Komposisi Rawan Sendi Artikuler Normal dan Perubahannya pada Osteoartritis

Rawan sendi artikuler merupakan jaringan ikat khusus avaskuler yang menutupi permukaan tulang dari sendi diartrodial. Rawan sendi berperan sebagai penahan beban, menyerap beban dan mempunyai kemampuan untuk mencegah terjadinya robekan. Kemampuan yang unik ini sangat erat hubungannya dengan komposisi dan struktur matriks ekstraseluler yang terutama mengandung proteoglikan dalam konsentrasi tinggi, serabut kolagen dan sejumlah besar air.

STRUKTUR RAWAN SENDI
Komponen molekuler yang membentuk rawan sendi berbeda menurut kedalamannya. Dari permukaan rawan sendi sampai lapisan terbawah dapat dibagi dalam 4 lapisan yaitu: lapisan permukaan, lapisan tengah atau transisional, lapisan dalam atau radial serta lapisan rawan sendi kalsifikasi yang berbatas dan terletak diatas tulang subkondral.
Dengan miskrokop elektron nampak bahwa lapisan permukaan rawan sendi artikuler merupakan lapisan tertipis dibandingkan lapisan lainnya yang terutama mengandung serat kolagen tipis berorientasi tangensial, mengandung sedikit proteoglikan dan kondrosit berbentuk elongatio.
Lapisan tengah merupakan 40 – 60 % dari seluruh tebal rawan sendi, fibril kolagennya lebih tebal dan terorganisasi sebagai berkas (bundle) radial, kondrosit berbentuk sferoid.
Pada lapisan dalam atau lapisan radial maka kondosit berbentuk sama dengan lapisan tengah serta tersusun tegak lurus terhadap lapisan permukaan., lapisan ini mengandung fibril kolagen dalam jumlah besar dengan susunan radial.
Lapisan rawan sendi kalsifikasi memisahkan rawan sendi hialin dari tulang subkondral, lapisan ini berperan sebagai perantara rawan sendi dengan tulang yang terlihat dari fibril kolagen dari lapisan radial berpenetrasi kedalam lapisan rawan sendi kalsifikasi, pada lapisan ini populasi sel sangat jarang dan bentuk kondrosit lebih kecil
Area periseluler yang mengelilingi kondrosit dibentuk dari lapisan tipis material nonfibriler yang merupakan hasil sintesis kondrosit seperti proteoglikan dan glikoprotein. Berdekatan dengan area periseluler ialah matriks teritorial rawan sendi yang pada penelitian ultrastruktur mengandung anyaman tebal fiber kolagen membentuk struktur seperti kapsul mengelilingi sel yang memberikan proteksi mekanikal bagi kondrosit.






Segera setelah matriks teritorial ditemukan matriks interteritorial yang mengandung fibril kolagen dalam jumlah besar dengan orientasi paralel. Matriks interteritorial ini merupakan kompartemen matriks ekstraseluler terbesar dan bertanggung jawab pada kemampuan mekanikal rawan sendi.

KOMPOSISI RAWAN SENDI
Rawan sendi normal mengandung populasi sel khusus yang disebut sebagai kondrosit, yang berperan dalam sintesis dan pemeliharaan matriks ekstraseluler. Komponen matriks rawan sendi yang disintesis kondrosit antara lain :
1. Fibril cross-linked dari molekul triple helix kolagen tipe II yang berinteraksi dengan kolagen spesifik tulang rawan lainnya yaitu tipe IX dan XI.
2. Agrekan
3. Proteoglikan kecil seperti biglikan dan dekorin
4. Matriks protein spesifik dan nonspesifik lainnya.

Komponen organik ini hanya merupakan 20 % berat basah. Air dan garam inorganik mengisi sebagian besar jaringan rawan sendi. Lapisan permukaan mengandung air sebesar 75 sampai 80 % , makin bertambah dalam maka kandungan air makin berkurang mencapai 65% hingga 70%.
Kolagen terutama tipe II mengisi 15 % hingga 25 % berat basah atau 50 % dari berat kering rawan sendi.
Proteoglikan terutama agrekan mengisi 10 % berat basah atau 25% berat kering.

Kolagen dari rawan sendi artikuler
Fibril kolagen tipe II disusun oleh molekul tropokolagen 300 nm dari 3 rantai alfa identik [ 1(II)]3 yang membentuk triple helix. Molekul ini dirakit menjadi fibril yang pada mikroskop elektron terlihat sebagai rangkaian perancah (stagger).

Proteoglikan dari rawan sendi artikuler
Proteoglikan rawan sendi ialah agrekan yang mempunyai protein inti 225-250 kD yang ditempeli secara kovalen oleh rantai glikosaminoglikan (GAGs),yaitu sejumlah 100 rantai kondroitin sulfat (CS) , 30 rantai keratan sulfat (KS) dan oligosakarida-linked N dan O. Protein sambungan (link protein) merupakan glikoprotein kecil yang menstabilkan ikatan nonkovalen antara agrekan dengan asam hialuronan (HA; disebut juga hialuronan) membentuk agregat proteoglikan yang mempunyai lebih dari 100 monomer agrekan
Domain globular terminal-N G1 dan domain G2 dari agrekan mempunyai struktur dengan kemampuan fungsi yang berbeda dengan domain terminal-C G3, baik sebagai bagian intergral dari protein inti agrekan maupun sebagai produk cleavage/pemotongan (yang meningkat dengan bertambahnya umur atau pada osteoartritis).
Domain G1 dan link protein mempunyai sekuen yang homolog dengan superfamili imunoglobulin. Interaksi diantara keduanya dengan asam hialuronat berfungsi sebagai adhesi molekul dan pengenalan imun (immune recognition) .




Domain G2 dipisahkan dari domain G1 oleh domain interglobular linier, domain G2 mempunyai 2 tandem-ulangan-proteoglikan (PRT=Proteglycan Repeat Tandem) yang tidak terikat pada HA dan tidak diketahui fungsinya.
Domain G3 mempunyai sekuen homolog dengan epidermal growth factor, lektin dan komplemen pengatur protein (complement regulatory protein). Domain G3 berperan dalam regulasi pertumbuhan, pengenalan sel dan trafficking intraseluler serta pengenalan, perakitan dan stabilisasi matriks ekstraseluler. Hampir setengah dari rawan-sendi dewasa kehilangan domain G3 akibat pemotongan oleh proteolitik pada masa turnover matriks

Kondrosit
Kondrosit pada rawan sendi artikuler dewasa merupakan sel yang telah terdiferensiasi sempurna, terdapat di sela-sela matriks rawan sendi didalam lakuna kondrosit. Kondrosit dan matriks ekstraseluler tebal di sekitarnya membentuk suatu unit yang disebut kondron. Walaupun kondrosit merupakan pembiosintesis yang aktif akan tetapi kemampuannya untuk mengganti kolagen yang rusak sangat terbatas. Hanya proteoglikan yang secara tetap disintesa. Walaupun pada keadaan normal kondrosit dalam stadium homeostatik relatif diam (quiescent) dan secara metabolik tidak aktif, tetapi kondrosit mempunyai kemampuan bereaksi terhadap rangsangan biokimia, struktural dan fisik. Kondrosit mempunyai kemampuan pula untuk sintesis berbagai enzim, inhibitor enzim, growth factor dan sitokin dan komponen matriks lainnya. Sayang kondrosit dewasa mempunyai kemampuan perbaikan terbatas dan mengganti rawan sendi yang rusak atau karena proses menua dengan jaringan fibrotik yang berisi kolagen tipe 1.

Turnover,degradasi dan perbaikan matriks rawan-sendi
Pada rawan sendi artikuler dewasa normal maka turnover komponen matriks ekstraseluler berjalan lambat bila dibandingkan dengan jaringan penunjang lainnya, sedangkan kemampuan perbaikannya terbatas.
Turnover kolagen berjalan sangat lambat kecuali pada sisi periseluler dimana pada tempat tersebut ditemukan adanya pemotongan kolagen tipe II.
Proteoglikan terutama yang mempunyai komponen GAG sulfat yang kecil lebih peka terhadap enzim degradasi dan secara kontinue disintesa ulang. Struktur dan isi komponen agregat proteoglikan di dalam rawan-sendi manusia mengalami perubahan besar dengan bertambahnya usia.Jumlah total GAG sulfat tidak mengalami perubahan dengan bertambahnya usia, akan tetapi jumlah KS meningkat dan jumlah CS turun, ukuran agregat proteoglikan mengecil, meningkatnya jumlah regio yang bebas ikatan (G1 atau G1 tambah G2 bersama dengan regio kaya KS dan link protein yang dipotong oleh proteolitik) dan meningkatnya hialuronan dengan ukuran panjang rantai yang lebih pendek.











PERUBAHAN PADA RAWAN SENDI OSTEOARTRITIK

Perubahan awal matriks pada Osteoartritis.
Perubahan awal osteoartritis pada manusia belum dapat diteliti oleh karena kurangnya kemampuan yang ada untuk mempelajarinya pada stadium awal penyakit. Oleh karena itu digunakan hewan percobaan berupa model kelinci yang dilakukan minesektomi parsial atau model anjing yang dipotong ligamentum crusiatum. Walaupun banyak kritik karena ini merupakan osteoartritis sekunder akibat kerusakan internal sendi lutut, akan tetapi hanya inilah bahan yang tersedia untuk dipelajari.
Perubahan awal yang terlihat pada hewan percobaan ialah meningkatnya jumlah kandungan air dalam rawan sendi yang muncul beberapa hari setealah destabilisasi sendi. Pada awalnya hiperhidrasi terjadi pada permukaan tibia dan condilus femur tetapi kemudian ditemukan pada seluruh rawan-sendi. Hal yang sama ditemukan pula pada rawan sendi osteoartritik manusia, sehingga disetujui inilah perubahan awal matriks rawan sendi pada osteoartritis yang bersifat irreversible.
Penyebab terjadinya peningkatan kandungan air pada rawan sendi osteoartritis belum diketahui, tetapi ini menunjukkan kegagalan resistensi elastik dari anyaman kolagen, menjadikan proteoglikan yang hidrofilik membengkak melebihi kapasitas hidrasi normal.
Penelitian ultrasruktur rawan sendi pada stadium awal menunjukkan hilangnya orientasi fiber kolagen yang dekat permukaan dan terpisahnya masing-masing fiber secara abnormal.
Tidak lama setelah terjadinya peningkatan kandungan air maka proteoglikan yang baru disintesa akan mengalami perubahan komposisi menjadi proteoglikan dengan proporsi kandungan kondroitin sulfat lebih tinggi dan keratan sulfat lebih rendah dibandingkan normal.
Agregasi proteoglikan terganggu bahkan pada awal penyakit. Perubahan ini terjadi pada seluruh rawan sendi lutut sebelum fibrilasi atau perubahan morfologik lainnya terjadi.
Hal ini dapat menjelaskan terjadinya penurunan kekenyalan rawan sendi pada rawan sendi normal yang berdekatan dekat tempat fibrilasi. Dengan berlanjutnya penyakit akan terjadi ulserasi.
Berkurangnya proteoglikan akan disertai memburuknya defek agregasi, berlanjutnya abnormalitas dari komposisi glikosaminoglikan dan memendeknya rantai kondroitin sulfat. Apabila jumlah proteoglikan yang hilang makin nyata maka kandungan air yang pada awalnya meningkat akan turun menjadi kurang dari normal.








Perubahan metabolik
Metabolisme rawan sendi telah diteliti dengan ekstensif. Berbagai penelitian menunjukkan bahwa sintesis dan sekresi enzim perusak-matriks oleh kondrosit sangat meningkat.Aktivitas enzim perusak tersebut yang mempunyai kemampuan merusak semua matriks makromolekul meningkat beberapa kali lipat. Enzim yang dianggap berperan ialah protease asam dan netral yang dapat merusak protein inti dan proteoglikan. Telah diketahui bahwa metalloproteinase netral rawan sendi merupakan famili dari molekul yang meliputi kolagenase,stromielisin dan gelatinase. Enzim ini mempunyai kemampuan untuk merusak komponen matriks ekstraseluler dan bersama dengan plasmin membentuk plasminogen lokal yang bila diaktifkan akan menyebabkan kerusakan berlangsung lebih cepat. Ke-tiga metaloprotease tersebut (kolagenase,stromielisin dan gelatinase) disekresi sebagai pro-enzim oleh kondrosit dibawah pengaruh dari Il-1 dan TNF- sinovial atau kondrosit.
Proenzim harus diaktifkan oleh proteolitik yang memotong sekuen terminal N dan masing-masing karakteristik dengan sekuen katalitik pengikat-Zn yang mengandung 3 residu histidin dan residu glutamin.
Regio G1 dari agrekan sangat resisten terhadap protease akan tetapi ikatan glutamin-alanin pada regio ekstensi diantara G1 dan G2 sangat peka terhada degradasi proteolitik. Stromielisin dengan konsentrasi rendah mampu memotong regio antara G1 dan G2, merusak agregat dan menyebabkan terlepasnya proteoglikan dari matriks ekstraseluler. Sebagian proteoglikan yang telah didegradasi ini akan dilenyapkan oleh kondrosit dan sebagian lainnya akan masuk kedalam cairan sinovial.
Hialuronidase spesifik belum pernah ditemukan dalam rawan sendi artikuler tetapi terdapat bukti bahwa 1 atau sejumlah enzim lizosom dapat memotong asam hialuronik dan kondroitin 6-sulfat.
Diduga bahwa memendeknya panjang rantai kondroitin sulfat pada osteoartritis disebabkan digesti rantai kondroitin sulfat tersebut oleh hialuronidase cairan sinovial yang dapat menembus rawan sendi segera setelah proses penyakit dimulai. Konsep ini sesuai dengan data yang menunjukkan konsentrasi asam hialuronat dalam rawan sendi osteoartritik sangat rendah walaupun kecepatan sintesis asam hialuronat tersebut lebih tinggi dari normal.
Akibat dari aktivitas semua enzim tersebut pada osteoartritis ialah degradasi agregat proteoglikan dan subunitnya, sehingga proteoglikan tidak mampu lagi berperan sebagai agregat.
Enzim degradasi dari kolagen tipe II,yaitu kolagenase, sukar ditemukan di dalam rawan-sendi normal mungkin karena konsentrainya sangat rendah atau terikat pada inhibitor. Penelitian dalam kultur rawan sendi osteoartritik menunjukkan bahwa konsentrasi enzim ini meningkat, memperlihatkan bahwa enzim ini berperan besar pada progresivitas dan destruksi dari permukaan rawan sendi. Diduga kolagenase berperan dalam penipisan fiber kolagen, melonggarkan anyaman ketat kolagen dan pembengkakan matriks rawan sendi osteoartritis.



Banyak peneliti berpendapat bahwa IL-1 yang paling awal berperan dalam degradasi matriks rawan sendi. Sitokin ini diproduksi oleh sel mononuklear (termasuk sel lining-sinovial) pada sendi inflamasi dan disintesis oleh kondrosit sebagai aktivitas autokrin. Sitokin menstimulasi sisntesis dan sekresi sejumlah enzim degradasi dalam rawan-sendi termasuk kolagenase laten, stromielisin laten, gelatinase laten dan aktivator plasminogen tipe-jaringan (Tissue-type Plasminogen Activator =TPA). Plasminogen, suatu substrat untuk TPA diduga disintesis oleh kondrosit dan masuk ke dalam matriks melalui difusi dari cairan sinovia.
Keseimbangan dari sistem tersebut tergantung pada 2 inhibitor yaitu TIMP dan Plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) yang akan membatasi aktivitas metaloproteinase netral aktif dan aktivator plasminogen. Kedua material ini diduga disintesis dalam jumlah yang tinggi sebagai hasil aksi dari TGF-.
Bila TIMP atau PAI-1 dihancurkan (sebagai hasil aksi stromielisin, enzim up-regulating atau agrekanase) atau konsentasinya relatif tidak cukup dibandingkan enzim aktif maka stromielisin dan plasmin mempunyai kemampuan untuk beraksi dalam substrat matriks. Stromielisin akan bekerja dalam 2 cara :
1.Sebagai protease akan mendegradasi protein inti dari proteoglikan .
2.Lebih penting lagi stromielisin akan bertindak sebagai komponen yang mengaktifkan proses dari kolagenase,
Selanjutnya akan terjadi aktifasi dari prostromielisin oleh plasmin yang menjadikannya enzim perusak matriks.
Walaupun secara keseluruhan terjadi penurunan konsentrasi proteoglikan pada osteoartritis , pada awal penyakit maka sintesis proteoglikan, kolagen, protein nonkolagen, hialuronat dan DNA justru meningkat. Kemudian peningkatan sintesis proteoglikan dan kolagen akan terus berlanjut seiring dengan berlanjutnya penyakit. Bila penyakit sudah sangat lanjut dan secara morfologik telah terjadi kerusakan maka sintesis proteoglikan akan turun dengan tajam yang dianggap sebagai “kegagalan” kondrosit.
Adanya penurunan konsentrasi proteoglikan dalam jaringan bersamaan dengan kenaikan nyata sintesis proteoglikan menunjukkan adanya peningkatan proses katabolisme proteoglikan. Telah terbukti bahwa pada osteoartritis ditemukan adanya defiensi TIMP maka adanya ketidak-seimbangan antara proteoglikanase dengan inhibitornya merupakan hal yang penting dalam patogenesis kerusakan rawan-sendi.
Walaupun terjadi kenaikan sintesis proteoglikan pada osteoartritis ternyata kualitas hasil produk tersebut tidak normal. Proteoglikan yang disintesis oleh kondrosit osteoartritik berbeda dengan yang disintesis oleh kondrosit normal, misalnya pada komposisi dan distribusi glikosaminoglikan, ukuran subunit proteoglikan dan kemampuannya untuk beragregasi dengan asam hialuronat.









Perubahan biokimia
Kandungan air pada rawan sendi osteoartritik sangat meningkat. Hal ini akan menyebabkan kelemahan anyaman kolagen. Pada keadaan normal sebagian besar kolagen rawan sendi ialah tipe II, pada osteoartritis ditemukan peningkatan konsentrasi kolagen tipe I yang menyelubungi osteofit,yang tentunya berbeda karateristiknya dengan kolagen dari bagian rawan sendi yang erosif. Pada osteoartritis konsentrasi kolagen rawan sendi tidak terganggu akan tetapi fiber menjadi lebih kecil dan susunan lapisan tengah yang ketat akan mengendor.
Perubahan yang paling nyata pada osteoartritis terjadi pada proteoglikan. Bila penyakit bertambahn berat maka konsentrasi proteoglikan menurun tajam sampai level dibawah 50 %, jumlah agregat berkurang dan rantai glikosaminoglikan menjadi lebih pendek, Konsentrasi keratan sufat menurun sedangkan proporsi kondroitin –4-sulfat dan kondroitin-6-sulfat relatif meningkat, hal ini menunjukkan sintesis proteoglikan oleh kondrosit tipikal untuk tulang rawan yang belum matang (immature). Pada pewarnaan dengan safranin O maka nampak bahwa konsentrasi proteoglikan sangat menurun dan pada keadaan sangat lanjut tidak tampak lagi adanya proteoglikan.

Perubahan morfologik
Perubahan morfologik rawan sendi pada osteoartritis telah banyak diketahui. Permukaan rawan sendi kehilangan homogenitasnya, menjadi terbelah/terpecah yang terlihat sebagai lubang, belahan dan ulserasi. Pada keadaan lanjut tidak ada lagi rawan sendi yang tersisa dan tulang dibawahnya akan terlihat. Pewarnaan histokimia pada matriks untuk melihat proteoglikan tidak memberikan hasil dan lapisan dalam (tidemark) yang memisahkan lapisan rawan sendi kalsifikasi dari lapisan radial diinvasi oleh kapiler, Sel teletak pada cluster atau clone yang berisi 50 sel atau lebih pada setiap cluster. Osteofit diselubungi oleh hialin dan fibrokartilago yang baru terbentuk dengan struktur yang sangat tidak teratur.

KESIMPULAN
Rawan sendi artikuler merupakan jaringan unik yang hanya mempunyai satu jenis sel yaitu kondrosit. Matriks ekstraseluler rawan sendi terutama terdiri atas kolagen tipe 2 , proteoglikan dan sejumlah besar air. Kondrosit merupakan pemegang peran utama dalam proses sintesa dan degradasi matriks ekstraseluler. Matriks ekstraseluler dengan susunan yang sempurna diperlukan oleh sebuah sendi normal agar dapat menjalankan peranannya sebagai bantalan untuk meredam tekanan mekanik.
Pada osteoartritis terjadi penurunan kemampuan kondrosit dalam mengatur keseimbangan antara proses anabolik dengan proses katabolik. Hal ini mengakibatkan mutu matriks ekstraseluler menjadi buruk yang pada akhirnya mengakibatkan menipisnya dan rusaknya rawan sendi serta terbentuknya osteofit.