Beban fisiologis meliputi aktivitas sehari-hari seperti: pekerjaan rumah, berjalan kaki setiap hari, dan aktivitas olahraga membantu dalam menjaga kesehatan tulang dengan mentransfer kekuatan ke struktur tulang. Hal ini dapat dilihat pada individu yang mengalami imobilisasi dan hanya melakukan tirah baring akan mengalami penurunan massa tulang. Hubungan pembebanan dan pembentukan tulang ini telah didukung oleh hukum Wolff sejak 1892. Tulang trabekula mengalami kompresi dan ketegangan karena pembebanan akan menyebabkan terjadinya regangan secara mikro dan merupakan salah satu rangsangan mekanik. Sebelumnya beberapa studi melaporkan bahwa aktivitas fisiologis menyebabkan regangan sebesar 0,001-0,003 mm/mm pada struktur tulang trabekula.
Saat melakukan aktivitas sehari-hari, tulang trabekula akan mengalami deformitas atau perubahan bentuk sejalan dengan pergerakan sumsum tulang. Gerakan tersebut dapat mempengaruhi proses remodelling tulang. Pergerakan sumsum tulang berperan sebagai penekan struktur tulang trabekula. Namun, penelitian sebelumnya menganalisis tulang trabekula dan sumsum tulang secara terpisah, sehingga tidak dapat mewakili keadaan sebenarnya. Oleh karena itu, penting untuk mempertimbangkan kombinasi analisis sumsum tulang dengan struktur trabekula secara simultan.
Pembebanan fisiologis menyebabkan deformasi tulang trabekula sehingga terjadi pergerakan sumsum tulang di dalam struktur berpori, dan berkontribusi merangsang respons osteogenik pada sel-sel tulang. Kekuatan dari beban fisiologis menyebabkan regangan kecil dan tegangan geser yang merupakan kunci untuk memulai proses remodeling tulang. Saat ini, para peneliti mencoba menemukan nilai aktual yang diperlukan untuk merangsang sel-sel tulang pada proses remodeling tulang. Penelitian dan studi simulasi telah dilakukan untuk mendapatkan nilai dari rangsangan biomekanik yang mendorong proses remodelling. Sumsum tulang adalah komponen utama dalam tulang trabekula, yang menampung sel pembentuk tulang untuk remodelling tulang. Dengan demikian, penting untuk mempertimbangkan keadaan yang mewakili kondisi tulang trabekula yang sebenarnya. Karena itu, pengetahuan tentang lingkungan biomekanik yang terjadi dalam tulang trabekula selama kondisi fisiologis sehari-hari perlu diketahui. Kegiatan ini diperlukan untuk memahami bagaimana sumsum tulang dapat mempengaruhi remodelling tulang.
Telah dilakukan penelitian tentang pergerakan sumsum tulang dalam mengatur respon osteogenik yang berhubungan dengan morfologi tulang trabekula. Deformasi tulang karena aktivitas fisiologis sejauh ini, belum ada penelitian yang menggunakan pembebanan gaya secara fisiologis untuk menguji efek interaksi stimulus mekanik pada tulang trabekula. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menyelidiki efek sumsum tulang, lingkungan mekanis dan struktur tulang trabekula dengan beban aktivitas fisiologis secara normal.
Struktur fluida melalui pendekatan Fluid Structure Interaction (FSI) diterapkan untuk menentukan deformasi tulang trabekula dengan tegangan geser sumsum dalam aktivitas remodelling tulang. Penelitian ini menggunakan plugin Bone J dalam perangkat lunak Image J untuk menganalisis data morfologi model tulang trabekula. Di dalam studi korelasi, hanya fraksi volume tulang (BV/TV) dan SMI menunjukkan nilai yang signifikan dengan hasil simulasi. Penelitian ini mengkorelasikan permeabilitas dan kekakuan tulang dengan kedua parameter morfologi tersebut. Dari hasil permeabilitas dan kekakuan menunjukkan berhubungan dengan BV/TV. Permeabilitas dalam tulang trabekula sangat penting karena menunjukkan fitur biologis dasar tulang trabekula. Simulasi hasilnya konsisten dengan yang ditemukan dalam literatur sebelumnya. Selain itu, mekanisme tulang trabekular kualitas tergantung pada kekakuannya, karena kekakuannya memiliki korelasi yang kuat dengan kekuatan. Tulang trabekula berubah bentuk sesuai dengan beban fisiologis, sumsum tulang di dalam akan mendapat stimulasi mekanis sebagai respon mekanobiologis. Nilai tegangan geser pada proses berjalan secara normal, dengan beban fisiologis pada kisaran 0,05 hingga 0,27 Pa. Nilai tegangan geser tersebut cukup untuk mengatur respons sel secara minimal. Namun, karena faktor penuaan, resorpsi tulang akan menjadi lebih tinggi. Dengan demikian, tegangan geser yang lebih tinggi diperlukan untuk remodelling tulang yang cepat, karena proses ini untuk mengurangi tingkat resorpsi tulang. Selain itu, penelitian ini juga memberikan wawasan tentang pemahaman mekanisme terkait sel tulang dan gangguan pasokan nutrisi pada tulang.
Penulis: Dr. Devi Rianti, drg., M Kes.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://journals.sagepub.com/eprint/UGBRWYQXFSXQDJQIEXV8/full
Devi Rianti; Ardiyansyah Syahrom (2022). Influence of bone marrow characteristic and trabecular bone morphology on bone remodelling process with FSI approach, Journal of Materials: Design and Application; https://doi.org/10.1177/14644207221080115
