Biology || Implan Ortopedi

(Image source : Pinterest)

1. PENGERTIAN IMPLAN

Sebuah implan adalah suatu peralatan medis yang dibuat untuk menggantikan struktur dan fungsi suatu bagian biologis. Permukaan implan yang kontak dengan tubuh bisa terbuat dari bahan biomedis seperti titanium, silikon, atau apatit ataupun bahan lain tergantung pada fungsinya. Pada kasus tertentu implan mengandung perangkat elektronik seperti jantung buatan. Beberapa implan bersifat bioaktif, seperti perangkat transfer obat dalam bentuk pil yang dapat diimplan.

Pada bidang ortopedi, implan adalah perangkat yang ditempatkan sebagai pengganti tulang untuk menyangga fraktur. Dalam konteks ini, implan dapat ditempatkan di dalam tubuh (internal) ataupun di luar tubuh (eksternal). Implan dental adalah salah satu contoh perangkat medis yang melanggar batasan implan internal atau eksternal.

Jadi, implan ini menggantikan fungsi bagian tubuh yang rusak dan tidak dapat digunakan dengan baik, contohnya menggantikan fungsi tulang yang patah dengan implan ortopedi atau disebut juga implan tulang.

2. AWAL MULA PEMBUATAN IMPLAN ORTOPEDI

Penggantian pinggul modern dipelopori oleh Sir John Charnley, ahli ilmu tribology di Wrightington Hospital, Inggris pada 1960-an. Ia menemukan bahwa permukaan sendi bisa diganti dengan implan yang disemen ke tulang. Rancangannya terdiri dari batang dan kepala femoral, satu potong baja stainless dan komponen polietilen, acetabular, yang keduanya menempel pada tulang menggunakan semen tulang PMMA (akrilik). Selama lebih dari dua dekade, Charnley Low Friction Arthroplasty dan desain turunannya adalah sistem yang paling banyak digunakan di dunia. Ini membentuk dasar untuk semua implan pinggul modern.

Sistem penggantian pinggul Exeter (dengan geometri batang sedikit berbeda) dikembangkan pada saat bersamaan. Sejak Charnley, telah terjadi perbaikan terus menerus dalam desain dan teknik penggantian sendi (artroplasti) dengan banyak kontributor, termasuk WH Harris, putra RI Harris, yang timnya di Harvard mempelopori teknik artroplasti yang tidak diperkuat dengan ikatan tulang langsung ke implan.

Penggantian lutut menggunakan teknologi serupa diawali oleh McIntosh pada pasien rheumatoid arthritis dan kemudian oleh Gunston dan Marmor untuk osteoarthritis pada tahun 1970an yang dikembangkan oleh Dr. John Insall di New York dengan menggunakan sistem bantalan tetap, dan oleh Dr. Frederick Buechel dan Dr. Michael Pappas memanfaatkan sistem bantalan mobile.

Fiksasi eksternal fraktur disempurnakan oleh ahli bedah Amerika selama Perang Vietnam namun kontribusi besar diberikan oleh Gavril Abramovich Ilizarov di Uni Soviet. Dia dikirim, tanpa banyak pelatihan ortopedi, untuk merawat tentara Rusia yang terluka di Siberia pada tahun 1950an. Tanpa peralatan, dia dihadapkan pada kondisi patah tulang yang tidak tersembuhkan, terinfeksi, dan malas. Dengan bantuan toko sepeda lokal ia merancang cincin fixator eksternal yang dikencangkan seperti jari-jari sebuah sepeda. Dengan peralatan ini, dia mencapai penyembuhan, penataan kembali dan perpanjangan sampai tingkat yang belum pernah terdengar di tempat lain. Aparat Ilizarov-nya masih digunakan saat ini sebagai salah satu metode osteogenesis distraksi.

Bedah ortopedi modern dan penelitian muskuloskeletal telah berusaha untuk melakukan pembedahan yang kurang invasif dan membuat komponen implan lebih baik dan lebih tahan lama.

3. BAHAN-BAHAN PEMBUATAN IMPLAN

Desain dan bahan implan tulang, contohnya tulang pinggul, antara lain:

1. Implan logam dan plastik

2. Implan logam dan logam

3. Implan keramik dan keramik

4. Implan logam dan highly crosslinked polyethylene

1. Implan Logam

Implan logam dan plastik merupakan desain implan pinggul tradisional yang paling umum digunakan. Sendi pinggul diganti dengan logam prostesis, dan spacer plastik ditempatkan di antaranya.

Logam yang digunakan meliputi titanium, stainless steel, dan krom kobalt. Bahan plastik yang digunakan disebut polietilena. Desain implan logam dan logam menggunakan bahan yang sama, tetapi tidak ada plastik yang dimasukkan diantaranya.

2. Implan Keramik

Sedangkan desain implan keramik dan keramik dirancang untuk menjadi yang paling tahan aus dari semua implan penggantian pinggul tersedia. Keramik lebih tahan gores dan halus daripada bahan-bahan implan lain.

4. PEMBUATAN DAN CARA KERJA IMPLAN ORTOPEDI (ANTIKARAT)

Penyangga tulang biokompatibel dari paduan titanium dan kobalt tak mengganggu metabolisme tubuh. Logam ini juga bisa merangsang pertumbuhan jaringan tulang dan otot. Untuk menggeser tulang ke posisi semula biasanya dilakukan pemasangan pen besi. Namun, cara itu kerap menimbulkan kekhawatiran karena pasien akan tetap merasakan nyeri akibat reaksi penolakan tubuh terhadap benda asing di kaki.

(BIOKOMPATIBEL : kemampuan suatu material untuk berinteraksi dengan sel atau jaringan hidup tanpa menimbulkan reaksi toksik atau memicu reaksi imun saat berfungsi. Demikian juga sebaliknya, di mana tubuh tidak memberi reaksi merugikan terhadap material)

Namun kekhawatiran itu bisa jadi akan segera berakhir setelah ditemukannya teknologi logam implan berbasis paduan titanium (Ti-Al-Ta/Sn) dan kobalt (Co-Cr-Mo). Teknologi itu dikembangkan oleh Yuswono, peneliti utama dari Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI). Penggunaan paduan logam itu berdasarkan standar ASTM F75 dan F1537 yang memunyai sifat biokompatibel.

Menurut Yuswono, kandungan kedua paduan logam itu dapat menyatu dengan dengan jaringan tubuh manusia lantaran komponennya dilapisi hidroksi apatit. Alhasil, jaringan otot yang rusak bisa tumbuh di permukaan komponen itu.

Selain itu, sifat dari biokompatibel paduan titanium dan kobalt tidak mengganggu metabolisme tubuh jika dibenamkan ke dalam jaringan tulang atau otot. Oleh karena itu, pemasangan penyangga tulang biokompatibel logam itu tidak akan memicu alergi atau menimbulkan kanker, seperti halnya pen dari besi itu.

"Paduan logam itu antikarat," ujarnya. Dengan menggunakan penyangga tulang logam, penderita patah tulang tidak perlu repot membongkar logam atau memasang penyangga tulang. Pasalnya, kata Yuswono, logam itu bersifat biokompatibel, aman, dan bakal menyatu dengan tulang dan jaringan otot, sehingga bertahan di tubuh seseorang untuk selamanya.

Dalam waktu tiga sampai empat pekan, biokompatibel dari logam itu bakal menyatu dengan tulang atau jaringan otot yang cedera atau rusak. Hal ini mengindikasikan tubuh tidak menolak komponen berbahan logam biokompatibel itu. Yuswono menjelaskan ada beberapa fungsi biokompatibel logam, salah satu di antaranya ialah menyambungkan tulang engsel yang rusak dan patah.

Meski demikian, tidak semua logam bisa menjadi bahan penyangga tulang biokompatibel. Ada beberapa jenis logam yang tidak boleh ditanam dalam tubuh, semisal nikel dan vanadium. Berdasarkan alasan itu, Yuswono tidak mencampurkan kedua logam itu ke dalam kandungan biokompatibel buatannya.

Yuswono mengatakan dirinya memilih titanium dan kobalt sebagai bahan pembuat biokompatibel logam dikarenakan titanium memiliki kekuatan yang lebih besar ketimbang baja. Kekuatannya bisa mencapai empat kali lipat dari beton yang cuma sebesar 250 mPa (mega pascal), kata Yuswono. Alasan lainnya, paduan dua logam itu tahan terhadap korosi yang diakibatkan oleh darah yang mengandung garam klorida yang terasa asin.

Untuk membuat penyangga tulang biokompatibel, Yuswono melebur paduan logam titanium dan kobalt di tungku busur listrik ruang gas inert. Peleburan paduan logam itu dilakukan di dalam ruang tertutup kedap oksigen. Menurut Yuswono, ruangan harus kedap oksigen agar material logam yang dilebur tidak habis. Ruangan pelebur itu berbentuk seperti tungku besar yang terbuat dari stainless steel. Sementara itu, sumber panas untuk melebur logam bisa berasal dari busur listrik atau induksi.

Peleburan Logam

Ada dua tahap proses peleburan komponen biokompatibel Menurut Yuswono, pembuatan paduan logam menjadi komponen harus melalui proses peleburan dan pembentukan komponen(hot work). Cara membentuk paduan logam menjadi komponen penyangga tulang dilakukan dengan menempa logam pada mesin tempa otomatis dan rol.

Sebelum dibentuk menjadi komponen, paduan titanium dan kobalt dilebur dengan menggunakan panas bersuhu tertentu, yakni 800 sampai 1.300 derajat celcius. Besarnya temperatur untuk melebur titanium sekitar 800 sampai 1.300 derajat celcius. Sedangkan suhu untuk melebur kobalt berkisar 1.100 hingga 1.300 derajat celcius.

Setelah itu, hasil peleburan bisa segera dibentuk dengan beragam cara. Proses selanjutnya, hasil coran ditempa dan dirol untuk dijadikan bentuk pelat atau batangan yang lebih tipis. Seusai tahap itu, dilakukan pengerjaan tempa dan rol tahap kedua untuk pembuatan komponen jadi.

Pembuatan komponen paduan kobalt, misalnya, dilakukan dengan dua metode. Pertama, melalui pembentukan logam (metal forming) rol dan tempa. Sedangkan membuat komponen dari paduan titanium melalui pengerjaan pembentukan logam saja.

Khusus untuk pembuatan komponen biokompatibel paduan kobalt yang bentuknya relatif kecil, menjadi tidak ekonomis dan sulit jika dikerjakan melalui pembentukan logam. Misalnya saja membuat mur, baut, dan ring berukuran kecil. "Kalau dikerjakan dengan penempaan akan sulit, risiko kerusakannya tinggi," kata Yuswono yang merupakan alumnus Universitas Waseda, Jepang, ini.

Setelah logam berbentuk paku payung, mur, atau pelat, selanjutnya permukaan bentuk komponen dilapisi hidroksi apatit (senyawa kalsium fosfat) untuk merangsang tumbuhnya jaringan jika ditanam di tulang. Pengerjaan pelapisan itu dilakukan melalui pengerjaan thermal spray dan penggunaannya disesuaikan dengan kebutuhan.

Penggunaan komponen yang sudah jadi itu selanjutnya disesuaikan dengan kebutuhan. Komponen berbahan paduan kobalt digunakan untuk mengganti tulang di daerah engsel yang berbentuk bola. Adapun penggunaan logam paduan titanium bisa digunakan sebagai implan gigi karena sifatnya kuat dan ringan.

Ke depannya, para peneliti LIPI berencana membuat komponen yang berupa hip joint (engsel di tulang paha bagian atas), engsel siku di lengan bagian tengah, pelat, dan berwujud paku payung.

Yuswono mengatakan jika sudah diproduksi massal, komponen itu tidak hanya berguna untuk para penderita patah tulang, tetapi juga mereka yang menderita sakit gigi dan jantung. Khusus untuk penderita penyakit jantung, akan dipasang ring pemacu jantung biokompatibel. Vic/L-2

Koran Jakarta, 25 Nopember 2009

Sivitas Terkait : Yuswono

5. EKSISTENSI IMPLAN ORTOPEDI : PRODUKSI MASSAL DI INDONESIA

Pembuatan Implan Ortopedi di Indonesia
(source : tribunnews.com)

(2017) Implan tulang biometalik berbahan stainless steel tipe 316L (SS 316L) hasil inovasi Badan Pusat Teknologi Material Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) dikabarkan telah rampung dikembangkan dan siap diproduksi secara massal dan komersil untuk sektor medis di Indonesia. BPPT menggandeng PT. Zenith Allmart Precisindo. Menurut Kepala BPPT Dr. Unggul Priyanto, sertifikasi produksi dan izin edar telah diterbitkan Kementerian Kesehatan kepada PT Zenith Allmart Precisindo selaku produsen untuk implan SS 316L. Ia juga menjelaskan bahwa pemenuhan kebutuhan nasional alat kesehatan (alkes) implan tulang dalam negeri terus bertambah seiring meningkatnya angka kecelakaan lalu lintas. Namun di sisi lain, produk alat kesehatan yang beredar di dalam negeri selain masih didominasi produk impor hingga 94 persen, termasuk di soal implan tulang, harganya juga jauh lebih mahal.

Sementara itu, Direktur Pusat Teknologi Material Asep Riswoko mengatakan bahwa Stainless steel 316L ini telah memenuhi persyaratan komposisi kimia bahan sesuai ASTM F138 (316L Implant Quality) dan kekuatan mekanis ASTM F138 (316L Implant Quality). Untuk diketahui, bahan dasar tersebut merupakan pemaduan dan pemurnian bahan baku lokal feronikel produk PT. Aneka Tambang di Pomala, Sulawesi Tenggara.

Dengan adanya industri yang memproduksi implan ortopedi di Indonesia, maka beban BPJS Kesehatan akan lebih diminimalisir karena mahalnya alat-alat medis yang diimpor, termasuk implan ortopedi. Dapat disimpulkan bahwa eksistensi implan ortopedi saat ini sudah tinggi, terbukti dengan kebutuhan akan impor implan tersebut. Untungnya, saat ini sudah ada implan ortopedi hasil karya negara kita. Harganya sudah jelas lebih murah daripada implan impor.

6. PERKEMBANGAN IMPLAN ORTOPEDI

Sesuai dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, tentunya pembuatan implan tulang terus dipercanggih. Seperti penemuan metode baru dalam implan tulang yang akan dibahas berikut ini, yaitu implan tulang dengan logam Magnesium. Sebenarnya, apa kelebihan dari implan logam Magnesium ini?

Logam ringan Magnesium merupakan implan ideal bagi penyembuhan patah tulang, karena dapat terurai secara biologis. Operasi kedua kalinya untuk mengangkat kembali implan dalam tubuh tidak diperlukan.

Dalam teknik kedokteran, pemasangan implan atau organ tubuh artifisial dewasa ini sudah menjadi kelaziman. Mulai dari penanaman gigi palsu hingga sendi panggul buatan. Akan tetapi, juga terdapat implan yang tidak harus selamanya berada dalam tubuh, misalnya pelat penyangga tulang yang patah.

Dalam kedokteran ortopedi modern, penyembuhan kasus patah tulang semakin banyak memanfaatkan sekrup dan pelat-pelat penyangga dari logam nirkarat. Metodenya lebih unggul dibanding cara konvensional menggunakan bebatan gips.

Tapi kerugiannya, harus dilakukan operasi kedua kalinya untuk mencabut kembali sekrup-sekrup dan pelat logam penyangga. Untuk menghindari hal itu, kini dikembangkan implan yang dapat terurai sendiri secara biologis.

Dengan menyekrup dan menahap tulang yang patah menggunakan lempengan logam baja tahan karat atau Titanium, tulang dapat pulih dan menyambung kembali dalam jangka waktu relatif lebih pendek. Namun dalam jangka waktu tertentu, implan logam yang merupakan benda asing dalam tubuh itu, harus diangkat kembali. Jika tidak, benda asing itu akan tumbuh terus bersama tulang dan jaringan ototnya. Artinya harus dilakukan operasi sekali lagi. Juga operasi semacam itu tetap mengundang risiko.

Magnesium terurai secara biologis

Namun dengan metode yang dikembangkan sekolah tinggi kedokteran Hannover, dengan memasang implant penyangga dari logam ringan Magnesium, di masa depan tindak operasi semacam itu, diharapkan tidak diperlukan lagi.

Metode bebatan gips akan bertahap ditinggalkan.

Dr. Frank Witte dari sekolah tinggi kedokteran Hannover yang mengembangkan implan Magnesium itu menjelaskan : “Di satu sisi, hal ini menyangkut perekatan yang stabil ujung tulang. Di sisi lainnya, saya ingin, jika tulangnya sembuh, material implan-nya tidak perlu harus diangkat lagi. Berlatar belakang ini, sekrup kecil dan pelat penyangga dari campuran logam Magnesium, misalnya untuk tulang lengan yang patah, dapat digunakan.”

Akan tetapi, logam Magnesium untuk implan ortopedi, juga bukanlah material yang tanpa masalah. Sebab, logam Magnesium biasa, tidak bisa dikontrol seberapa lama hingga logam ringan ini terurai seluruhnya. Juga dipertanyakan, apakah logam yang terurai itu tertimbun dalam tulang atau otot, atau dibuang keluar tubuh bersama dengan air seni? Juga pada penguraian Magnesium secara tidak terkontrol, terbentuk gas Hidrogen, Jika penguraiannya terlalu cepat, dapat terbentuk kista berisi gas, yang menyebabkan rasa sakit luar biasa pada pasien.

Campuran dengan mineral langka

Implan Magnesium terurai pada tulang binatan percobaan. Menimbang kelemahan logam Magnesium itu, Dr.Frank Witte yang memimpin laboratorium untuk bio-mekanik dan bio-material ortopedi klinis, melakukan sejumlah eksperimen, untuk menemukan campuran logam Magnesium yang ideal. Persyaratan yang harus dipenuhi campuran logam itu adalah, tidak terurai terlalu cepat, serta tidak mudah patah seperti logam Magnesium murni. Dengan begitu, tulang yang patah memiliki cukup waktu untuk tumbuh kembali.

“Kami meneliti campuran logam, yang mengandung mineral yang langka. Dalam kombinasi dengan Magnesium, mineralnya memicu sifat mekanis yang bagus. Campurannya juga mengembangkan sifat korosif yang memuaskan. Dengan itu kami memiliki penguraian yang relatif terkontrol dalam tubuh“, papar Witte.

Dalam bentuk campuran logam semacam itu, Magnesium menjadi materi yang amat menjanjikan, untuk dibuat implan pemulihan tulang patah, yang dapat terurai sendiri secara biologis. Uji coba pada binatang percobaan di laboratorium membuktikan, target dan harapan telah tercapai. Dr.Frank Witte dalam penelitian di laboratoriumnya juga mengamati, oksida Magnesium yang terbentuk ketika logamnya terurai, bahkan mendorong penyembuhan tulang yang terluka : “Jika kita cangkokkan tepung oksida Magnesium pada tulang, kami melihat pembentukan tulang amat positif pada empat minggu pertama.”

Stent untuk membantu pelebaran
pembuluh darah yang menyempit

Selain digunakan sebagai implan bagi penyembuhan tulang yang patah, logam Magnesium terbaru itu juga digunakan sebagai jaringan penunjang pembuluh darah yang menyempit. Dengan memasang pembuluh darah artifisial dari Magnesium berbentuk selang jaringan atau Stents, pembuluh darah yang menyempit dapat diperlebar. Jaringan penunjang dari Magnesium mencegah terjadinya kembali penyumbatan. Juga dalam waktu beberapa bulan, jaringan penunjang itu akan terurai sendiri secara biologis. Yang tersisa adalah pembuluh darah yang kembali lancar dan terbuka.

Hellmuth Nordwig/Agus Setiawan

Editor : Luky Setyarini

Source :

1. Pengertian implan : https://id.wikipedia.org/wiki/Implan

2. Asal Mula Pembuatan Implan Ortopedi (Modern Ortopedi) : https://en.wikipedia.org/wiki/Orthopedic_surgery

3. Bahan-Bahan Pembuatan Implan : https://health.detik.com/read/2011/12/01/103847/1779839/763/plus-minus-implan-keramik-dan-logam-untuk-cedera-pinggul

4. Pembuatan dan Cara Kerja Implan Ortopedi : http://lipi.go.id/berita/-teknologi-implan-tulang-antikarat---/3167

5. Produksi Massal Implan Ortopedi di Indonesia : http://medx.emedis.id/implan-tulang-inovasi-bppt-siap-diproduksi-massal/

6. Perkembangan Implan Ortopedi : http://www.dw.com/id/metode-baru-penyembuhan-patah-tulang/a-15744534

7. Biokompresibel : http://fera-sun.blogspot.co.id/2010/12/dental-implan.html

8. Referensi : https://health.detik.com/read/2017/02/20/140249/3427013/763/jika-implan-tulang-tak-lagi-impor-beban-bpjs-bisa-lebih-ringan