MAKALAH PATOFISIOLOGI PRIMARY OSTEOPOROSIS

Metabolisme Vitamin D
edies SHank
FAKULTAS KEPERAWATAN
Pendahuluan
Osteoporosis adalah penyakit tulang metabolik yang paling sering dijumpai.
Penyakit ini sering tanpa keluhan dimana densitas tulang berkurang secara
progresif dengan kerusakan mikroarsitektur tulang sehingga tulang menjadi
rapuh, mudah patah dan tidak terdeteksi sampai terjadi patah tulang.
Osteoporosis merupakan suatu problem kesehatan di seluruh dunia dan insidensi
pada  kulit putih  sebesar 13 % dengan usia yang sama.
Sebenarnya tidak hanya gangguan homeostatis kalsium sebagai  salah
satu faktor penyebab terjadinya osteoporosis, tetapi masih banyak faktor faktor
lain yang mempunyai peran/kontribusi, diantaranya adalah defisiensi/ insufisiensi 
vitamin D.
Aktivitas sel sel tulang yaitu resorpsi dan pembentukan dikendalikan oleh
dua factor yaitu factor sistemik ( hormon) dan factor local ( generated cytokines
dan  growth factor ). Salah satu faktor sistemik tersebut adalah  1,25
dihydroksivitamin D. Selain vitamin D, factor sistemik lain  adalah hormon
paratiroid (PTH ), kalsitonin, insulin, estrogen/androgen, hormon pertumbuhan
dan hormon tiroid. 
Pada makalah ini akan dijelaskan metabolisme vitamin D secara fisiologis
mempunyai pengaruh mekanisme remodelling tulang. Adanya defisiensi ataupun
insufisiensi vitamin D akan mempengaruhi proses remodelling  tersebut, yang
pada akhirnya akan menimbulkan kelainan patologis pada tulang ( Osteoporosis
Primer ).2
Fisiologis tulang
Tulang rangka tubuh manusia terdiri tulang kortikal 70-80% dan tulang
trabekular 20-30%. Pada keadaan normal tulang rangka, sebanyak 25% volume
tulang anatomi yang spesifik sebagai jaringan tulang. Dan 75 % merupakan
sumsum tulang (bone marrow) dan lemak, tetapi ini sangat bervariasi
tergantung sebagaimana besar tulang skeletonnya. Pada jaring tulang yang
spesifik, hanya 60% berupa mineral tulang dan 40% merupakan  jaringan
organik, berupa kolagen. Sumsum tulang mengandung stroma, jaringan mieloid,
sel lemak, pembuluh darah, sinusoid,  dn beberapa jaringan limfe.
Jaringan tulang  sangat kompleks, aktifitas metabolisme  aktif pada tulang pada
proses mineralisasi yang terdiri dari  komposisi esensial, yaitu garam kalsium dan
fosfat.  Garam tersebut merupakan 2/3 bagian dari berat tulang kering dan
merupakan unsur yang paling banyak kalsium dan fosfat dari seluruh tubuh.
Integritas tulang dipertahankan oleh  kompartement ekstraselular calsium.     
Tubuh mengandung 1000 gram ( 2500 mmol) Kalsium, terdiri dari 9 gram
( 225 mmol ) berada di jaringan lunak, 1 gram ( 25 mmol) berada di cairan
ekstraseluler dan sisanya berada pada jaringan tulang.
Seperti dikemukakan dalam pendahuluan bahwa aktivitas sel sel tulang
yaitu resorpsi dan pembentukan dikendalikan oleh  faktor sistemik, salah satu
faktor sistemik tersebut adalah  1,25 dihydroksivitamin D. Selain vitamin D,
faktor sistemik lain adalah hormon paratiroid (PTH ), kalsitonin, insulin,
estrogen/androgen, hormon pertumbuhan dan hormon tiroid.  Semua faktor
tersebut saling terkait dalam proses metabolisme tulang.
Vitamin D
Vitamin D2 ( ergocalciferol ) dan vitamin D3 ( cholecalciferol, merupakan derivat
steroid, yang terbentuk dari ergosterol dan 7-dehydrocholesterol. Vitamin D2
berbeda dari vitamin D3 dalam proses pembentukan rantai 19-carbon, tetapi dua
sterol mempunyai kesamaan dalam aktifitas sebagai anti rakhitis pada manusia.
Struktur metabolit aktifnya berupa 1,25-dihydroxyvitamin D3 ( 1,25(OH)2 D3.  3
Biosintesis Vitamin D
Vitamin D yang dibentuk di kulit atau yang diresorpsi melalui usus akan dirubah
oleh hati menjadi 25-hydroxycholecalcipherol, yang kemudian oleh ginjal akan
dirubah menjadi 1,25 dihydroxycholecalciferol ( 1,25 dihydroxy vitamin D3= 1,25
DHCC ) yang merupakan suatu hormon ( bukan vitamin) dan berperan pada
metabolisme tulang.
Peran utama dari 1,25 dihydroxyvitamin D3 adalah dalam hal meningkatkan
penyerapan kalsium dan fosfat dari usus untuk kebutuhan mineral tersebut pada
pembentukan tulang.  Selain itu sama halnya dengan PTH, 1,25 dihydroxy
vitamin D3 merupakan perangsang kuat pembentukan osteoklast.
Vitamin D lebih tepat disebut sebagai hormon. Vitamin D adalah hormone
secosterol yang merupakan derivate 7-dehydrocholesterol ( provitamin D),
precursor langsung kolesterol. Di dalam tubuh vitamin D didapatkan dalam
bentuk vitamin D endogen ( vitamin D3) dan eksogen ( vitamin D2). Kedua
bentuk tersebut untuk menjadi vitamin D yang aktif memerlukan metabolisme
lebih lanjut. Vitamin D larut dalam lemak, dan oleh sebab itu untuk dapat
ditransportasi dalam darah membutuhkan vitamin D-binding protein yang
spesifik.
Bentuk vitamin D endogen, Cholecalciferol, disintesis di dalam hati di
bawah  pengaruh radiasi ultraviolet (UV), dari metabolit cholesterol (7-
dehydrocholersterol), sedangkan bentuk eksogen vitamin diit.  Ketika kulit
terpapar oleh sinar matahari atau sinar artificial tertentu, radiasi UV memasuki
epidermis dan menyebabkan transformasi 7-dehydrocholersterol menjadi vitamin
D3. Dengan paparan sinar matahari yang cukup suplementasi vitamin  tidak
diperlukan. Ketika tubuh terpapar sinar matahari yang cukup  ( sampai
menimbulkan sedikit eritema pada kulit ) kadar vitamin D di dalam darah
meningkat setara dengan mengkonsumsi vitamin D 10.000 – 25 000 iu peroral.
Suplementasi vitamin D diperlukan apabila irradiasi sinar matahari tidak cukup.
Produksi vitamin D3 yang berlebihan akibat paparan sinar matahari yang terus 4
menerus dapat dicegah dengan isomerisasi fotokimiawi provitamin D3 dan
vitamin D3 menjadi produk yang secara biologis inert.
Aksis hormon parathyroid -vitamin D
Homeostatis plasma Kalsium ekstra seluler  tergantung kepada beberapa
hormon, yaitu parath hormon dan vitamin D, kedua hormonal tersebut 
mempunyai peran penting dalam mengatur homeostatis Kalsium. Vitamin D yang
terdapat pada tumbuhan,   Vitamin D2 ( ergocalciferol) dan pada hewan D3 (
cholecalciferol). Vitamin D ini terdapat dalam diet sehari hari,  dan disintesa di
kulit ( terutama vitamin D3 ) dengan bantuan radiasi sinar ultra violet dari
matahari menjadi 7- dehydrocholesterol. Vitamin D2 dan D3 mempunyai
perbedaan dalam metabolisme.
Vitamin D ( kedua duanya D3 dan D2 ) akan diangkut ke hati dan terikat 
oleh  alfa globulin spesifik ( vitamin D binding protein ) dan sebagian kecil  oleh
albumin dan lipoprotein.  Kemudian mengalami hydroksilase menjadi  25-
hydroxylated vitamin D- 25 (OH)2 D), calcidiol, yang merupakan bagian terbesar
metabolit vitamine D yang berada di dalam sirkulasi.  Kemudian menuju  ginjal
yang akan mengalami hydroksilase dari  1 α- hydroxylase menjadi bentuk 1,25
dihydroxyvitamin D-25 (OH)2 D.  Hasil ini merupakan metabolit aktif dan
peningkatan Ca ekstra seluler oleh adanya peningkatan absorpsi calsium dan
posfat di usus dan mobilisasi kasium dari tulang.
Parathyroid hormon yang disintesa di kelenjar parathyroid dan
memelihara homestatis kalsium ekstraseluler melalui  organ ginjal ( peningkatan
absorpsi kalsium ) dan mobilisasi calsium dari  tulang yang labil. Respon ini
kebanyakan merupakan pengaturan  produksi  1,25 (OH)2  D dan Hormon
paratiroid , pengatur paling besar dalam regulasi produksi 1,25 (OH)2 D, dengan
demikian kalsium dan fosfat serum  mempengaruhi produksi hormon
parathyroid. 5
Photobiogenesis, metabolisme dan aktifasi
Di dalam hati, cholecalcitriol oleh enzim hidrolase ( mitokondria dan mikrosom )
diubah menjadi 25- hydroxyvitamin D ( 25-(OH)D, bentuk utama  fat storage
vitamin D. Oleh sebab itu, 25- hydroxyvitamin D merupakan ukuran terbaik
status  overall vitamin D. Kadar normal berkisar 15  – 50 ng/dl ( 25 – 125
mmol/ml), tetapi kadar < 15 ng/ml sudah menjurus ke defisiensi vitamin D. Di
tubulus proksimal ginjal, 25- hydroxyvitamin D mengalami hidroksilasi menjadi
bentuk 1,25 hydroxyvitamin D, bentuk vitamin D yang paling aktif, dan dikenal
sebagai 1,25 dihydrocholecalciferol. Langkah hidroksilasi tersebut dikendalikan
oleh berbagai faktor, beberapa yang paling penting adalah PTH, fosfor, kalsium
serum, dan 1,25 dihydrocholecalciferol itu sendiri. Enzim 1 α-hydroxylase yang
memediasi konversi di ginjal juga dibentuk di placenta dan keratinosit. Pada
berbagai keadaan, makrofag dan limfosit mengekspresikan 1 alfa-hydroksilase
secara berlebih dan menyebabkan kalsifikasi.
Konsentrasi 1,25 dihydrocholecalciferol D yang normal didalam serum
adalah 20  -60 pg/ml ( 50  -150 pmol/L).  Ginjal juga dapat mengkonversi 25-
dihydroxyvitamin D menjadi 24,25- dihydroxyvitamin. Walaupun di sirkulasi
metabolit tersebut kadarnya 100 kali lebih tinggi dibandingkan dengan kadar
1,25 dihydroxyvitamin, peran biologisnya sampai saat ini masih belum jelas.
Berbagai studi menunjukan bahwa metabolit tersebut merupakan produk
degradasi yang tidak mempunyai efek biologis. Peneliti lain menduga adanya
peran penting 24,25- dihydroxyvitamin dalam pembentukan tulang dan
chondrogenesis. Vitamin D dan metabolitnya di nonaktifkan di hati dengan cara
konjugasi dengan golongan glukoronid dan sulfat serta oksidasi side-chain-nya.
Vitamin D dari diit dan atau hasil konversi dari  precusor di kulit dengan
bantunan radiasi matahari menyediakan substrat untuk aktifasi metabolik. Di
dalam tubuh manusia kedua jalur aktifasi metabolik yaitu, jalur endogen  (
cholecalciferol= Vit D3 yang berasal dari hewan ) dan jalur eksogen dalam
bentuk vitamin D2 ( ergocalciferol) didapatkan rasio 2 : 1.6
Ginjal mempunyai peran penting dalam metabolisme vitamin 25(OH)
menjadi metabolit yang lebih aktif. Sesudah di bentuk di hati, 25(OH)D diikat
oleh vitamin –D binding protein dan dibawa ke ginjal. Di ginjal ( mitokondria ),
25(OH)D dengan bantuan enzim  25(OH)D- 1-hydroxylase  menjadi 1,25(OH)2D.
Hipokalsemia meningkatkan konversi 25(OH) menjadi 1,25(OH)2D. Di ginjal
25(OH)D juga dikonversi menjadi metabolit 24-hydroksilase yang mungkin
mempunyai pengaruh yang unik pada chondrogenesis dan osifikasi
intramembran.
Kontrol sintesa 1,25 (OH)2 D3
Terdapat 2 faktor utama dalam regulasi aktifitas 1-α Hydroxylase pada ginjal,
yaitu fosfat inorganik dan konsentrasi hormon paratiroid. Konsentrasi fosfat yang
rendah akan menstimulasi 1-α Hydroxylase, dan tidak tergantung kepada
aktifitas kelenjar paratiroid. Keadaan hipokalsemia akan meningkatkan
konsentrasi hormon parathyroid, juga  sebagai signal untuk terjadinya
peningkatan aktifitas enzym.
1,25 (OH)2 D3 menurun akibat stimulasi  24  -α Hydroxylase dan
mensupresi 1-α Hydroxylase. Efek ini dimediasi aktifasi hormon Parathyroid yang
menurun.
Intestin
Vitamin D meningkatkan absorpsi  kalsium khususnya di jejenum dan ileum,
terutama dengan meningkatkan ambilan kalsium melalui  brush border dinding
enterosit. Kalsium  menginduksi kalsium-binding calbidins yang berperan dalam
transportasi kalsium melintasi sel serta meningkatkan kalsium efflux dari sisi
basolateral enterosit ke dalam sirkulasi. Efflux tersebut dimediasi oleh TP-deriven
vitamin D-sensitive pump dan oleh Na
+
-Ca
+2
exchanger yang digerakkan oleh
perbedaah konsentrasi Na
+
 ( Na
+
gradient) . Pengaruh awal vitamin D pada
absorpsi kalsium di intestinum terjadi dalam bbeberapa menit. Oleh sebab itu 7
aksi vitamin D pada transportasi kalsium intestinal mungkin  dimediasi oleh
reseptor membran nongenomik. Selain itu Vitamin D juga meningkatkan absorpsi
fosfat.  Dengan meningkat proses absorpsi kalsium dan fosfat maka akan terjadi
peningkatan konsentrasi kalsium dan fosfat dalam plasma.
Tulang
Pengaruh metabolit vitamin D pada tulang sangat kompleks dan kurang jelas.
Dengan menyediakan ambient calsium yang cukup dan melalui efek langsung,
vitamin D meningkatkan mineralisasi osteoid. Vitamin D menyebabkan resorbsi
rtulang oleh osteoklast yang matur, tetapi pengaruh tersebut tidak langsung,
karena memerlukan recruitment dan interaksi dengan osteoblast.
Saat ini diketahui  bahwa efek 1,25 (OH)2D3  pada tlang  adalah dengan
terjadinya perangsangan terhadap proses resorpsi, yang didahului dengan
mobilisasi kalsium dan fosfat dari tulang ke cairan ekstraseluler. 1,25 (OH)2 D3
secara  tidak langsung meningkatkan mineralisasi tulang melalui peningkatan
konsentrasi kalsium dan fosfat akibat peningkatan absorsi kalsium dan fosfat
melalui intestin.
Selain itu  Vitamin D juga berperan dalam mengatur berbagai protein
tulang. Vitamin D juga menigkatkan transkripsi osteokalsin, mempunyai
pengaruh bidirectional pada kolagen tipe 1 dan transkripsi gen fosfatse alkaline.
Juga meningkatkan fusi precusor monosit pada osteoblast.
Ginjal.
Reseptor Vitamin D diekspresikan dengan kuat di ginjal dan melalui 1,25
dihydrocholecalciferol D3 mempertahankan reabsorpsi kalsium dan menstimulasi
reabsorpsi fosfat di tubulus ginjal.  Tetapi Pengaruh reabsorpsi fosfat tersebut
tidak diketahui dengan jelas terhadap homeostatis fosfat.8
Jaringan lain
Penyebab myopati yang sering  terjadi yang berhubungan dengan defisiensi
vitamin D yang berat. Ini menimbulkan dugaan otot juga sebagai salah satu
target organ vitamin D. Meskipun demikian belum adanya peneltian yang
menunjukan secara jelas. Walaupun didapatkan reseptor spesifik 1,25 (OH)2D3
pada beberapa jaringan, termasuk pada kelenjar paratiroid, placenta, pankreas,
kelenjar pituitari, tetapi peran reseptor dan aksi 1,25 (OH)2D3 pada jaringan juga
belum  dapat dimengerti sepenuhnya.
Vitamin D dan patofisiologi kelainan tulang
Dalam mempertahankan intergritas mekanisme dan struktur tulang diperlukan
proses remodelling tulang yang konstan, yaitu respon terhadap keadaan baik
fisiologis maupun patologis yang terjadi selama kehidupan. Adanya kebutuhan
asupan kalsium dan  vitamin D yang meningkat terutama dengan bertambahnya
umur, dengan sendirinya akan meningkatkan proses remodelling.
Defisiensi dan insufisiensi Vitamin D
Penyebab utama defisiensi vitamin D adalah kurangnya asupan  nutrisi,
kurangnya paparan matahari sinar matahari, keadaan yang menyebabkan
penurunan sintesa  vitamin D di kulit dan penurunan sintesa 25 (OH)2   di ginjal
akibat proses penuaan ginjal.
Defisiensi Vitamin D yang terjadi dalam jangka waktu lama dan berat
pada dewasa muda akan menimbulkan osteomalasia, sedangkan pada anak-anak 
akan mengalami rikect ( Suatu kelainan tulang yang khas ditandai dengan
adanya abnormalitas biokimiawi dan tulang ), terjadi kerusakan mineralisasi yang
terus menerus, hiperparatitoid sekunder berat, hypokalsemia, hipofosfatemia,
dan peningkatan fosfatase alkali. Defisiensi Vitamin D baru ditegakkan apabila
dilakukan pemeriksaan kadar 25 (OH)2  dengan hasil biasanya sangat rendah
bahkan dapat tidak terdeteksi.9
Makin bertambahnya Insufisiensi vitamin D ( subklinikal defisiensi vitamin
D ) yang ditemukan pada kelainan patologis yang jelas. Berbeda dengan
defisiensi vitamin D, Insufisiensi vitamin D sering ditemukan pada keadaan 
hiperparatiroidism sekunder yang ringan, normokalsemia, dan mineralisasi tulang
yang normal. Rendahnya kadar  kalsium plasma  akan merangsang  sekresi
hormon paratiroid, yang kemudian akan merangsang  aktifasi 1- α hydroxylase
di ginjal dam akan meningkatkan produksi 1,25 (OH)2 D. Keadaan ini 
menyebabkan  serum kalsium kembali normal, tetapi  burn turn over  tulang
meningkat dan  keadaan ini yang dapat mencegah kecenderungan terjadinya
osteomalacia.
Peningkatan 1,25 (OH)2 D akibat rangsangan PTH akibat defisiensi vitamin
D, meskipun demikian  juga dapat ditemukan kesalahan dan atau tetap dengan
kadar normal rendah  dari nilai normal alat ukur. Hal ini mungkin berhubungan
dengan tingkat defisiensi dan kemungkinan adanya kerusakan 1-α hydroxylase
akibat ginjal yang menua, dan kemunduran fungsi ginjal. Insufisiensi vitamin D
ini sering ditemukan pada usia dewasa muda dan pada orang tua yang tinggal di
rumah. Apabila Insufisiensi vitamin D tidak diatas, maka akan terjadi
progresivitas  kehilangan masssa tulang, yang pada akhirnya akan meningkatkan
resiko  fraktur.
Therapi vitamin D
Terapi vitamin D diindikasikan pada pengobatan pada penyakit yang
berhubungan dengan defisiensi  vitamin D, termasuk ricket, osteomalasia,
hypoparatiroidsm dan beberapa kelainan renal osteodistrofi.
Suplemen vitamin D dan kalsium mengurangi angka kejadian fraktur, dan sangat
berguna sebagai terapi ajuvantivus dalam pengobatan osteoporosis. Vitamin D
membantu homeostatis kalsium melalui peningkatan absorpsi kalsium di usus
halus, meningkatkan absorpsi kalsium dan fosfat di tubulus proksimal ginjal.
Kemampuan absorpsi kalsium menurun dengan meningkatnya usia  sehingga 10
konsumsi kalsium pada usia tua sangat dianjurkan. Pemberian vitamin D 800 Iu
dalam suatu penelitian, dapat menurunkan terjadinya fraktur femur pada
kelompok intervensi sampai 30%. Dosis optimal vitamin D tidak diketahui,tetapi
banyak penelitian menganjurkan minimal 400 IU/hari.
Ringkasan
1. Vitamin D mempunyai kontribusi penting dalam proses remodelling tulang.
2. Dalam mempertahankan fungsi mekanik dan biologi tulang tersebut,
vitamin D yang lebih tepat disebut hormon, berinteraksi dengan organ
ginjal dan gastrointestinal, sehingga terjadi homestatis calsium dan fosfat.
3. Dengan terjadinya gangguan baik insufisiensi maupun defisiensi vitamin D
maka akan terjadi gangguan remodelling tulang, sehingga terjadi
progresivitas  kehilangan masssa tulang, yang akan menjadi ancaman
fraktur.
4. Insufisiensi/ defisiensi vitamin D merupakan indikasi untuk pemberian
suplement vitamin D, minimal 400 Iu dalam sehari. Walaupun demikian
baik terapi suplementasi maupun ajuvantivus vitamin D, tidak menjadi
pilihan pengobatan tunggal, tetapi sebaiknya terapi kombinasi dengan
preparate obat lain yang mempengaruhi remodelling tulang.
Daftar Pustaka
1. H. Stephen F. JC Conrad. AACE clinical practice Guideline for the
prevention and treatment of post menopause 2000; 1 -22
2. O Sahota. Osteoporosis and the role of vitamin D and Calsium-vitamin D
deficiency, vitamin D insufficiency and vitamin D sufficiency. Age ang
Aging, 2000. 301 – 304.
3. Holick MF, Krane SM. Introduction to bone and mineral metabolism.
Harrison,s principle Internal  Medicine. Fauci AS. Et al (Eds). 2001. Mc
Graw Hill. 2192-2226.11
4. D Shoback, R Marcus, D Bikle, G Strewler. Mineral metabolism & Metabolic
Bone Diasease. Basic & Clinical Endocrinology. FS Greespan, DG Gardner.
6
th
 eds, 2001. . Mc Graw Hill. 273-334
5. FR Bringhurst, MB Demay, HM Kronenberg. Hormones  and metabolism of
mineral metabolism. William textbook of endocrinology, JD Wilson, DW
Foster., HM Kronenberg., PR Larsen. 9
th
  eds, 2003,  WB Saunder Co
1303-1359.
Disampaikan pada workshop, osteoporosis, garut, 2004