-4V yang digunakan sebagai femoral component, sedangkan UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Poly Ethylene) yang digunakan sebagai tibial component. Material yang akan digunakan sebagai femoral component tersebut harus memiliki sifat excellent biocompatibility, high corrosion resistance, suitable mechanical properties, high wear resistance (Chen dan Thouas, 2015). Untuk memenuhi sifat-sifat yang harus dimiliki komponen material pengganti sendi lutut, maka dalam penelitian ini akan disajikan sebuah bahasan tentang material yang menghasilkan gesekan paling sedikit sehingga dapat mengurangi bahkan mencegah terjadinya keausan. Maka dari itu, perlu dilakukan pengujian keausan untuk mendapatkan data uji keausan. Penelititan ini akan merujuk pada sebuah metode yang telah terpapar pada standar ASTM F 732-00, yakni dengan menggunakan mesin reciprocating pin on flat. Alat ini akan melakukan sliding unidirectional movement yang gerakannya sesuai dengan mekanisme kerja sendi lutut untuk menghasilkan gerak bergesekan antara femoral component dan tibial component pada sendi lutut. Pengujian ini harus dilakukan sesuai dengan kondisi sebenarya pada sendi lutut manusia. Pengujian dilakukan dengan menggunakan cairan pelumas untuk mendapatkan data hasil pengujian yang lebih valid. Cairan bovine serum digunakan sebagai cairan pelumas karena cairan tersebut memiliki sifat karakteristik menyerupai synovial fluids yang merupakan cairan pelumas sendi lutut normal. Hasil dari penelitian ini akan menyajikan sifat keausan dari UHMWPE terhadap material stainless steel 316L dan commercially pure titanium (grade 2). Data-data yang akan diperoleh di antaranya adalah kekerasan bahan, kekasaran 3
permukaan, faktor keausan, dan foto karakter permukaan. Pengambilan data akan dilakukan dengan stylus profilometer, electronic balance, microvickers hardness tester, dan mikroskop optik. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang, maka rumusan masalah yang dapat diangkat dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana sifat keausan UHMWPE yang diuji terhadap stainless steel 316L dan commercially pure titanium? 2. Apa pengaruh faktor kekerasan bahan, kekasaran permukaan, dan karakter permukaan stainless steel 316L dan commercially pure titanium terhadap sifat keausan pada UHMWPE? 3. Bagaimana tingkat kelayakan stainless steel (SS) 316L dan commercially pure (CP) titanium sebagai material sendi lutut buatan? 1.3 Batasan Masalah Untuk dapat menyelesaikan permasalahan yang muncul dalam penelitian ini dan mencapai tujuan yang diinginkan, maka diperlukan batasan masalah, antara lain: 1. Material yang digunakan pada penelitian ini hanya SS 316L dan CP titanium sebagai femoral component dan UHMWPE sebagai tibial component. 2. Faktor pengaruh sifat keausan hanya ditinjau dari kekerasan bahan, kekasaran permukaan, dan karakter permukaan dari SS 316L dan CP titanium. 3. Pelumas yang digunakan adalah bovine serum. 4. Metode pengujian yang digunakan adalah Pin On Flat (POF). 5. Penelitian dilakukan sebanyak 2 juta siklus dengan pembebanan 3,54 MPa dan kecepatan 50 mm/s. 4
1.4 Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sifat keausan UHMWPE terhadap SS 316L dan CP titanium dalam aplikasi sendi lutut buatan, sehingga dapat diketahui material yang memiliki ketahanan aus paling tinggi. 1.5 Manfaat Manfaat dari penelitian ini antara lain: 1. Turut mengembangkan ilmu biomaterial yang sangat berpengaruh dalam pembuatan implan untuk menggantikan komponen pada tubuh manusia khususnya persendian. 2. Menghasilkan data yang dapat merekomendasikan biomaterial buatan dalam negeri sehingga dapat diandalkan di dalam dunia rekayasa biomedis. 5