Improvements of aged hippocampus functions by improvement of glutathione levels in rats supplemented with Alanine Glutamine Dipeptide
PERBAIKAN FUNGSI PADA PENUAAN
HIPOKAMPUS TIKUS YANG DIPERANTARAI
GLUTATION DENGAN PEMBERIAN DIPEPTIDA
ALANIL-GLUTAMINA
SUNARNO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
1
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Perbaikan Fungsi pada
Penuaan Hipokampus Tikus yang Diperantarai Glutation dengan Pemberian
Dipeptida Alanil-Glutamina adalah karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Agustus 2012
Sunarno
NRP B161070031
ABSTRACT
SUNARNO. Improvements of Aged Hippocampus Functions by Improvement of
Glutathione Levels in Rats Supplemented with Alanine-Glutamine Dipeptide.
Under Direction of WASMEN MANALU, NASTITI KUSUMORINI, and DEWI
RATIH AGUNGPRIYONO.
Increased age or oxidative stress decreases the functions of the
hippocampus. One way to improve the function of the aging hippocampus is to
increase the level of glutathione in the hippocampus. Alanine-glutamine dipeptide
was reported to increase the levels of glutathione in the hippocampus. This
experiment was designed to obtain the optimum concentrations of alanineglutamine dipeptide supplementation that can increase the levels of glutathione in
the hippocampus, to obtain an improvement of histo-morphology, mitochondrial
structure, learning-memory and motor activity ability, concentrations of alanineglutamine dipeptide in the plasma or the hippocampus after administration of 7%
alanine-glutamine dipeptide, both in physiological aging or oxidative stress rats.
This first experiment was designed to obtain the optimum concentration of
alanine-glutamine dipeptide supplementation i.e., 7% that was used in the second
experiment. The second experiment was conducted in a completely randomized
design with 2x2x2 factorial arrangement. The first factor was the age of rats,
consisted of 2 levels i.e., 12 and 24 months. The second factor was oxidative
stress consisted of 2 levels, i.e., without or with oxidative stress. The third factor
was alanine-glutamine dipeptide, consisted of 2 concentrations, i.e. 0% and 7%.
The results showed that administration of 7% alanine-glutamine dipeptide gave
the highest increase in the levels of glutathione in the hippocampus either in
young (58.76%) or aged (125.81%) rats or in normal (76.47%) or oxidativestressed (97.26%) rats. Supplementation of 7% alanine-glutamine dipeptide
increased concentrations of alanine-glutamine dipeptide in the plasma and in the
hippocampus of young (52.66%, 39.10%) or aged (32.90%, 52.91%) rats, in
normal (46.46%, 47.71%) or oxidative-stressed (39.69%, 42.31%) rats.
Supplementation of 7% alanine-glutamine dipeptide improved viability, mortality,
and the length of the axons in young (4.11%, 37.07%, 12.58%) or aged (6.91%,
37.85%, 32.84%) rats or in normal (3.25%, 29.21%, 21.04%) or oxidativestressed (7.80%, 43.01%, 25.56%) rats, and mediated the presence of normal
mitochondrial or mitochondrial with total damage in normal aged (90%, 0%) rats
or oxidative-stressed aged (46.67, 16.67%) rats. Supplementation of 7% alanineglutamine dipeptide improved response time needed to find a feed in young
(42.32%) or aged (65.82%) rats, in normal (87.74%) or oxidative-stressed
(33.11%) rats, improved travel distance, stereotypic time, ambulatory time, and
resting time in young (93.32%, 88.56%, 87.69%, and 48.48%) or aged (92.81%,
56.83%, 71.73%, and 117.04%) rats, in normal (94.18%, 75.75%, 75%, 75.72%)
or oxidative-stressed (91.82%, 73.63%, 77.2%, and 71.33%) rats. This research
concluded that the administration of 7% alanine-glutamine dipeptide increased the
concentration of alanine-glutamine dipeptide and glutathione levels in the
hippocampus that mediated the improvements of functions of the aging
hippocampus in rats.
Keywords:
alanine-glutamine dipeptide, glutathione, histo-morphology,
mitochondrial, aging, oxidative stress, hippocampus function
RINGKASAN
SUNARNO. Perbaikan Fungsi pada Penuaan Hipokampus Tikus yang
Diperantarai Glutation dengan Pemberian Dipeptida Alanil-Glutamina. Dibimbing
oleh WASMEN MANALU, NASTITI KUSUMORINI, dan DEWI RATIH
AGUNGPRIYONO
Penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif merupakan dua
faktor utama penyebab penurunan fungsi atau penuaan hipokampus otak.
Penurunan fungsi hipokampus diperantarai oleh gangguan homeostasis glutation
sebagai akibat penurunan konsentrasi glutamina atau dipeptida alanil-glutamina
dalam plasma darah dan hipokampus. Penurunan level glutation berdampak pada
perubahan histo-morfologi dan struktur mitokondria. Penurunan fungsi
hipokampus mempunyai korelasi dengan perubahan kemampuan belajarmengingat dan aktivitas motorik. Bertolak dari hal tersebut maka penelitian ini
dilakukan dengan mengkaji penurunan fungsi hipokampus otak dari aspek
fisiologi, histo-morfologi, seluler, dan tingkah laku. Penelitian ini bertujuan untuk
memperbaiki fungsi pada penuaan hipokampus dengan menggunakan asam amino
penyedia prekursor glutation (dipeptida alanil-glutamina), baik pada penuaan
fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif. Dipeptida alanil-glutamina
digunakan untuk menyediakan glutamina dalam hipokampus yang dapat
membantu meningkatkan sintesis glutation di hipokampus. Peningkatan laju
sintesis glutation dapat menyebabkan peningkatan level glutation dan memberi
dampak pada perbaikan fungsi pada penuaan hipokampus.
Metode untuk mendapatkan respons fisiologi, seperti penentuan
konsentrasi dipeptida alanil-glutamina dalam plasma darah dan hipokampus
dengan menggunakan metode preparasi dan pengukuran absorbansi maksimum
pada spektrofotometer dengan panjang gelombang 630 nm, sedangkan level
glutation hipokampus diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang
520 nm. Untuk penentuan respons histo-morfologi hipokampus, yang meliputi
viabilitas dan mortalitas neuron dilakukan dengan prosedur pemrosesan sediaan
histologi dengan pewarnaan umum hematoksilin-eosin, sedangkan untuk
pengukuran panjang akson digunakan prosedur pemrosesan histologi dengan
pewarnaan khusus perak nitrat Bielschowsky. Untuk melengkapi data-data histomorfologi dilakukan penentuan respons seluler pada hipokampus dengan metode
preparasi sampel blok TEM (transmission electron microscope) dilanjutkan
dengan pengamatan terhadap profil struktur mitokondria. Berdasarkan ciri-ciri
morfologi, ukuran (diameter mitokondria), struktur membran luar, membran
dalam, dan krista mitokondria, dibuat pengelompokan profil mitokondria neuron
menjadi 3 macam, yang meliputi mitokondria normal, mitokondria dengan
kerusakan sebagian, dan mitokondria dengan kerusakan total. Data-data yang
berkaitan dengan perilaku diukur dengan menggunakan alat uji fourth arm maze
dan optovarimex. Alat uji fourth arm maze digunakan untuk penentuan respons
waktu yang diperlukan oleh tikus percobaan dalam menemukan pakan dalam
ruang uji yang menggambarkan kemampuan navigasi dan pengenalan pada suatu
objek. Kedua kemampuan ini mempunyai keterkaitan dengan kemampuan belajar
dan mengingat. Alat uji optovarimex yang dikoneksikan dengan software
autotract pada komputer digunakan untuk penentuan aktivitas motorik, yang
meliputi jarak tempuh, waktu stereotif, waktu ambulatori, dan waktu istirahat.
Data-data fisiologi, histo-morfologi, dan perilaku dianalisis dengan analisis ragam
pada taraf 5% dengan menggunakan software The SAS System versi 9. Profil
mitokondria neuron dianalisis dengan menggunakan analisis pemeringkatan
(scoring) deskriptif kualitatif. Perbaikan respons fisiologi, histo-morfologi,
seluler, dan perilaku mempunyai keterkaitan dengan peningkatan level glutation
dan dapat digunakan sebagai indikator untuk mengetahui perbaikan fungsi
hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
Pemberian dipeptida alanil-glutamina secara intravena dapat memberi
peningkatan ketersediaan glutamina di hipokampus. Glutamina akan dikonversi
menjadi asam glutamat dan asam amino ini bersama-sama dengan sisteina dan
glisina secara bertahap digunakan untuk mendukung sintesis glutation di
hipokampus. Hasil pemberian berbagai konsentrasi dipeptida alanil-glutamina
menunjukkan bahwa konsentrasi dipeptida alanil-glutamina 7% memberi
pengaruh paling optimal pada perbaikan fungsi hipokampus, baik pada penuaan
fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif. Konsentrasi paling optimal dipeptida
alanil-glutamina ditentukan berdasarkan status fungsi hipokampus terbaik
mengacu pada level glutation tertinggi pada kedua kondisi penuaan. Hasil
penelitian memberi bukti bahwa pemberian dipeptida alanil-glutamina 7%
memberi peningkatan tertinggi level glutation hipokampus, baik pada tikus
dengan umur lebih muda (58.76%) atau tua (125.81%), tikus normal (76.47%)
atau stres oksidatif (97.26%), lebih tinggi dibanding kontrol dan konsentrasi 3%
atau 5%. Glutation hipokampus dengan level optimal mempunyai korelasi dengan
peningkatan pertahanan seluler pada radikal bebas, pemeliharaan integritas
seluler, peningkatan efisiensi mitokondria, dan merupakan indikator penting
peningkatan harapan masa hidup. Dengan demikian glutation dapat
memperantarai perlambatan penuaan, baik penuaan fisiologis atau penuaan akibat
stres oksidatif.
Sebagai antioksidan endogen, efektivitas glutation sangat dipengaruhi oleh
ketersedian prekursor glutation di hipokampus. Selain sisteina dan glisina, asam
glutamat diketahui sebagai prekursor glutation hasil konversi dari glutamina.
Keberadaan glutamina dalam hipokampus mempunyai korelasi dengan
konsentrasi glutamina atau dipeptida alanil-glutamina, baik dalam plasma darah
atau hipokampus. Peningkatan level glutation di hipokampus memberi gambaran
peningkatan glutamina di hipokampus yang mempunyai korelasi dengan tingginya
konsentrasi dipeptida alanil-glutamina, baik dalam plasma darah atau di
hipokampus. Hasil penelitian memberi bukti bahwa pemberian dipeptida alanilglutamina 7% secara efektif memberi peningkatan konsentrasi dipeptida alanilglutamina plasma dan hipokampus, baik pada tikus muda (52.66% dan 39.10%)
atau tua (32.90% dan 52.91%), tikus normal (46.46% dan 47.71%) atau stres
oksidatif (39.69% dan 42.31%). Ketersediaan dipeptida alanil-glutamina dalam
plasma darah dan hipokampus dapat memperbaiki keseimbangan nitrogen, sintesis
protein, morfologi jaringan, dan menyediakan kebutuhan asam glutamat yang
digunakan untuk peningkatan level glutation yang penting dalam proses perbaikan
fungsi pada penuaan hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan
akibat stres oksidatif.
Sebagai faktor kunci dalam pemeliharaan integritas seluler dan
pemeliharaan efisiensi mitokondria, glutation dapat memperantarai terjadinya
perbaikan pada indikator-indikator penuaan lainnya. Efektivitas antioksidan ini
sangat dipengaruhi oleh keseimbangan kapasitas antara antioksidan dan oksidan di
dalam tubuh dan ketersediaan glutamina atau dipeptida alanil-glutamina. Hasil
penelitian memberi bukti bahwa level glutation hipokampus yang tinggi hasil
pemberian dipeptida alanil-glutamina 7% mampu memperantarai peningkatan
viabilitas, penurunan mortalitas, dan peningkatan panjang akson, baik pada tikus
muda (4.11%, 37.07%, 12.58%) atau tua (6.91%, 37.85%, dan 32.84%), tikus
normal (3.25%, 29.21%, dan 21.04%) atau stres oksidatif (7.80%, 43.01%, dan
25.56%). Antioksidan ini juga memperantarai kehadiran profil mitokondria
normal dan mitokondria dengan kerusakan total menjadi 90% dan 0% pada tikus
umur tua normal atau 41.67% dan 16.67% pada tikus umur tua stres oksidatif.
Peningkatan mitokondria normal dan penurunan mitokondria dengan kerusakan
total merupakan bukti bahwa dipeptida alanil-glutamina 7% berpengaruh efektif
dalam mencegah dan memperbaiki perubahan struktur mitokondria yang dipicu
oleh peningkatan umur atau stres oksidatif. Perbaikan mitokondria dapat terjadi
melalui mekanisme penurunan produksi radikal bebas yang diperantarai oleh
glutation, pemeliharaan dan peningkatan integritas atau sintesis membran
fosfolipid mitokondria yang dikatalisis oleh fosfolipase.
Perbaikan respons histo-morfologi dan profil mitokondria memberi peran
penting pada peningkatan fungsi kognitif hipokampus. Peningkatan fungsi
kognitif hipokampus ditandai dengan peningkatan proses mengingat, kemampuan
navigasi, dan penyelesaian pada tugas-tugas yang berkaitan dengan fungsi
kognitif. Kondisi ini memberi perubahan perilaku pada tikus-tikus percobaan yang
dicirikan dengan perilaku menjadi lebih adaptif, tenang, dan lebih menghemat
energi. Perbaikan perilaku ini mencerminkan perbaikan kemampuan belajarmengingat dan aktivitas motorik yang diketahui dari perbaikan respons waktu
yang diperlukan untuk menemukan pakan dalam ruang fourth arm maze,
penurunan jarak tempuh, waktu stereotif, waktu ambulatori, dan peningkatan
waktu istirahat. Hasil penelitian memberi bukti bahwa pemberian dipeptida alanilglutamina 7% berpengaruh pada peningkatan level glutation yang memperantarai
perbaikan respons waktu dalam menemukan pakan, baik pada tikus muda
(42.32%) atau tua (65.82%), tikus normal (87.74%) atau stres oksidatif (33.11%),
demikian pula memberi perbaikan jarak tempuh, waktu stereotif, waktu
ambulatori, dan waktu istirahat, baik pada tikus muda (93.32%, 88.56%, 87.69%,
dan 48.48%) atau tua (92.81%, 56.83%, 71.73%, dan 117.04%), tikus normal
(94.18%, 75.75%, 75%, dan 75.72%) atau stres oksidatif (91.82%, 73.63%,
77.2%, dan 71.33%). Perbaikan respons kemampuan belajar-mengingat dan
aktivitas motorik mempunyai keterkaitan dengan perbaikan kondisi neurofisiologi
dan neuroanatomi yang diperantarai oleh peningkatan level glutation di
hipokampus. Perbaikan kemampuan belajar-mengingat dan aktivitas motorik
ditandai perbaikan fungsi sel-sel neuron di bagian cornu ammonis hipokampus
hasil dari pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina.
Kata kunci: dipeptida alanil-glutamina, glutation, histo-morfologi, mitokondria,
penuaan, stres oksidatif, fungsi hipokampus
© Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2012
Hak cipta dilindungi
1.
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumber.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan
karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu
masalah.
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan wajar Institut Pertanian
Bogor.
2.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin Institut Pertanian Bogor.
PERBAIKAN FUNGSI PADA PENUAAN
HIPOKAMPUS TIKUS YANG DIPERANTARAI
GLUTATION DENGAN PEMBERIAN DIPEPTIDA
ALANIL-GLUTAMINA
SUNARNO
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat Obat
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
i
Penguji pada Ujian Tertutup: Dr. Drh. Hera Maheswari, MSc
Drh. Ekowati Handharyani, MS, PhD, APVet
Penguji pada Ujian Terbuka: Prof. Dr. Ir. Ahmad Sulaeman, MS
Dr. Simson Tarigan, MSc
HALAMAN PENGESAHAN
Judul Disertasi
Nama
NRP
: Perbaikan Fungsi pada Penuaan Hipokampus Tikus
yang Diperantarai Glutation dengan Pemberian
Dipeptida Alanil-Glutamina
: Sunarno
: B161070031
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Wasmen Manalu, PhD
Ketua
Dr. Dra. Nastiti Kusumorini
Anggota
drh. Dewi Ratih Agungpriyono, PhD, APVet
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat Obat
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Dra. Nastiti Kusumorini
Dr. Ir. Dahrul Syah, MSc, Agr.
Tanggal Ujian: 26 Juni 2012
Tanggal Lulus: 19 Juli 2012
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2010 ini ialah antipenuaan,
dengan judul Perbaikan Fungsi pada Penuaan Hipokampus Tikus yang
Diperantarai Glutation dengan Pemberian Dipeptida Alanil-Glutamina.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof. Ir. Wasmen Manalu,
PhD, Ibu Dr. Dra. Nastiti Kusumorini, dan Ibu drh. Dewi Ratih Agungpriyono,
PhD, APVet selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran. Ucapan
terima kasih juga saya sampaikan kepada segenap Pimpinan Fakultas Kedokteran
Hewan IPB, Ketua Departemen Anatomi, Fisiologi, dan Farmakologi, Ketua
Departemen Klinik, Reproduksi, dan Patologi, serta Ibu Dr. Dra. Nastiti
Kusumorini selaku Ketua Program Studi/Mayor Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat Obat
(IFO).
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Rektor Universitas
Diponegoro, Dekan beserta segenap Pembantu Dekan Fakultas Sains dan
Matematika, dan Ketua Jurusan Biologi atas dukungan dan bantuan selama
penulis menyelesaikan pendidikan di Program Doktor, Sekolah Pascasarjana IPB.
Demikian pula, penulis mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan
mahasiswa S-3 Program Studi/Mayor Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat Obat (IFO) dan
teknisi, baik di Laboratorium Fisiologi maupun Laboratorium Patologi. Ucapan
terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Eddy yang telah membantu
selama penulis melakukan penelitian di Kandang Hewan Percobaan.
Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada semua pihak atas
dukungannya, kepada ibu, istri, dan anak-anak penulis Anisah Izdihar Nukma,
Devi Fitria Nurhaliza, Ayda Fauziyah Salsabila, dan Meutia Letvina Zen serta
seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Akhirnya penulis berharap semoga disertasi ini bermanfaat bagi semua
pihak yang membutuhkannya. Semoga Allah SWT memberkahi. Amin.
Bogor, Agustus 2012
Sunarno
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Klaten pada tanggal 22 September 1973 sebagai anak
bungsu dari pasangan Suyono dan Lugiyem. Pendidikan Sarjana ditempuh di
Program Studi Biologi, Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Diponegoro, lulus pada tahun 1997. Pada tahun
2000, penulis diterima di Departemen Biologi pada Program Pascasarjana, Institut
Teknologi Bandung dan menamatkannya pada tahun 2003. Kesempatan untuk
melanjutkan ke program doktor pada program studi Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat
Obat, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor diperoleh pada tahun 2007.
Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan
Nasional Republik indonesia.
Penulis bekerja sebagai dosen di Universitas Diponegoro Semarang sejak
tahun 1998. Bidang penelitian yang menjadi tanggung jawab penulis ialah
Fisiologi Hewan.
Selama mengikuti program S-3, penulis telah menulis beberapa karya
ilmiah. Dua artikel telah diterbitkan dengan judul Peran Alanin-Glutamin
Dipeptida dalam Mengoptimalkan Level Glutation di Hipokampus dan
Hubungannya dengan Status Fungsi Hipokampus pada Penuaan Fisiologis dan
Penuaan Akibat Stres Oksidatif pada Jurnal Sains Medika, Vol. 3. No. 2 tahun
2012 (ISSN: 2085-1545) dan judul artikel berikutnya adalah Pengoptimalan
Kinerja Motorik pada Penuaan Fisiologis dan Penuaan Akibat Stres Oksidatif
dengan Alanin-Glutamin Dipeptida dan Hubungannya dengan Perbaikan Fungsi
Hipokampus pada Jurnal Kedokteran Hewan Vol. 6. No. 1. tahun 2012
(Terakreditasi Dirjen Dikti S.K. No. 81/Dikti/Kep/2011. Artikel lain berjudul
Perbaikan Respons Seluler pada Penuaan Hipokampus yang Diperantarai
Glutation Hasil Pemberian Alanin-Glutamin Dipeptida akan diterbitkan pada
Jurnal Veteriner Vol. 14. No. 1 tahun 2013 (Terakreditasi Dirjen Dikti S.K. No.
81/Dikti/Kep/2011). Karya-karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari program
S-3 penulis.
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ............................................................................................................ i
DAFTAR TABEL .................................................................................................. iii
DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................v
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... vii
PENDAHULUAN ...................................................................................................1
Latar Belakang ...............................................................................................1
Perumusan Masalah .......................................................................................2
Tujuan Penelitian ...........................................................................................3
Hipotesis Penelitian........................................................................................4
Kebaruan (Novelty) ........................................................................................4
Manfaat Penelitian .........................................................................................4
Ruang Lingkup Penelitian ..............................................................................5
TINJAUAN PUSTAKA ..........................................................................................7
Penuaan .........................................................................................................7
Tanda-Tanda Penuaan Hipokampus ..............................................................7
Struktur Hipokampus .....................................................................................9
Sumber Spesies Oksigen Reaktif dan Radikal Bebas di Hipokampus .........10
Potensi Glutation sebagai Antioksidan di Hipokampus ...............................11
Metabolisme Glutation .................................................................................13
Mekanisme Pertahanan Antioksidan Glutation di Hipokampus ..................15
Hubungan Level Glutation dengan Penuaan Hipokampus ..........................16
Perubahan Neuroanatomi dan Neurofisiologi pada Penuaan Hipokampus .17
Bioenergetik dan Dinamika Mitokondria dalam Sel-Sel Neuron ................19
Perubahan Struktur Mitokondria Neuron pada Penuaan Hipokampus ........20
Kebutuhan Mitokondria pada ATP dalam Mekanisme Patologi Seluler .....21
Potensi Glutamina atau Dipeptida Alanil-Glutamina ..................................23
Metabolisme Glutamina ...............................................................................26
Alur Aktivitas Penelitian ..............................................................................27
Perbaikan Level Glutation Hipokampus Tikus pada Penuaan Fisiologis dan
Penuaan Akibat Stres Oksidatif dengan Pemberian Dipeptida Alanil-Glutamina .29
Abstrak ..........................................................................................................29
Abstract .........................................................................................................30
Pendahuluan ..................................................................................................30
Bahan dan Metode.........................................................................................32
Hasil dan Pembahasan...................................................................................33
Simpulan .......................................................................................................41
Daftar Pustaka ...............................................................................................41
Profil Dipeptida Alanil-Glutamina Plasma dan Hipokampus Tikus pada
Penuaan Fisiologis dan Penuaan Akibat Stres Oksidatif dengan Pemberian
Dipeptida Alanil-Glutamina Eksogen ....................................................................45
i
Abstrak ..........................................................................................................45
Abstract .........................................................................................................45
Pendahuluan ..................................................................................................46
Bahan dan Metode.........................................................................................48
Hasil dan Pembahasan...................................................................................49
Simpulan .......................................................................................................54
Daftar Pustaka ...............................................................................................55
Perbaikan Histo-Morfologi dan Mitokondria Neuron Hipokampus
Tikus pada Penuaan Fisiologis dan Penuaan Akibat Stres Oksidatif dengan
Pemberian Dipeptida Alanil-Glutamina.................................................................57
Abstrak ..........................................................................................................57
Abstract .........................................................................................................58
Pendahuluan ..................................................................................................58
Bahan dan Metode.........................................................................................61
Hasil dan Pembahasan...................................................................................63
Simpulan .......................................................................................................75
Daftar Pustaka ...............................................................................................75
Perbaikan Kemampuan Belajar-Mengingat dan Aktivitas Motorik Tikus pada
Penuaan Fisiologis dan Penuaan Akibat Stres Oksidatif dengan Pemberian
Dipeptida Alanil-Glutamina ...................................................................................79
Abstrak ..........................................................................................................79
Abstract .........................................................................................................80
Pendahuluan ..................................................................................................80
Bahan dan Metode.........................................................................................83
Hasil dan Pembahasan...................................................................................84
Simpulan .......................................................................................................95
Daftar Pustaka ...............................................................................................96
PEMBAHASAN UMUM ......................................................................................99
SIMPULAN DAN SARAN .................................................................................114
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................117
LAMPIRAN .........................................................................................................125
ii
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Rataan level glutation hipokampus pada tikus yang mengalami penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif ......................................................34
2 Rataan level glutation hipokampus pada tikus yang mengalami penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif hasil pemberian dipeptida
alanil-glutamina..................................................................................................36
3 Rataan konsentrasi dipeptida alanil-glutamina plasma dan hipokampus
pada tikus yang mengalami penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres
oksidatif hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina
eksogen...............................................................................................................50
4 Respons histo-morfologi hipokampus pada tikus yang mengalami penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif hasil pemberian konsentrasi
optimum dipeptida alanil-glutamina ..................................................................63
5 Profil mitokondria neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan umur tikus 24 bulan normal
(tanpa stres oksidatif) atau stres oksidatif ..........................................................71
6 Respons waktu untuk menemukan pakan dalam ruang fourth arm maze pada
tikus yang mengalami penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif
hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina.....................85
7 Respons aktivitas motorik pada tikus yang mengalami penuaan fisiologis
dan penuaan akibat stres oksidatif hasil pemberian konsentrasi
optimum dipeptida alanil-glutamina ..................................................................86
iii
iv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Bagian-bagian hipokampus tikus .....................................................................10
2
Fungsi glutation sebagai antioksidan ...............................................................12
3
Metabolisme glutation......................................................................................13
4
Skema interaksi antara sel astrosit dengan neuron dalam metabolisme
glutation ...........................................................................................................14
5
Keseimbangan pembentukan spesies oksigen reaktif dan sistem
antioksidatif .....................................................................................................15
6
Alur aktivitas penelitian ...................................................................................27
7
Level glutation hipokampus hasil interaksi antara level umur tikus
dan level stres oksidatif ....................................................................................34
8
Level glutation hipokampus hasil interaksi antara dipeptida alanil-glutamina
0%, 3%, 5%, dan 7% dengan level umur tikus ................................................37
9
Level glutation hipokampus hasil interaksi antara dipeptida alanil-glutamina
0%, 3%, 5%, dan 7% dengan level stres oksidatif ...........................................39
10 Konsentrasi dipeptida alanil-glutamina plasma hasil interaksi antara
dipeptida alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus atau
level stres oksidatif ...........................................................................................52
11 Konsentrasi dipeptida alanil-glutamina hipokampus hasil interaksi antara
dipeptida alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus atau
level stres oksidatif ...........................................................................................53
12 Metode penentuan viabilitas, mortalitas neuron pada pewarnaan
hematoksilin-eosin dan pengukuran panjang akson neuron pada pewarnaan
perak nitrat Bielschowsky ................................................................................62
13 Respons viabilitas neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus atau level stres
oksidatif ...........................................................................................................67
14 Respons mortalitas neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus atau level stres
oksidatif ............................................................................................................68
v
15 Respons panjang akson neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus atau level stres
oksidatif ............................................................................................................70
16 Profil mitokondria neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% atau 7% dengan umur tikus 24 bulan normal atau
stres oksidatif. ..................................................................................................72
17 Respons waktu yang diperlukan tikus untuk menemukan pakan dalam
ruang fourth arm maze hasil interaksi antara dipeptida alanil-glutamina
0% dan 7% dengan level umur tikus atau level stres oksidatif ........................89
18 Respons jarak tempuh tikus dalam ruang optovarimex hasil interaksi
antara dipeptida alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus
atau level stres oksidatif ...................................................................................90
19 Respons waktu stereotif tikus dalam ruang optovarimex hasil interaksi
antara dipeptida alanil-glutamina 0% atau 7% dengan level umur tikus
atau level stres oksidatif ...................................................................................90
20 Respons waktu ambulatori tikus dalam ruang optovarimex hasil interaksi
antara dipeptida alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus
atau level stres oksidatif ...................................................................................90
21 Respons waktu istirahat tikus dalam ruang optovarimex hasil interaksi
antara dipeptida alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus
atau level stres oksidatif ...................................................................................91
vi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Prosedur penentuan level glutation hipokampus ...........................................125
2
Prosedur penentuan konsentrasi dipeptida alanil-glutamina plasma dan
hipokampus ....................................................................................................126
3
Prosedur pemrosesan sediaan histologi hipokampus dengan pewarnaan
hematoksilin-eosin .........................................................................................127
4
Prosedur pemrosesan sediaan histologi hipokampus dengan pewarnaan
perak nitrat Bielschowsky .............................................................................128
5
Prosedur preparasi blok sampel hipokampus transmission electron
microscope (TEM) untuk melihat struktur mitokondria neuron ....................130
6
Profil mitokondria neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan umur tikus 24 bulan dalam kondisi
normal (tanpa stres oksidatif) .........................................................................132
7
Profil mitokondria neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan umur tikus 24 bulan yang mendapat
perlakuan stres oksidatif.................................................................................133
8
Profil mitokondria neuron hipokampus pada tikus umur 12 bulan tanpa
stres oksidatif (normal) ..................................................................................134
vii
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penuaan akibat peningkatan umur dan stres oksidatif menjadi masalah
kesehatan bagi manusia. Penuaan telah diketahui dapat menurunkan fungsi sel,
jaringan, dan kemampuan fisiologis tubuh. Penuaan diawali dengan kerusakan
pada tingkat molekul, seperti DNA, protein, dan lipid sampai dengan kerusakan
tingkat seluler dan organ yang disebabkan oleh oksidasi yang terjadi secara
berkelanjutan. Kerusakan ini dalam jangka panjang dapat menyebabkan kematian
sel dan memperpendek umur biologis (Petit dan Hampe 2006).
Penuaan dapat dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif. Dalam kehidupan normal, kedua
jenis penuaan ini dapat berdiri sendiri atau saling berinteraksi. Penuaan fisiologis
ialah penuaan yang disebabkan oleh faktor peningkatan umur. Peningkatan umur
mempunyai korelasi dengan peningkatan gangguan sinyal ekstraseluler atau
intraseluler, perubahan kerangka sel, penurunan aktivitas enzim, dan gangguan
regulasi ekspresi gen. Berbagai macam gangguan ini secara bertahap berakibat
pada penurunan level antioksidan glutation, disfungsi sel, degenerasi, penurunan
kemampuan fisiologis, dan kematian sel (Dringen et al. 2000; Schulz et al. 2000).
Penuaan akibat stres oksidatif melibatkan produksi radikal bebas secara
berlebihan di dalam tubuh yang dipicu oleh stres fisik, psikis, maupun bentuk
stres lainnya. Radikal bebas dapat menyebabkan kerusakan komponen organik
sel, penurunan aktivitas enzim-enzim intraseluler, dan memperantarai penurunan
level glutation. Penurunan level glutation dapat mengganggu fungsi sel, terutama
sel yang rentan pada stres oksidatif, seperti sel-sel neuron di hipokampus (Barja
2004; Jiang et al. 2004).
Hipokampus merupakan bagian otak yang paling cepat mengalami
penurunan fungsi akibat penuaan (Liu et al. 2010). Penurunan fungsi hipokampus
ditandai dengan penurunan level glutation (Dringen et al. 2000). Penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif menjadi fenomena menarik untuk
diteliti terkait dengan gangguan homeostasis glutation dan penurunan status
fungsi hipokampus. Berdasarkan hal tersebut penggunaan suatu bahan yang
bersifat stabil selama di dalam tubuh, mampu melintasi sawar darah otak, dapat
2
dimanfaatkan oleh neuron, dan berpotensi meningkatkan level glutation
merupakan sebuah alternatif untuk memperbaiki penurunan fungsi pada penuaan
hipokampus. Bahan yang memenuhi kriteria tersebut ialah dipeptida alanilglutamina. Dipeptida alanil-glutamina perlu dicoba untuk memperbaiki fungsi
pada penuaan hipokampus, karena bahan ini berfungsi sebagai penyedia prekursor
glutation (Daren et al. 2007).
Glutamina merupakan asam amino non-esensial yang dibutuhkan pada
setiap proses di dalam tubuh. Glutamina merupakan penyedia neurotransmiter
asam glutamat atau prekursor untuk sintesis asam nukleat dan glutation (Mates et
al. 2002). Perlakuan glutamina atau dipeptida alanil-glutamina secara tidak
langsung dapat memperantarai peningkatan energi seluler, melindungi struktur
dan fungsi mitokondria, granula-granula sitoplasma, retikulum endoplasma kasar,
dan menurunkan produksi radikal bebas. Dipeptida alanil-glutamina diketahui
dapat meningkatkan level glutation dalam sel-sel hati dan mempercepat proses
penyembuhan pada hewan yang luka (Roth et al. 2002; Jun et al. 2006).
Bukti-bukti tersebut menunjukkan bahwa dipeptida alanil-glutamina dapat
memperantarai perbaikan fungsi pada jaringan atau organ tubuh yang mengalami
penurunan fungsi, baik yang disebabkan oleh peningkatan umur atau stres
oksidatif. Dipeptida alanil-glutamina menarik untuk diteliti sebagai upaya untuk
mendapatkan informasi tentang hubungan antara asam amino ini dengan level
glutation dan status fungsi hipokampus. Status fungsi hipokampus dapat diketahui
dari beberapa indikator, yang meliputi konsentrasi glutamina atau dipeptida alanilglutamina plasma darah atau hipokampus, level glutation hipokampus, profil
histo-morfologi dan struktur mitokondria neuron hipokampus, kemampuan belajar
atau mengingat, dan aktivitas motorik.
Perumusan Masalah
Penuaan dapat dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif. Penuaan fisiologis ditandai dengan
penurunan kondisi fisiologis tubuh dan penurunan fungsi sel atau jaringan karena
faktor peningkatan umur, sedangkan penuaan akibat stres oksidatif berkaitan
dengan pembentukan radikal bebas secara berlebihan yang berdampak secara
cepat pada penurunan fungsi sel atau jaringan di dalam tubuh. Kedua macam
3
penuaan ini dapat menyebabkan perubahan struktur dan fungsi hipokampus
sehingga neuron hipokampus mengalami degenerasi atau mengalami penurunan
kemampuan fisiologis, bahkan dapat berakibat pada kematian. Perubahan struktur
dan fungsi hipokampus akibat penuaan diawali dari perubahan konsentrasi
glutamina atau dipeptida alanil-glutamina plasma dan hipokampus, penurunan
level glutation, perubahan histo-morfologi, dan struktur mitokondria. Perubahan
struktur dan fungsi hipokampus mempunyai korelasi dengan perubahan tingkah
laku, yang meliputi kemampuan belajar atau mengingat dan aktivitas motorik.
Berdasarkan hal tersebut, pemberian perlakuan untuk meningkatkan
konsentrasi dipeptida alanil-glutamina dan sintesis glutation di hipokampus
merupakan sebuah alternatif untuk
memperbaiki
fungsi
pada penuaan
hipokampus. Salah satu bahan yang mempunyai potensi tersebut ialah dipeptida
alanil-glutamina. Bahan ini bersifat stabil selama berada di dalam tubuh, dapat
melintasi sawar darah otak, dan diduga secara efektif dapat meningkatkan
konsentrasi dipeptida alanil-glutamina dan glutation di hipokampus. Selanjutnya,
meningkatnya konsentrasi dipeptida alanil-glutamina dan glutation di hipokampus
dapat memperantarai perbaikan profil histo-morfologi dan struktur mitokondria
neuron hipokampus, kemampuan belajar atau mengingat, dan aktivitas motorik.
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan profil glutation hipokampus untuk penentuan status fungsi
hipokampus dan mendapatkan konsentrasi paling optimum dipeptida alanilglutamina yang dapat meningkatkan level glutation hipokampus, baik pada
penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
2. Mendapatkan gambaran konsentrasi dipeptida alanil-glutamina plasma darah
dan hipokampus hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanilglutamina eksogen, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres
oksidatif.
3. Mendapatkan gambaran perbaikan histo-morfologi dan struktur mitokondria
neuron hipokampus hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanilglutamina, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
4
4. Mendapatkan gambaran perbaikan kemampuan belajar atau mengingat, dan
aktivitas motorik hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanilglutamina, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
Hipotesis Penelitian
1. Terdapat perbedaan level glutation dan status fungsi hipokampus antara
penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif. Pemberian konsentrasi
dipeptida alanil-glutamina dapat meningkatkan level glutation hipokampus,
baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif
2. Pemberian
konsentrasi
dipeptida
alanil-glutamina
eksogen
dapat
meningkatkan konsentrasi dipeptida alanil-glutamina plasma darah dan
hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
3. Pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina dapat memberi
perbaikan
respons
histo-morfologi
dan
struktur
mitokondria
neuron
hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
4. Pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina dapat memberi
perbaikan respons kemampuan belajar atau mengingat, dan aktivitas motorik,
baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
Kebaruan (Novelty)
Penelitian tentang penuaan hipokampus yang terkait glutation pada
penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif merupakan hal baru dan
belum dilakukan oleh peneliti lain. Kebaruan dari penelitian ini adalah bahwa
konsentrasi dipeptida alanil-glutamina dan level glutation optimum di hipokampus
dapat memperantarai perbaikan fungsi pada penuaan hipokampus yang tercermin
dari perbaikan respons histo-morfologi, struktur mitokondria neuron hipokampus,
kemampuan belajar-mengingat, dan aktivitas motorik.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi informasi ilmiah tentang
potensi dipeptida alanil-glutamina pada perbaikan fungsi pada penuaan
hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
Perbaikan fungsi hipokampus ditandai dengan peningkatan konsentrasi glutamina
5
atau dipeptida alanil-glutamina dan level glutation di hipokampus. Beberapa
indikator lainnya juga mengalami peningkatan, yang meliputi perbaikan respons
histo-morfologi, struktur mitokondria, kemampuan belajar atau mengingat, dan
aktivitas motorik. Dengan demikian, dipeptida alanil-glutamina dapat dijadikan
sebagai solusi alternatif untuk meningkatkan level glutation hipokampus atau
pada jaringan lain sebagai upaya memberi penanganan permasalahan penuaan,
baik penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif yang banyak terjadi di
Indonesia. Penelitian ini juga diharapkan dapat memberi informasi tentang hewan
model penuaan dengan melakukan modifikasi perlakuan pada hewan muda
dengan menggunakan indikator-indikator yang merupakan penanda penuaan
sehingga penelitian tentang penuaan dapat dilakukan dalam skala yang lebih luas,
mudah, dan cepat.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Penentuan level glutation hipokampus pada tikus umur 6, 12, 18, dan 24 bulan,
baik normal atau yang diberi perlakuan stres oksidatif digunakan sebagai
indikator pada penentuan status fungsi hipokampus. Penentuan konsentrasi
optimum dipeptida alanil-glutamina berdasarkan peningkatan level glutation
terbaik di hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres
oksidatif. Penentuan level glutation dengan menggunakan spektrofotometer
pada panjang gelombang 520 nm.
2. Penentuan
konsentrasi
dipeptida
alanil-glutamina
plasma
darah
dan
hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif
hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina eksogen
dengan menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 630 nm.
3. Pengamatan respons histo-morfologi hipokampus (viabilitas dan mortalitas
neuron) dengan menggunakan pewarnaan hematoksilin-eosin, sedangkan
perubahan panjang akson neuron dengan menggunakan pewarnaan perak nitrat
Bielschowsky. Pengamatan respons struktur mitokondria dengan menggunakan
transmission electron microscope (TEM). Pengamatan respons histo-morfologi
dan struktur mitokondria neuron hipokampus dilakukan pada tikus yang
6
mengalami penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif hasil
pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina
4. Penentuan kemampuan belajar dan mengingat pada penuaan fisiologis atau
penuaan akibat stres oksidatif hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida
alanil-glutamina berdasarkan pengamatan pada respons waktu yang diperlukan
tikus untuk menemukan pakan dalam ruang fourth arm maze. Pengamatan
aktivitas motorik dengan melakukan pengamatan pada parameter jarak tempuh,
waktu stereotif, waktu ambulatori, dan waktu istirahat dalam alat uji
optovarimex yang dikoneksikan pada komputer dengan menggunakan
software AUTOTRACT
7
TINJAUAN PUSTAKA
Penuaan
Penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif merupakan dua
faktor utama penyebab penurunan fungsi berbagai sistem tubuh. Penuaan sistem
tubuh ditandai dengan penurunan konsentrasi makromolekul dalam sel tubuh,
seperti DNA, lipid, protein, antioksidan, dan lain-lain. Dalam jangka panjang
penuaan dapat menyebabkan kematian sel. Selain itu, penuaan juga dapat
menginduksi akumulasi deposit-deposit metabolit pada jaringan sehingga
mengganggu fungsi jaringan. Perubahan-perubahan tersebut pada akhirnya dapat
menyebabkan kerusakan pada sistem tubuh yang berakibat pada kematian sel
(Ricklefs 2008). Miller dan O'Callaghan (2005) melaporkan, penuaan dapat
menyebabkan penurunan fungsi berbagai sistem tubuh, yang meliputi endokrin,
kognitif, motorik, sistem saraf pusat, dan lain-lain.
Hipokampus merupakan bagian otak yang mempunyai peran penting
dalam fungsi kognitif dan berperan dalam mengontrol umpan balik pada respons
stres. Kujoth et al. (2007) melaporkan bahwa peningkatan umur dan stres
oksidatif dapat menyebabkan kerusakan oksidatif pada jaringan dan memicu
perubahan perilaku pada individu. Kerusakan oksidatif pada jaringan dapat
mengganggu proses oksidasi-fosforilasi di mitokondria, penurunan produksi ATP,
dan peningkatan kebutuhan energi metabolisme secara keseluruhan (Serra et al.
2003; Speakman et al. 2004; Balaban et al. 2005). Hasil penelitian Sohal dan
Weindruch (1996) menunjukkan bahwa kerusakan oksidatif pada jaringan dapat
menurunkan kandungan berbagai macam enzim dan antioksidan.
Tanda-Tanda Penuaan Hipokampus
Hipokampus merupakan bagian otak yang mempunyai fungsi penting
dalam mendukung fungsi otak. Untuk dapat berfungsi secara optimal, hipokampus
memerlukan
berbagai
bahan
organik
sebagai
sumber
energi
untuk
mempertahankan integritas neuron. Berkaitan dengan hal tersebut, hipokampus
memerlukan oksigen dalam jumlah yang besar (Djavadian 2004; Ahmed dan
Mehta 2009). Kondisi ini menjadi penyebab hipokampus bersifat rentan pada efek
samping yang ditimbulkan oleh proses oksidasi bahan organik atau oksidasi
8
parsial dalam proses metabolisme. Dringen et al. (2000) melaporkan neuronneuron otak mampu mengonsumsi oksigen 20% dari kebutuhan oksigen seluruh
tubuh meskipun organ ini hanya menempati 2% dari total volume tubuh.
Hipokampus sebagai bagian otak membutuhkan banyak oksigen untuk menopang
keberadaan neuron-neuron penyusunnya. Radikal-radikal bebas yang terbentuk
selama proses oksidasi dan oksidasi parsial dalam proses metabolisme dapat
menyerang neuron-neuron hipokampus yang mengandung banyak lipid dengan
asam-asam lemak rantai panjang tidak jenuh. Radikal-radikal bebas yang
terbentuk selama proses oksidasi dapat menyebabkan peroksidasi lipid,
menimbulkan kerusakan protein, maupun asam amino intraseluler yang diikuti
dengan terjadinya deaktivasi, modifikasi, dan terganggunya proses metabolisme
(Pamplona et al. 2004). Hasil penelitian Liu et al. (2010) menunjukkan bahwa
stres oksidatif dapat menyebabkan peningkatan peroksidasi lipid dan akumulasi
deposit-deposit metabolit yang bersifat neurotoksik. Stres oksidatif dapat
mengganggu aktivitas enzim Ca2+ATPase yang berperan dalam proses regulasi
konsentrasi Ca2+ intraseluler dan gangguan ini
dapat menginduksi terjadinya
degenerasi neuron di hipokampus.
Protein dan asam amino di hipokampus otak, seperti glutation, asam
glutamat, sisteina, dan glisina sangat peka pada serangan oksidan dan radikal
bebas. Radikal-radikal bebas dapat menyerang asam-asam amino pada protein,
sehingga protein mengalami modifikasi secara struktural. Secara berurutan
perubahan protein dapat menyebabkan terjadinya agregasi, degradasi, dan
fragmentasi yang menjadi penyebab gangguan pada aktivitas enzim (Jiang et al.
2004). Bukti penelitian menunjukkan bahwa pengaruh radikal bebas pada protein
dapat menyebabkan rantai reaksi radikal bebas yang mengganggu homeostasis
kalsium, kalium, natrium, dan pengambilan glukosa. Munculnya
HIPOKAMPUS TIKUS YANG DIPERANTARAI
GLUTATION DENGAN PEMBERIAN DIPEPTIDA
ALANIL-GLUTAMINA
SUNARNO
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
1
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Perbaikan Fungsi pada
Penuaan Hipokampus Tikus yang Diperantarai Glutation dengan Pemberian
Dipeptida Alanil-Glutamina adalah karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Agustus 2012
Sunarno
NRP B161070031
ABSTRACT
SUNARNO. Improvements of Aged Hippocampus Functions by Improvement of
Glutathione Levels in Rats Supplemented with Alanine-Glutamine Dipeptide.
Under Direction of WASMEN MANALU, NASTITI KUSUMORINI, and DEWI
RATIH AGUNGPRIYONO.
Increased age or oxidative stress decreases the functions of the
hippocampus. One way to improve the function of the aging hippocampus is to
increase the level of glutathione in the hippocampus. Alanine-glutamine dipeptide
was reported to increase the levels of glutathione in the hippocampus. This
experiment was designed to obtain the optimum concentrations of alanineglutamine dipeptide supplementation that can increase the levels of glutathione in
the hippocampus, to obtain an improvement of histo-morphology, mitochondrial
structure, learning-memory and motor activity ability, concentrations of alanineglutamine dipeptide in the plasma or the hippocampus after administration of 7%
alanine-glutamine dipeptide, both in physiological aging or oxidative stress rats.
This first experiment was designed to obtain the optimum concentration of
alanine-glutamine dipeptide supplementation i.e., 7% that was used in the second
experiment. The second experiment was conducted in a completely randomized
design with 2x2x2 factorial arrangement. The first factor was the age of rats,
consisted of 2 levels i.e., 12 and 24 months. The second factor was oxidative
stress consisted of 2 levels, i.e., without or with oxidative stress. The third factor
was alanine-glutamine dipeptide, consisted of 2 concentrations, i.e. 0% and 7%.
The results showed that administration of 7% alanine-glutamine dipeptide gave
the highest increase in the levels of glutathione in the hippocampus either in
young (58.76%) or aged (125.81%) rats or in normal (76.47%) or oxidativestressed (97.26%) rats. Supplementation of 7% alanine-glutamine dipeptide
increased concentrations of alanine-glutamine dipeptide in the plasma and in the
hippocampus of young (52.66%, 39.10%) or aged (32.90%, 52.91%) rats, in
normal (46.46%, 47.71%) or oxidative-stressed (39.69%, 42.31%) rats.
Supplementation of 7% alanine-glutamine dipeptide improved viability, mortality,
and the length of the axons in young (4.11%, 37.07%, 12.58%) or aged (6.91%,
37.85%, 32.84%) rats or in normal (3.25%, 29.21%, 21.04%) or oxidativestressed (7.80%, 43.01%, 25.56%) rats, and mediated the presence of normal
mitochondrial or mitochondrial with total damage in normal aged (90%, 0%) rats
or oxidative-stressed aged (46.67, 16.67%) rats. Supplementation of 7% alanineglutamine dipeptide improved response time needed to find a feed in young
(42.32%) or aged (65.82%) rats, in normal (87.74%) or oxidative-stressed
(33.11%) rats, improved travel distance, stereotypic time, ambulatory time, and
resting time in young (93.32%, 88.56%, 87.69%, and 48.48%) or aged (92.81%,
56.83%, 71.73%, and 117.04%) rats, in normal (94.18%, 75.75%, 75%, 75.72%)
or oxidative-stressed (91.82%, 73.63%, 77.2%, and 71.33%) rats. This research
concluded that the administration of 7% alanine-glutamine dipeptide increased the
concentration of alanine-glutamine dipeptide and glutathione levels in the
hippocampus that mediated the improvements of functions of the aging
hippocampus in rats.
Keywords:
alanine-glutamine dipeptide, glutathione, histo-morphology,
mitochondrial, aging, oxidative stress, hippocampus function
RINGKASAN
SUNARNO. Perbaikan Fungsi pada Penuaan Hipokampus Tikus yang
Diperantarai Glutation dengan Pemberian Dipeptida Alanil-Glutamina. Dibimbing
oleh WASMEN MANALU, NASTITI KUSUMORINI, dan DEWI RATIH
AGUNGPRIYONO
Penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif merupakan dua
faktor utama penyebab penurunan fungsi atau penuaan hipokampus otak.
Penurunan fungsi hipokampus diperantarai oleh gangguan homeostasis glutation
sebagai akibat penurunan konsentrasi glutamina atau dipeptida alanil-glutamina
dalam plasma darah dan hipokampus. Penurunan level glutation berdampak pada
perubahan histo-morfologi dan struktur mitokondria. Penurunan fungsi
hipokampus mempunyai korelasi dengan perubahan kemampuan belajarmengingat dan aktivitas motorik. Bertolak dari hal tersebut maka penelitian ini
dilakukan dengan mengkaji penurunan fungsi hipokampus otak dari aspek
fisiologi, histo-morfologi, seluler, dan tingkah laku. Penelitian ini bertujuan untuk
memperbaiki fungsi pada penuaan hipokampus dengan menggunakan asam amino
penyedia prekursor glutation (dipeptida alanil-glutamina), baik pada penuaan
fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif. Dipeptida alanil-glutamina
digunakan untuk menyediakan glutamina dalam hipokampus yang dapat
membantu meningkatkan sintesis glutation di hipokampus. Peningkatan laju
sintesis glutation dapat menyebabkan peningkatan level glutation dan memberi
dampak pada perbaikan fungsi pada penuaan hipokampus.
Metode untuk mendapatkan respons fisiologi, seperti penentuan
konsentrasi dipeptida alanil-glutamina dalam plasma darah dan hipokampus
dengan menggunakan metode preparasi dan pengukuran absorbansi maksimum
pada spektrofotometer dengan panjang gelombang 630 nm, sedangkan level
glutation hipokampus diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang
520 nm. Untuk penentuan respons histo-morfologi hipokampus, yang meliputi
viabilitas dan mortalitas neuron dilakukan dengan prosedur pemrosesan sediaan
histologi dengan pewarnaan umum hematoksilin-eosin, sedangkan untuk
pengukuran panjang akson digunakan prosedur pemrosesan histologi dengan
pewarnaan khusus perak nitrat Bielschowsky. Untuk melengkapi data-data histomorfologi dilakukan penentuan respons seluler pada hipokampus dengan metode
preparasi sampel blok TEM (transmission electron microscope) dilanjutkan
dengan pengamatan terhadap profil struktur mitokondria. Berdasarkan ciri-ciri
morfologi, ukuran (diameter mitokondria), struktur membran luar, membran
dalam, dan krista mitokondria, dibuat pengelompokan profil mitokondria neuron
menjadi 3 macam, yang meliputi mitokondria normal, mitokondria dengan
kerusakan sebagian, dan mitokondria dengan kerusakan total. Data-data yang
berkaitan dengan perilaku diukur dengan menggunakan alat uji fourth arm maze
dan optovarimex. Alat uji fourth arm maze digunakan untuk penentuan respons
waktu yang diperlukan oleh tikus percobaan dalam menemukan pakan dalam
ruang uji yang menggambarkan kemampuan navigasi dan pengenalan pada suatu
objek. Kedua kemampuan ini mempunyai keterkaitan dengan kemampuan belajar
dan mengingat. Alat uji optovarimex yang dikoneksikan dengan software
autotract pada komputer digunakan untuk penentuan aktivitas motorik, yang
meliputi jarak tempuh, waktu stereotif, waktu ambulatori, dan waktu istirahat.
Data-data fisiologi, histo-morfologi, dan perilaku dianalisis dengan analisis ragam
pada taraf 5% dengan menggunakan software The SAS System versi 9. Profil
mitokondria neuron dianalisis dengan menggunakan analisis pemeringkatan
(scoring) deskriptif kualitatif. Perbaikan respons fisiologi, histo-morfologi,
seluler, dan perilaku mempunyai keterkaitan dengan peningkatan level glutation
dan dapat digunakan sebagai indikator untuk mengetahui perbaikan fungsi
hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
Pemberian dipeptida alanil-glutamina secara intravena dapat memberi
peningkatan ketersediaan glutamina di hipokampus. Glutamina akan dikonversi
menjadi asam glutamat dan asam amino ini bersama-sama dengan sisteina dan
glisina secara bertahap digunakan untuk mendukung sintesis glutation di
hipokampus. Hasil pemberian berbagai konsentrasi dipeptida alanil-glutamina
menunjukkan bahwa konsentrasi dipeptida alanil-glutamina 7% memberi
pengaruh paling optimal pada perbaikan fungsi hipokampus, baik pada penuaan
fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif. Konsentrasi paling optimal dipeptida
alanil-glutamina ditentukan berdasarkan status fungsi hipokampus terbaik
mengacu pada level glutation tertinggi pada kedua kondisi penuaan. Hasil
penelitian memberi bukti bahwa pemberian dipeptida alanil-glutamina 7%
memberi peningkatan tertinggi level glutation hipokampus, baik pada tikus
dengan umur lebih muda (58.76%) atau tua (125.81%), tikus normal (76.47%)
atau stres oksidatif (97.26%), lebih tinggi dibanding kontrol dan konsentrasi 3%
atau 5%. Glutation hipokampus dengan level optimal mempunyai korelasi dengan
peningkatan pertahanan seluler pada radikal bebas, pemeliharaan integritas
seluler, peningkatan efisiensi mitokondria, dan merupakan indikator penting
peningkatan harapan masa hidup. Dengan demikian glutation dapat
memperantarai perlambatan penuaan, baik penuaan fisiologis atau penuaan akibat
stres oksidatif.
Sebagai antioksidan endogen, efektivitas glutation sangat dipengaruhi oleh
ketersedian prekursor glutation di hipokampus. Selain sisteina dan glisina, asam
glutamat diketahui sebagai prekursor glutation hasil konversi dari glutamina.
Keberadaan glutamina dalam hipokampus mempunyai korelasi dengan
konsentrasi glutamina atau dipeptida alanil-glutamina, baik dalam plasma darah
atau hipokampus. Peningkatan level glutation di hipokampus memberi gambaran
peningkatan glutamina di hipokampus yang mempunyai korelasi dengan tingginya
konsentrasi dipeptida alanil-glutamina, baik dalam plasma darah atau di
hipokampus. Hasil penelitian memberi bukti bahwa pemberian dipeptida alanilglutamina 7% secara efektif memberi peningkatan konsentrasi dipeptida alanilglutamina plasma dan hipokampus, baik pada tikus muda (52.66% dan 39.10%)
atau tua (32.90% dan 52.91%), tikus normal (46.46% dan 47.71%) atau stres
oksidatif (39.69% dan 42.31%). Ketersediaan dipeptida alanil-glutamina dalam
plasma darah dan hipokampus dapat memperbaiki keseimbangan nitrogen, sintesis
protein, morfologi jaringan, dan menyediakan kebutuhan asam glutamat yang
digunakan untuk peningkatan level glutation yang penting dalam proses perbaikan
fungsi pada penuaan hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan
akibat stres oksidatif.
Sebagai faktor kunci dalam pemeliharaan integritas seluler dan
pemeliharaan efisiensi mitokondria, glutation dapat memperantarai terjadinya
perbaikan pada indikator-indikator penuaan lainnya. Efektivitas antioksidan ini
sangat dipengaruhi oleh keseimbangan kapasitas antara antioksidan dan oksidan di
dalam tubuh dan ketersediaan glutamina atau dipeptida alanil-glutamina. Hasil
penelitian memberi bukti bahwa level glutation hipokampus yang tinggi hasil
pemberian dipeptida alanil-glutamina 7% mampu memperantarai peningkatan
viabilitas, penurunan mortalitas, dan peningkatan panjang akson, baik pada tikus
muda (4.11%, 37.07%, 12.58%) atau tua (6.91%, 37.85%, dan 32.84%), tikus
normal (3.25%, 29.21%, dan 21.04%) atau stres oksidatif (7.80%, 43.01%, dan
25.56%). Antioksidan ini juga memperantarai kehadiran profil mitokondria
normal dan mitokondria dengan kerusakan total menjadi 90% dan 0% pada tikus
umur tua normal atau 41.67% dan 16.67% pada tikus umur tua stres oksidatif.
Peningkatan mitokondria normal dan penurunan mitokondria dengan kerusakan
total merupakan bukti bahwa dipeptida alanil-glutamina 7% berpengaruh efektif
dalam mencegah dan memperbaiki perubahan struktur mitokondria yang dipicu
oleh peningkatan umur atau stres oksidatif. Perbaikan mitokondria dapat terjadi
melalui mekanisme penurunan produksi radikal bebas yang diperantarai oleh
glutation, pemeliharaan dan peningkatan integritas atau sintesis membran
fosfolipid mitokondria yang dikatalisis oleh fosfolipase.
Perbaikan respons histo-morfologi dan profil mitokondria memberi peran
penting pada peningkatan fungsi kognitif hipokampus. Peningkatan fungsi
kognitif hipokampus ditandai dengan peningkatan proses mengingat, kemampuan
navigasi, dan penyelesaian pada tugas-tugas yang berkaitan dengan fungsi
kognitif. Kondisi ini memberi perubahan perilaku pada tikus-tikus percobaan yang
dicirikan dengan perilaku menjadi lebih adaptif, tenang, dan lebih menghemat
energi. Perbaikan perilaku ini mencerminkan perbaikan kemampuan belajarmengingat dan aktivitas motorik yang diketahui dari perbaikan respons waktu
yang diperlukan untuk menemukan pakan dalam ruang fourth arm maze,
penurunan jarak tempuh, waktu stereotif, waktu ambulatori, dan peningkatan
waktu istirahat. Hasil penelitian memberi bukti bahwa pemberian dipeptida alanilglutamina 7% berpengaruh pada peningkatan level glutation yang memperantarai
perbaikan respons waktu dalam menemukan pakan, baik pada tikus muda
(42.32%) atau tua (65.82%), tikus normal (87.74%) atau stres oksidatif (33.11%),
demikian pula memberi perbaikan jarak tempuh, waktu stereotif, waktu
ambulatori, dan waktu istirahat, baik pada tikus muda (93.32%, 88.56%, 87.69%,
dan 48.48%) atau tua (92.81%, 56.83%, 71.73%, dan 117.04%), tikus normal
(94.18%, 75.75%, 75%, dan 75.72%) atau stres oksidatif (91.82%, 73.63%,
77.2%, dan 71.33%). Perbaikan respons kemampuan belajar-mengingat dan
aktivitas motorik mempunyai keterkaitan dengan perbaikan kondisi neurofisiologi
dan neuroanatomi yang diperantarai oleh peningkatan level glutation di
hipokampus. Perbaikan kemampuan belajar-mengingat dan aktivitas motorik
ditandai perbaikan fungsi sel-sel neuron di bagian cornu ammonis hipokampus
hasil dari pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina.
Kata kunci: dipeptida alanil-glutamina, glutation, histo-morfologi, mitokondria,
penuaan, stres oksidatif, fungsi hipokampus
© Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2012
Hak cipta dilindungi
1.
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumber.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan
karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu
masalah.
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan wajar Institut Pertanian
Bogor.
2.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin Institut Pertanian Bogor.
PERBAIKAN FUNGSI PADA PENUAAN
HIPOKAMPUS TIKUS YANG DIPERANTARAI
GLUTATION DENGAN PEMBERIAN DIPEPTIDA
ALANIL-GLUTAMINA
SUNARNO
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat Obat
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
i
Penguji pada Ujian Tertutup: Dr. Drh. Hera Maheswari, MSc
Drh. Ekowati Handharyani, MS, PhD, APVet
Penguji pada Ujian Terbuka: Prof. Dr. Ir. Ahmad Sulaeman, MS
Dr. Simson Tarigan, MSc
HALAMAN PENGESAHAN
Judul Disertasi
Nama
NRP
: Perbaikan Fungsi pada Penuaan Hipokampus Tikus
yang Diperantarai Glutation dengan Pemberian
Dipeptida Alanil-Glutamina
: Sunarno
: B161070031
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Wasmen Manalu, PhD
Ketua
Dr. Dra. Nastiti Kusumorini
Anggota
drh. Dewi Ratih Agungpriyono, PhD, APVet
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat Obat
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Dra. Nastiti Kusumorini
Dr. Ir. Dahrul Syah, MSc, Agr.
Tanggal Ujian: 26 Juni 2012
Tanggal Lulus: 19 Juli 2012
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2010 ini ialah antipenuaan,
dengan judul Perbaikan Fungsi pada Penuaan Hipokampus Tikus yang
Diperantarai Glutation dengan Pemberian Dipeptida Alanil-Glutamina.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof. Ir. Wasmen Manalu,
PhD, Ibu Dr. Dra. Nastiti Kusumorini, dan Ibu drh. Dewi Ratih Agungpriyono,
PhD, APVet selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran. Ucapan
terima kasih juga saya sampaikan kepada segenap Pimpinan Fakultas Kedokteran
Hewan IPB, Ketua Departemen Anatomi, Fisiologi, dan Farmakologi, Ketua
Departemen Klinik, Reproduksi, dan Patologi, serta Ibu Dr. Dra. Nastiti
Kusumorini selaku Ketua Program Studi/Mayor Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat Obat
(IFO).
Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Rektor Universitas
Diponegoro, Dekan beserta segenap Pembantu Dekan Fakultas Sains dan
Matematika, dan Ketua Jurusan Biologi atas dukungan dan bantuan selama
penulis menyelesaikan pendidikan di Program Doktor, Sekolah Pascasarjana IPB.
Demikian pula, penulis mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan
mahasiswa S-3 Program Studi/Mayor Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat Obat (IFO) dan
teknisi, baik di Laboratorium Fisiologi maupun Laboratorium Patologi. Ucapan
terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Eddy yang telah membantu
selama penulis melakukan penelitian di Kandang Hewan Percobaan.
Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada semua pihak atas
dukungannya, kepada ibu, istri, dan anak-anak penulis Anisah Izdihar Nukma,
Devi Fitria Nurhaliza, Ayda Fauziyah Salsabila, dan Meutia Letvina Zen serta
seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Akhirnya penulis berharap semoga disertasi ini bermanfaat bagi semua
pihak yang membutuhkannya. Semoga Allah SWT memberkahi. Amin.
Bogor, Agustus 2012
Sunarno
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Klaten pada tanggal 22 September 1973 sebagai anak
bungsu dari pasangan Suyono dan Lugiyem. Pendidikan Sarjana ditempuh di
Program Studi Biologi, Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Diponegoro, lulus pada tahun 1997. Pada tahun
2000, penulis diterima di Departemen Biologi pada Program Pascasarjana, Institut
Teknologi Bandung dan menamatkannya pada tahun 2003. Kesempatan untuk
melanjutkan ke program doktor pada program studi Ilmu-Ilmu Faal dan Khasiat
Obat, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor diperoleh pada tahun 2007.
Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan
Nasional Republik indonesia.
Penulis bekerja sebagai dosen di Universitas Diponegoro Semarang sejak
tahun 1998. Bidang penelitian yang menjadi tanggung jawab penulis ialah
Fisiologi Hewan.
Selama mengikuti program S-3, penulis telah menulis beberapa karya
ilmiah. Dua artikel telah diterbitkan dengan judul Peran Alanin-Glutamin
Dipeptida dalam Mengoptimalkan Level Glutation di Hipokampus dan
Hubungannya dengan Status Fungsi Hipokampus pada Penuaan Fisiologis dan
Penuaan Akibat Stres Oksidatif pada Jurnal Sains Medika, Vol. 3. No. 2 tahun
2012 (ISSN: 2085-1545) dan judul artikel berikutnya adalah Pengoptimalan
Kinerja Motorik pada Penuaan Fisiologis dan Penuaan Akibat Stres Oksidatif
dengan Alanin-Glutamin Dipeptida dan Hubungannya dengan Perbaikan Fungsi
Hipokampus pada Jurnal Kedokteran Hewan Vol. 6. No. 1. tahun 2012
(Terakreditasi Dirjen Dikti S.K. No. 81/Dikti/Kep/2011. Artikel lain berjudul
Perbaikan Respons Seluler pada Penuaan Hipokampus yang Diperantarai
Glutation Hasil Pemberian Alanin-Glutamin Dipeptida akan diterbitkan pada
Jurnal Veteriner Vol. 14. No. 1 tahun 2013 (Terakreditasi Dirjen Dikti S.K. No.
81/Dikti/Kep/2011). Karya-karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari program
S-3 penulis.
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ............................................................................................................ i
DAFTAR TABEL .................................................................................................. iii
DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................v
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... vii
PENDAHULUAN ...................................................................................................1
Latar Belakang ...............................................................................................1
Perumusan Masalah .......................................................................................2
Tujuan Penelitian ...........................................................................................3
Hipotesis Penelitian........................................................................................4
Kebaruan (Novelty) ........................................................................................4
Manfaat Penelitian .........................................................................................4
Ruang Lingkup Penelitian ..............................................................................5
TINJAUAN PUSTAKA ..........................................................................................7
Penuaan .........................................................................................................7
Tanda-Tanda Penuaan Hipokampus ..............................................................7
Struktur Hipokampus .....................................................................................9
Sumber Spesies Oksigen Reaktif dan Radikal Bebas di Hipokampus .........10
Potensi Glutation sebagai Antioksidan di Hipokampus ...............................11
Metabolisme Glutation .................................................................................13
Mekanisme Pertahanan Antioksidan Glutation di Hipokampus ..................15
Hubungan Level Glutation dengan Penuaan Hipokampus ..........................16
Perubahan Neuroanatomi dan Neurofisiologi pada Penuaan Hipokampus .17
Bioenergetik dan Dinamika Mitokondria dalam Sel-Sel Neuron ................19
Perubahan Struktur Mitokondria Neuron pada Penuaan Hipokampus ........20
Kebutuhan Mitokondria pada ATP dalam Mekanisme Patologi Seluler .....21
Potensi Glutamina atau Dipeptida Alanil-Glutamina ..................................23
Metabolisme Glutamina ...............................................................................26
Alur Aktivitas Penelitian ..............................................................................27
Perbaikan Level Glutation Hipokampus Tikus pada Penuaan Fisiologis dan
Penuaan Akibat Stres Oksidatif dengan Pemberian Dipeptida Alanil-Glutamina .29
Abstrak ..........................................................................................................29
Abstract .........................................................................................................30
Pendahuluan ..................................................................................................30
Bahan dan Metode.........................................................................................32
Hasil dan Pembahasan...................................................................................33
Simpulan .......................................................................................................41
Daftar Pustaka ...............................................................................................41
Profil Dipeptida Alanil-Glutamina Plasma dan Hipokampus Tikus pada
Penuaan Fisiologis dan Penuaan Akibat Stres Oksidatif dengan Pemberian
Dipeptida Alanil-Glutamina Eksogen ....................................................................45
i
Abstrak ..........................................................................................................45
Abstract .........................................................................................................45
Pendahuluan ..................................................................................................46
Bahan dan Metode.........................................................................................48
Hasil dan Pembahasan...................................................................................49
Simpulan .......................................................................................................54
Daftar Pustaka ...............................................................................................55
Perbaikan Histo-Morfologi dan Mitokondria Neuron Hipokampus
Tikus pada Penuaan Fisiologis dan Penuaan Akibat Stres Oksidatif dengan
Pemberian Dipeptida Alanil-Glutamina.................................................................57
Abstrak ..........................................................................................................57
Abstract .........................................................................................................58
Pendahuluan ..................................................................................................58
Bahan dan Metode.........................................................................................61
Hasil dan Pembahasan...................................................................................63
Simpulan .......................................................................................................75
Daftar Pustaka ...............................................................................................75
Perbaikan Kemampuan Belajar-Mengingat dan Aktivitas Motorik Tikus pada
Penuaan Fisiologis dan Penuaan Akibat Stres Oksidatif dengan Pemberian
Dipeptida Alanil-Glutamina ...................................................................................79
Abstrak ..........................................................................................................79
Abstract .........................................................................................................80
Pendahuluan ..................................................................................................80
Bahan dan Metode.........................................................................................83
Hasil dan Pembahasan...................................................................................84
Simpulan .......................................................................................................95
Daftar Pustaka ...............................................................................................96
PEMBAHASAN UMUM ......................................................................................99
SIMPULAN DAN SARAN .................................................................................114
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................117
LAMPIRAN .........................................................................................................125
ii
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Rataan level glutation hipokampus pada tikus yang mengalami penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif ......................................................34
2 Rataan level glutation hipokampus pada tikus yang mengalami penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif hasil pemberian dipeptida
alanil-glutamina..................................................................................................36
3 Rataan konsentrasi dipeptida alanil-glutamina plasma dan hipokampus
pada tikus yang mengalami penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres
oksidatif hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina
eksogen...............................................................................................................50
4 Respons histo-morfologi hipokampus pada tikus yang mengalami penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif hasil pemberian konsentrasi
optimum dipeptida alanil-glutamina ..................................................................63
5 Profil mitokondria neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan umur tikus 24 bulan normal
(tanpa stres oksidatif) atau stres oksidatif ..........................................................71
6 Respons waktu untuk menemukan pakan dalam ruang fourth arm maze pada
tikus yang mengalami penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif
hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina.....................85
7 Respons aktivitas motorik pada tikus yang mengalami penuaan fisiologis
dan penuaan akibat stres oksidatif hasil pemberian konsentrasi
optimum dipeptida alanil-glutamina ..................................................................86
iii
iv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Bagian-bagian hipokampus tikus .....................................................................10
2
Fungsi glutation sebagai antioksidan ...............................................................12
3
Metabolisme glutation......................................................................................13
4
Skema interaksi antara sel astrosit dengan neuron dalam metabolisme
glutation ...........................................................................................................14
5
Keseimbangan pembentukan spesies oksigen reaktif dan sistem
antioksidatif .....................................................................................................15
6
Alur aktivitas penelitian ...................................................................................27
7
Level glutation hipokampus hasil interaksi antara level umur tikus
dan level stres oksidatif ....................................................................................34
8
Level glutation hipokampus hasil interaksi antara dipeptida alanil-glutamina
0%, 3%, 5%, dan 7% dengan level umur tikus ................................................37
9
Level glutation hipokampus hasil interaksi antara dipeptida alanil-glutamina
0%, 3%, 5%, dan 7% dengan level stres oksidatif ...........................................39
10 Konsentrasi dipeptida alanil-glutamina plasma hasil interaksi antara
dipeptida alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus atau
level stres oksidatif ...........................................................................................52
11 Konsentrasi dipeptida alanil-glutamina hipokampus hasil interaksi antara
dipeptida alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus atau
level stres oksidatif ...........................................................................................53
12 Metode penentuan viabilitas, mortalitas neuron pada pewarnaan
hematoksilin-eosin dan pengukuran panjang akson neuron pada pewarnaan
perak nitrat Bielschowsky ................................................................................62
13 Respons viabilitas neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus atau level stres
oksidatif ...........................................................................................................67
14 Respons mortalitas neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus atau level stres
oksidatif ............................................................................................................68
v
15 Respons panjang akson neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus atau level stres
oksidatif ............................................................................................................70
16 Profil mitokondria neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% atau 7% dengan umur tikus 24 bulan normal atau
stres oksidatif. ..................................................................................................72
17 Respons waktu yang diperlukan tikus untuk menemukan pakan dalam
ruang fourth arm maze hasil interaksi antara dipeptida alanil-glutamina
0% dan 7% dengan level umur tikus atau level stres oksidatif ........................89
18 Respons jarak tempuh tikus dalam ruang optovarimex hasil interaksi
antara dipeptida alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus
atau level stres oksidatif ...................................................................................90
19 Respons waktu stereotif tikus dalam ruang optovarimex hasil interaksi
antara dipeptida alanil-glutamina 0% atau 7% dengan level umur tikus
atau level stres oksidatif ...................................................................................90
20 Respons waktu ambulatori tikus dalam ruang optovarimex hasil interaksi
antara dipeptida alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus
atau level stres oksidatif ...................................................................................90
21 Respons waktu istirahat tikus dalam ruang optovarimex hasil interaksi
antara dipeptida alanil-glutamina 0% dan 7% dengan level umur tikus
atau level stres oksidatif ...................................................................................91
vi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Prosedur penentuan level glutation hipokampus ...........................................125
2
Prosedur penentuan konsentrasi dipeptida alanil-glutamina plasma dan
hipokampus ....................................................................................................126
3
Prosedur pemrosesan sediaan histologi hipokampus dengan pewarnaan
hematoksilin-eosin .........................................................................................127
4
Prosedur pemrosesan sediaan histologi hipokampus dengan pewarnaan
perak nitrat Bielschowsky .............................................................................128
5
Prosedur preparasi blok sampel hipokampus transmission electron
microscope (TEM) untuk melihat struktur mitokondria neuron ....................130
6
Profil mitokondria neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan umur tikus 24 bulan dalam kondisi
normal (tanpa stres oksidatif) .........................................................................132
7
Profil mitokondria neuron hipokampus hasil interaksi antara dipeptida
alanil-glutamina 0% dan 7% dengan umur tikus 24 bulan yang mendapat
perlakuan stres oksidatif.................................................................................133
8
Profil mitokondria neuron hipokampus pada tikus umur 12 bulan tanpa
stres oksidatif (normal) ..................................................................................134
vii
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penuaan akibat peningkatan umur dan stres oksidatif menjadi masalah
kesehatan bagi manusia. Penuaan telah diketahui dapat menurunkan fungsi sel,
jaringan, dan kemampuan fisiologis tubuh. Penuaan diawali dengan kerusakan
pada tingkat molekul, seperti DNA, protein, dan lipid sampai dengan kerusakan
tingkat seluler dan organ yang disebabkan oleh oksidasi yang terjadi secara
berkelanjutan. Kerusakan ini dalam jangka panjang dapat menyebabkan kematian
sel dan memperpendek umur biologis (Petit dan Hampe 2006).
Penuaan dapat dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif. Dalam kehidupan normal, kedua
jenis penuaan ini dapat berdiri sendiri atau saling berinteraksi. Penuaan fisiologis
ialah penuaan yang disebabkan oleh faktor peningkatan umur. Peningkatan umur
mempunyai korelasi dengan peningkatan gangguan sinyal ekstraseluler atau
intraseluler, perubahan kerangka sel, penurunan aktivitas enzim, dan gangguan
regulasi ekspresi gen. Berbagai macam gangguan ini secara bertahap berakibat
pada penurunan level antioksidan glutation, disfungsi sel, degenerasi, penurunan
kemampuan fisiologis, dan kematian sel (Dringen et al. 2000; Schulz et al. 2000).
Penuaan akibat stres oksidatif melibatkan produksi radikal bebas secara
berlebihan di dalam tubuh yang dipicu oleh stres fisik, psikis, maupun bentuk
stres lainnya. Radikal bebas dapat menyebabkan kerusakan komponen organik
sel, penurunan aktivitas enzim-enzim intraseluler, dan memperantarai penurunan
level glutation. Penurunan level glutation dapat mengganggu fungsi sel, terutama
sel yang rentan pada stres oksidatif, seperti sel-sel neuron di hipokampus (Barja
2004; Jiang et al. 2004).
Hipokampus merupakan bagian otak yang paling cepat mengalami
penurunan fungsi akibat penuaan (Liu et al. 2010). Penurunan fungsi hipokampus
ditandai dengan penurunan level glutation (Dringen et al. 2000). Penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif menjadi fenomena menarik untuk
diteliti terkait dengan gangguan homeostasis glutation dan penurunan status
fungsi hipokampus. Berdasarkan hal tersebut penggunaan suatu bahan yang
bersifat stabil selama di dalam tubuh, mampu melintasi sawar darah otak, dapat
2
dimanfaatkan oleh neuron, dan berpotensi meningkatkan level glutation
merupakan sebuah alternatif untuk memperbaiki penurunan fungsi pada penuaan
hipokampus. Bahan yang memenuhi kriteria tersebut ialah dipeptida alanilglutamina. Dipeptida alanil-glutamina perlu dicoba untuk memperbaiki fungsi
pada penuaan hipokampus, karena bahan ini berfungsi sebagai penyedia prekursor
glutation (Daren et al. 2007).
Glutamina merupakan asam amino non-esensial yang dibutuhkan pada
setiap proses di dalam tubuh. Glutamina merupakan penyedia neurotransmiter
asam glutamat atau prekursor untuk sintesis asam nukleat dan glutation (Mates et
al. 2002). Perlakuan glutamina atau dipeptida alanil-glutamina secara tidak
langsung dapat memperantarai peningkatan energi seluler, melindungi struktur
dan fungsi mitokondria, granula-granula sitoplasma, retikulum endoplasma kasar,
dan menurunkan produksi radikal bebas. Dipeptida alanil-glutamina diketahui
dapat meningkatkan level glutation dalam sel-sel hati dan mempercepat proses
penyembuhan pada hewan yang luka (Roth et al. 2002; Jun et al. 2006).
Bukti-bukti tersebut menunjukkan bahwa dipeptida alanil-glutamina dapat
memperantarai perbaikan fungsi pada jaringan atau organ tubuh yang mengalami
penurunan fungsi, baik yang disebabkan oleh peningkatan umur atau stres
oksidatif. Dipeptida alanil-glutamina menarik untuk diteliti sebagai upaya untuk
mendapatkan informasi tentang hubungan antara asam amino ini dengan level
glutation dan status fungsi hipokampus. Status fungsi hipokampus dapat diketahui
dari beberapa indikator, yang meliputi konsentrasi glutamina atau dipeptida alanilglutamina plasma darah atau hipokampus, level glutation hipokampus, profil
histo-morfologi dan struktur mitokondria neuron hipokampus, kemampuan belajar
atau mengingat, dan aktivitas motorik.
Perumusan Masalah
Penuaan dapat dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu penuaan
fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif. Penuaan fisiologis ditandai dengan
penurunan kondisi fisiologis tubuh dan penurunan fungsi sel atau jaringan karena
faktor peningkatan umur, sedangkan penuaan akibat stres oksidatif berkaitan
dengan pembentukan radikal bebas secara berlebihan yang berdampak secara
cepat pada penurunan fungsi sel atau jaringan di dalam tubuh. Kedua macam
3
penuaan ini dapat menyebabkan perubahan struktur dan fungsi hipokampus
sehingga neuron hipokampus mengalami degenerasi atau mengalami penurunan
kemampuan fisiologis, bahkan dapat berakibat pada kematian. Perubahan struktur
dan fungsi hipokampus akibat penuaan diawali dari perubahan konsentrasi
glutamina atau dipeptida alanil-glutamina plasma dan hipokampus, penurunan
level glutation, perubahan histo-morfologi, dan struktur mitokondria. Perubahan
struktur dan fungsi hipokampus mempunyai korelasi dengan perubahan tingkah
laku, yang meliputi kemampuan belajar atau mengingat dan aktivitas motorik.
Berdasarkan hal tersebut, pemberian perlakuan untuk meningkatkan
konsentrasi dipeptida alanil-glutamina dan sintesis glutation di hipokampus
merupakan sebuah alternatif untuk
memperbaiki
fungsi
pada penuaan
hipokampus. Salah satu bahan yang mempunyai potensi tersebut ialah dipeptida
alanil-glutamina. Bahan ini bersifat stabil selama berada di dalam tubuh, dapat
melintasi sawar darah otak, dan diduga secara efektif dapat meningkatkan
konsentrasi dipeptida alanil-glutamina dan glutation di hipokampus. Selanjutnya,
meningkatnya konsentrasi dipeptida alanil-glutamina dan glutation di hipokampus
dapat memperantarai perbaikan profil histo-morfologi dan struktur mitokondria
neuron hipokampus, kemampuan belajar atau mengingat, dan aktivitas motorik.
Tujuan Penelitian
1. Mendapatkan profil glutation hipokampus untuk penentuan status fungsi
hipokampus dan mendapatkan konsentrasi paling optimum dipeptida alanilglutamina yang dapat meningkatkan level glutation hipokampus, baik pada
penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
2. Mendapatkan gambaran konsentrasi dipeptida alanil-glutamina plasma darah
dan hipokampus hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanilglutamina eksogen, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres
oksidatif.
3. Mendapatkan gambaran perbaikan histo-morfologi dan struktur mitokondria
neuron hipokampus hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanilglutamina, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
4
4. Mendapatkan gambaran perbaikan kemampuan belajar atau mengingat, dan
aktivitas motorik hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanilglutamina, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
Hipotesis Penelitian
1. Terdapat perbedaan level glutation dan status fungsi hipokampus antara
penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif. Pemberian konsentrasi
dipeptida alanil-glutamina dapat meningkatkan level glutation hipokampus,
baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif
2. Pemberian
konsentrasi
dipeptida
alanil-glutamina
eksogen
dapat
meningkatkan konsentrasi dipeptida alanil-glutamina plasma darah dan
hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
3. Pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina dapat memberi
perbaikan
respons
histo-morfologi
dan
struktur
mitokondria
neuron
hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
4. Pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina dapat memberi
perbaikan respons kemampuan belajar atau mengingat, dan aktivitas motorik,
baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
Kebaruan (Novelty)
Penelitian tentang penuaan hipokampus yang terkait glutation pada
penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif merupakan hal baru dan
belum dilakukan oleh peneliti lain. Kebaruan dari penelitian ini adalah bahwa
konsentrasi dipeptida alanil-glutamina dan level glutation optimum di hipokampus
dapat memperantarai perbaikan fungsi pada penuaan hipokampus yang tercermin
dari perbaikan respons histo-morfologi, struktur mitokondria neuron hipokampus,
kemampuan belajar-mengingat, dan aktivitas motorik.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi informasi ilmiah tentang
potensi dipeptida alanil-glutamina pada perbaikan fungsi pada penuaan
hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif.
Perbaikan fungsi hipokampus ditandai dengan peningkatan konsentrasi glutamina
5
atau dipeptida alanil-glutamina dan level glutation di hipokampus. Beberapa
indikator lainnya juga mengalami peningkatan, yang meliputi perbaikan respons
histo-morfologi, struktur mitokondria, kemampuan belajar atau mengingat, dan
aktivitas motorik. Dengan demikian, dipeptida alanil-glutamina dapat dijadikan
sebagai solusi alternatif untuk meningkatkan level glutation hipokampus atau
pada jaringan lain sebagai upaya memberi penanganan permasalahan penuaan,
baik penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif yang banyak terjadi di
Indonesia. Penelitian ini juga diharapkan dapat memberi informasi tentang hewan
model penuaan dengan melakukan modifikasi perlakuan pada hewan muda
dengan menggunakan indikator-indikator yang merupakan penanda penuaan
sehingga penelitian tentang penuaan dapat dilakukan dalam skala yang lebih luas,
mudah, dan cepat.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Penentuan level glutation hipokampus pada tikus umur 6, 12, 18, dan 24 bulan,
baik normal atau yang diberi perlakuan stres oksidatif digunakan sebagai
indikator pada penentuan status fungsi hipokampus. Penentuan konsentrasi
optimum dipeptida alanil-glutamina berdasarkan peningkatan level glutation
terbaik di hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres
oksidatif. Penentuan level glutation dengan menggunakan spektrofotometer
pada panjang gelombang 520 nm.
2. Penentuan
konsentrasi
dipeptida
alanil-glutamina
plasma
darah
dan
hipokampus, baik pada penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif
hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina eksogen
dengan menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 630 nm.
3. Pengamatan respons histo-morfologi hipokampus (viabilitas dan mortalitas
neuron) dengan menggunakan pewarnaan hematoksilin-eosin, sedangkan
perubahan panjang akson neuron dengan menggunakan pewarnaan perak nitrat
Bielschowsky. Pengamatan respons struktur mitokondria dengan menggunakan
transmission electron microscope (TEM). Pengamatan respons histo-morfologi
dan struktur mitokondria neuron hipokampus dilakukan pada tikus yang
6
mengalami penuaan fisiologis atau penuaan akibat stres oksidatif hasil
pemberian konsentrasi optimum dipeptida alanil-glutamina
4. Penentuan kemampuan belajar dan mengingat pada penuaan fisiologis atau
penuaan akibat stres oksidatif hasil pemberian konsentrasi optimum dipeptida
alanil-glutamina berdasarkan pengamatan pada respons waktu yang diperlukan
tikus untuk menemukan pakan dalam ruang fourth arm maze. Pengamatan
aktivitas motorik dengan melakukan pengamatan pada parameter jarak tempuh,
waktu stereotif, waktu ambulatori, dan waktu istirahat dalam alat uji
optovarimex yang dikoneksikan pada komputer dengan menggunakan
software AUTOTRACT
7
TINJAUAN PUSTAKA
Penuaan
Penuaan fisiologis dan penuaan akibat stres oksidatif merupakan dua
faktor utama penyebab penurunan fungsi berbagai sistem tubuh. Penuaan sistem
tubuh ditandai dengan penurunan konsentrasi makromolekul dalam sel tubuh,
seperti DNA, lipid, protein, antioksidan, dan lain-lain. Dalam jangka panjang
penuaan dapat menyebabkan kematian sel. Selain itu, penuaan juga dapat
menginduksi akumulasi deposit-deposit metabolit pada jaringan sehingga
mengganggu fungsi jaringan. Perubahan-perubahan tersebut pada akhirnya dapat
menyebabkan kerusakan pada sistem tubuh yang berakibat pada kematian sel
(Ricklefs 2008). Miller dan O'Callaghan (2005) melaporkan, penuaan dapat
menyebabkan penurunan fungsi berbagai sistem tubuh, yang meliputi endokrin,
kognitif, motorik, sistem saraf pusat, dan lain-lain.
Hipokampus merupakan bagian otak yang mempunyai peran penting
dalam fungsi kognitif dan berperan dalam mengontrol umpan balik pada respons
stres. Kujoth et al. (2007) melaporkan bahwa peningkatan umur dan stres
oksidatif dapat menyebabkan kerusakan oksidatif pada jaringan dan memicu
perubahan perilaku pada individu. Kerusakan oksidatif pada jaringan dapat
mengganggu proses oksidasi-fosforilasi di mitokondria, penurunan produksi ATP,
dan peningkatan kebutuhan energi metabolisme secara keseluruhan (Serra et al.
2003; Speakman et al. 2004; Balaban et al. 2005). Hasil penelitian Sohal dan
Weindruch (1996) menunjukkan bahwa kerusakan oksidatif pada jaringan dapat
menurunkan kandungan berbagai macam enzim dan antioksidan.
Tanda-Tanda Penuaan Hipokampus
Hipokampus merupakan bagian otak yang mempunyai fungsi penting
dalam mendukung fungsi otak. Untuk dapat berfungsi secara optimal, hipokampus
memerlukan
berbagai
bahan
organik
sebagai
sumber
energi
untuk
mempertahankan integritas neuron. Berkaitan dengan hal tersebut, hipokampus
memerlukan oksigen dalam jumlah yang besar (Djavadian 2004; Ahmed dan
Mehta 2009). Kondisi ini menjadi penyebab hipokampus bersifat rentan pada efek
samping yang ditimbulkan oleh proses oksidasi bahan organik atau oksidasi
8
parsial dalam proses metabolisme. Dringen et al. (2000) melaporkan neuronneuron otak mampu mengonsumsi oksigen 20% dari kebutuhan oksigen seluruh
tubuh meskipun organ ini hanya menempati 2% dari total volume tubuh.
Hipokampus sebagai bagian otak membutuhkan banyak oksigen untuk menopang
keberadaan neuron-neuron penyusunnya. Radikal-radikal bebas yang terbentuk
selama proses oksidasi dan oksidasi parsial dalam proses metabolisme dapat
menyerang neuron-neuron hipokampus yang mengandung banyak lipid dengan
asam-asam lemak rantai panjang tidak jenuh. Radikal-radikal bebas yang
terbentuk selama proses oksidasi dapat menyebabkan peroksidasi lipid,
menimbulkan kerusakan protein, maupun asam amino intraseluler yang diikuti
dengan terjadinya deaktivasi, modifikasi, dan terganggunya proses metabolisme
(Pamplona et al. 2004). Hasil penelitian Liu et al. (2010) menunjukkan bahwa
stres oksidatif dapat menyebabkan peningkatan peroksidasi lipid dan akumulasi
deposit-deposit metabolit yang bersifat neurotoksik. Stres oksidatif dapat
mengganggu aktivitas enzim Ca2+ATPase yang berperan dalam proses regulasi
konsentrasi Ca2+ intraseluler dan gangguan ini
dapat menginduksi terjadinya
degenerasi neuron di hipokampus.
Protein dan asam amino di hipokampus otak, seperti glutation, asam
glutamat, sisteina, dan glisina sangat peka pada serangan oksidan dan radikal
bebas. Radikal-radikal bebas dapat menyerang asam-asam amino pada protein,
sehingga protein mengalami modifikasi secara struktural. Secara berurutan
perubahan protein dapat menyebabkan terjadinya agregasi, degradasi, dan
fragmentasi yang menjadi penyebab gangguan pada aktivitas enzim (Jiang et al.
2004). Bukti penelitian menunjukkan bahwa pengaruh radikal bebas pada protein
dapat menyebabkan rantai reaksi radikal bebas yang mengganggu homeostasis
kalsium, kalium, natrium, dan pengambilan glukosa. Munculnya