Glycocalyx The Great Barrier Reef
GLYCOCALYX THE GREAT BARRIER REEF
Oleh
dr. CUT MELIZA ZAINUMI
NIP. 1983042020080120009
DEPARTEMEN ANESTESIOLOGI DAN TERAPI INTENSIF
FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
RSUP. H. ADAM MALIK
MEDAN
2011
1
Universitas Sumatera Utara
GLYCOCALYX THE GREAT BARRIER REEF
PENDAHULUAN
Endotel vascular yang sehat pada lumennya ditutupi oleh endothelial glycocalyx, yang
berinteraksi dengan aliran darah dan diduga mempunyai fungsi sebagai filter pada dinding
pembuluh darah. Walaupun struktur ini sudah ditemukan sejak hampir 70 tahun yang lalu,
namun secara fisiologis fungsinya dianggap remeh. Adanya perbedaan colloid osmotic di
dalam di bawah struktur ini telah mengarah pada modifikasi sistem Starling. Sehingga
glycocalyx disebut “Great Barrier Reef” (layar penghalang yang hebat). 1
MEMBRAN PLASMA
Membran plasma mengelilingi sel yang hidup, dan sel merupakan organella yang paling
penting. Membran sel mengatur zat – zat yang keluar dan masuk ke sel dan bertanggung
jawab terhadap banyak hal lainnya. Membran yang mengelilingi nukleus dan organella
lainnya disebut membran sel. 2,3
Sel dikelilingi oleh batas yang disebut membran plasma yang menutupi permukaan sel.
Membran membentuk elemen struktural dalam sel. Walaupun membran menunjukkan
bermacam fungsi, peran yang paling universal adalah sebagai sekat selektif lalu lalang
molekul, dimana terjadi seleksi pada molekul. Struktur utama lipid membran adalah
phospholipid. Membran plasma juga mengandung cholesterol, protein, transmembran
protein, peripheral membrane protein. Permukaan ektraselular membran plasma
mengandung sedikit karbohidrat yang berikatan dengan lipid membran dan protein.
Karbohidrat ini mengandung rantai cabang pendek monosaccharide yang meluas dari
permukaan sel ke cairan ekstraselular dimana mereka membentuk lapisan gula yang disebut
glycocalyx. Lapisan ini mempunyai peran penting dalam pengenalan dan interaksi antar sel.
Selain itu zat – zat terlarut juga harus berdifusi melalui lapisan ini untuk mencapai sel – sel
mukosa. 2,3
Universitas Sumatera Utara
Tebal dari glycocalyx diperkirakan 0,5 m pada pembuluh darah yang sehat, dimana
strukturnya tegangan negatif, dan kaya akan tempat yang anionik yang berupa sialic acid
moieties of glycoprotein dan sulphate dan heparan‐sulphate proteoglycan.4
Glycocalyx adalah material polimerik ekstraselular yang diproduksi juga oleh beberapa
bakteri, epitel dan sel – sel lain. Istilah ini pertama kali diberikan pada matrik polisakarida
yang diekskresikan oleh sel – sel epitel yang membungkus permukaan jaringan epitel. 5
GLYCOCALYX PADA DARAH
Glycocalyx juga dinamakan pada struktur spesifik dari platelet matur. Bentuknya sama
dengan glycocalyx pada bakteri (“sugar coat” yaitu jaringan polisakarida yang muncul dari
permukaan sel) yang terbentuk dari glycoprotein yang membuat platelet bisa melekat pada
permukaan pembuluh darah yang rusak seperti collagen. Glycocalyx tampak seperti benang
– benang halus yang membungkus bagian membran luar platelet dan terdapat banyak
reseptor protein pada adhesi sel. Glycocalyx juga ada pada sel – sel endotel. Beberapa
Universitas Sumatera Utara
diantara perannya adalah mengurangi pergesekan pada aliran darah dan berperan sebagai
sawar atau penyaring hilangnya cairan melalui dinding pembuluh darah. Pada inflamasi
glycocalyx sel – sel endotel luruh agar leukosit bisa melekat dan terjadi perpindahan cairan
dari pembuluh darah mikro. 5
Universitas Sumatera Utara
GLYCOCALYX MEMODULASI IMMOBILISASI LEUKOSIT PADA PERMUKAAN
ENDOTEL
Lapisan glycocalyx endotel menjadikan permukaan endotel menjadi bertegangan negatif
yang membuat permukaannya menjadi antiadhesive. Adhesi leukosit pada sel – sel endotel
merupakan proses kompleks yang berhubungan dengan ditangkapnya leukosit bebas dari
peredaran darah, berputar di permukaan endotel, deselerasi dan akhirnya leukosit
immobilisasi. Pada proses inflamasi, permukaan tadi kehilangan sifat antiadhesivenya
karena adanya aktivasi molekul adhesi yang bisa diakses leukosit. Ada bukti yang
menunjukkan proses ini disebabkan perubahan pada lapisan glycocalyx. Begitu pula peran
glycocalyx pada adhesi leukosit di sel endotel ini berhubungan langsung dengan kondisi
atherosclerosis seperti hiperkolesterolemia dan terdapatnya lipoprotein teroksidasi di
plasma, yang berhubungan dengan meningkatnya leukosit yang melekat pada endotel.
Modifikasi sel endotel pada diet dengan tinggi kolesterol membuat ketebalan glycocalyx
berkurang juga perubahan tegangan dan perubahan komposisi biokimia pada glycocalyx
endotel. Dari percobaan yang dilakukan pada endotel tikus, bahwa degradasi dari glycocalyx
endotel menstimulasi leukosit agar tidak bergerak pada permukaan endotel.6
Pembuluh darah arteri berhubungan dengan stress yang memotong (shear stress) pada
glycocalyx, yang memberi sinyal pada sel endotel dibawahnya untuk melepaskan nitric oxide
(NO), yaitu suatu faktor anti atherogenik. Daerah yang rendah stress memotongnya pada
cabang – cabang arteri cenderung lebih mudah terjadi atheroma karena kurangnya
pembentukan NO melalui mekanisme ini. Pada latihan, dengan meningkatkan aliran darah
dan stres pemotong bersifat proteksi. Bila terjadi degradasi glycocalyx maka terjadi adhesi
platelet dan leukosit yang akan menyebabkan reaksi inflamasi. Kombinasi inflamasi dan
akumulasi lemak akhirnya akan membentuk lesi atherothrombotic. 4 Dari penelitian juga
didapati kemungkinan ukuran dari glycocalyx merupakan marker awal kerusakan vaskular. 7
GLYCOCALYX PADA TRAKTUS DIGESTIVE
Glycocalyx juga bisa ditemukan pada bagian apical pada microvilli pada traktus digestif,
terutama pada usus halus. Ia membentuk jaring setebal 0,3 mikrometer dan mengandung
acidic mucopolysaccharides dan glycoprotein yang muncul pada membran plasma pada sel –
Universitas Sumatera Utara
sel epitel absorbtif. Ia menyediakan permukaan penyerapan dan termasuk dalam enzim
yang disekresikan oleh sel – sel absobtif yang penting pada tahap pencernaan protein dan
gula.5 Pada ujung mikrovilli brush border dari intestinal enterocyte disebut “filamentous
brush border glycocalyx” (FBBG). Dengan ketebalan glycocalyx yang cukup tipis yaitu 20 nm
cukup untuk melindungi fungsi pelindung dari sel epitel pada mkrovilli yang mencegah
adhesi mikrobial.8
FUNGSI – FUNGSI
Proteksi
: bantalan membran plasma dan melindungi dari
: mengaktifkan sistem imun untuk mengenali dan
cedera kimia
Imunitas
memilih organisme asing yang akan diserang
Pertahanan terhadap kanker : perubahan glycocalyx pada sel – sel kanker membuat
sistem imun mengenalinya dan menghancurkannya
Reaksi transplantasi
: dasar kompatibilitas pada transfusi darah, graf
jaringan, dan transplantasi organ
Adhesi sel
: melekatkan sel –sel agar jaringan tidak terpisah –
: glycocalyx pada pembuluh darah mencegah leukosit
pisah
Regulasi inflamasi
rolling/binding pada keadaan sehat
Fertilisasi
: mengaktifkan sel sperma untuk mengenali dan
melekat pada ovum
Perkembangan embrionik
: menuntun sel – sel embrionik ke tujuannya di tubuh
GLYCOCALYX
ENDOTEL
GLOMERULAR
SEBAGAI
PENGHALANG
PERMEABILITAS PROTEIN
Universitas Sumatera Utara
Glycocalyx juga melapisi permukaan kapiler glomerulus. Dengan mikroskop elektron sel – sel
endotel glomerulus terdapat glycocalyx setebal 200‐nm diatas membran plasma. Pemberian
neuraminidase menghilangkan sebagian besar glycocalyx menyebabkab berkurangnya trans‐
endothelial electrical resistance sebanyak 59% dan meningkatkan flux albumin sampai 207%.
Begitu juga dengan heparinase III juga terjadi peningkatan lewatnya albumin ke monolayers
sampai 40% dan 39%. Sehingga dapat disimpulkan perubahan struktur pada human
Glycocalyx Endothelial Cells kemungkinan mempunyai hubungan dengan pergerakan
albumin. Sehingga dimungkinkan adanya mekanisme alternative disfungsi sawar glomerular
pada penyakit ginjal.9
GLYCOCALYX ENDOTEL DAN PRINSIP STARLING
Sesuai dengan Starling, penentu utama kecepatan filtrasi per unit area di dinding kapiler
adalah tekanan hidrostatik (hydrostatic preassure = HP) dan tekanan osmotik koloid (colloid
osmotic pressure = COP) pada lumen kapiler dan pada jaringan. Bukti terakhir menunjukkan
bahwa COP jaringan kurang berperan pada keseimbangan cairan, bahkan keseimbangan
cairan pada jaringan tidak akan terjadi bila persamaan Starling benar. Dikemukakan bahwa
mungkin endothelial glycocalyx (EG) berperan sebagai filter molekular utama dan
mengaktifkan gradien onkotik efektif di dalam ruang yang sangat kecil. Dilakukan penelitian
pada sistem koroner jantung guinea pig, yang membandingkan cairan perfusi bebas koloid,
albumin 1,67% dan hydroxyethylstarch 2%. Dimana digunakan heparinese untuk merusak
endothelial glycolalyx. Hasil yang diperoleh menujukkan hydraulic conductivity pada cairan
bebas koloid sangat besar bila dibandingkan dengan albumin dan hydroxyethylstarch (9,14
vs 1,04 vs 2,67 l/min/g). Albumin juga mengurangi terbentuknya edema bila dibandingkan
dengan cairan lainnya. Dengan dirusaknya EG dengan heparinese mengurangi efek koloid
maupun albumin. Dimana terjadi ekstravasasi terutama di vena dengan rata –rata 95% dari
intravaskular. 10
Universitas Sumatera Utara
Pada diagram A dan B diatas menunjukkan waktu yang dibutuhkan untuk terjadi
keseimbangan konsentrasi koloid lebih cepat pada HES dibandingkan dengan albumin
(7,83±0,16 vs 11,09±1,33 menit), walaupun berat molekulnya lebih ringan. Pada diagram C
menunjukkan dengan dirusaknya glycocalyx maka ekstravasasi cairan menjadi sangat
banyak bila dibandingkan dengan pada saat glycocalyx utuh. Selain itu dari penelitian ini
menunjukkan bahwa dengan hilangnya glycocalyx perpindahan cairan bisa terjadi bahkan
dengan tekanan minus (‐ 12 dan – 13 cmH 2 O). Dengan penambahan koloid pada cairan
dasar yang digunakan untuk penelitian ini menunjukkan kesesuaian dengan hipotesis
Starling namun albumin yang COPnya rendah lebih baik mencegah ekstravasasi bila
dibandingkan dengan HES pada konsentrasi yang disamakan. Hal ini tidak bisa dijelaskan
dengan persamaan Starling dimana diperlukan adanya keseimbangan intravaskular dengan
interstisial. Sehingga seperti yang di kemukakan Adamson dkk istilah “COP in tissue” harus
dirubah
menjadi
“COP
beyond
the
menjadi
EG”.
Sehingga
persamaan
Starling
:
, dimana Jv
= net filtrasi, Kf = filtration coefficient, Pc = capillary hydrostatic pressure, Pi = interstitial
hydrostatic pressure, = reflection coefficient, πb = tekanan onkotik dibawah lapisan
Universitas Sumatera Utara
endotel, πesl adalah tekanan onkotik pada lapisan permukaan endotel. 11 Tekanan pada
permukaan endotel ini secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan ruang interstisial.
12
Dengan adanya sirkuasi limfe maka perhitungan perhitungan aliran dengan prinsip Starling
tidak sesuai.13 Bahkan setelah terjadi keseimbangan antara tekanan onkotik intravaskular
dan ekstravaskular pada pembuluh darah isolasi, fungsi sekat pada vaskuler tetap baik.
Sepertinya ada tekanan onkotik pada lapisan permukaan endotel. Pada pembuluh darah
mesenterik tikus, perbedaan tekanan osmotik pada luminal sampai 70%, walaupun
konsentrasi koloid antara dalam dan luar lumen sama. Sehingga perpindahan cairan tidak
tergantung pada perbedaan hidrostatik dan onkotik antara darah dan jaringan.14
GLYCOCALIX ENDOTEL MERUPAKAN PINTU GERBANG KE RUANG
INTERSTISIAL
Permukaan endotelial yang mengandung glycocalyx dan melekat ke protein plasma dan
cairan dengan ketebalan fungsional lebih dari 1 m, bersama dengan sel – sel endotel
merupakan konsep awal sekat ganda dari permeabilitas vaskular, menunjukkan bahwa
glycocalyx sebagai sekat kompeten yang menghalangi extravasasi cairan yang tidak terbatas.
Jumlah plasma yang terfiksasi di permukaan endotelial dan secara kuantitatif bukan bagian
Universitas Sumatera Utara
dari sirkulasi darah normal kira – kira 700 – 1000 ml pada manusia. Walaupun begitu cairan
ini merupakan penyeimbang cairan yang bersirkulasi. Pada peneletian terakhir diketahui
dalam jumlah kecil albumin pada plasma mungkin merupakan konsep dasar integritas
fungsional pada lapisan permukaan endotel.Perpindahan cairan transkapiler sepertinya
tidak tergantung pada perbedaan global antara tekanan hidrostatik dan onkotik antara
darah dan jaringan. Lebih dari pada itu, tekanan hidrostatik dan onkotik antara darah dan
ruang kecil langsung dibawah glycocalyx endotel, namun masih didalam lumen anatomik di
pembuluh darah tampak tegas disini.14
Pada gambar diatas diperlihatkan hasil percobaan terhadap jantung guinea pig, dimana
diberikan cairan saline 0,9%, albumin 5%, hydroxylethylstarch 6% pada keadaan normal,
pada keadaan reperfusi iskemia, pemberian heparinase. Dimana hasil menunjukkan,
pertama fluid filtration meningkat sedang (25%) setelah pemberian heparinase tanpa
iskemia, dan kecepatannya tidak berubah pada pemberian HES. Kedua, pemberian
Universitas Sumatera Utara
heparinase setelah iskemia memperlihatkan besarnya ekstravasasi cairan (200%) pada
menit – menit awal reperfusi. Hal ini terjadi tidak hanya pada cairan tapi juga pada cairan
koloid. Ketiga, iskemia tanpa pemberian heparinase tidak meningkatkan transudasi secara
signifikan. Keempat, pertambahan transudat hanya terlihat bila heparinase diberikan
bersamaan dengan histamin. Dari penelitian ini bisa diambil kesimpulan bahwa walaupun
glycocalyx hilang setelah heparinase endotel yang masih rapat masih bisa menahan
perpindahan cairan. Hanya bila keduanya terganggu baru terjadi ekstravasasi cairan yang
sangat besar.15
PROTEKSI TERHADAP EDEMA MIOKARDIAL OLEH ENDOTHELIAL GLYCOCALYX
Jaringan miokardial edema disebabkan oleh kehilangan cairan mikrovaskular yang
diakibatkan oleh disfungsi kardiak setelah iskemia miokardial, cardiopulmonary baypass,
hipertensi dan sepsis. Hilangnya integritas mikrovaskular diakibatkan karena berkurangnya
tegangan negatif pada permukaan sel endotel. Banyak faktor yang bisa merubah integritas
glycocalyx sel endotel. Pada percobaan dengan melihat struktur glycocalyx dengan
mikroskop elektron , normal glycocalyx capiler dengan median 182 sampai 512 nm, secara
signifikan lebih tebal dibandingkan dengan ketebalan glycocalyx pada kapiler yang diberikan
hyaluronidase. Juga didapati jarak antara kapiler dan jaringan disekelilingnya menjadi lebih
jauh secara signifikan (p
Oleh
dr. CUT MELIZA ZAINUMI
NIP. 1983042020080120009
DEPARTEMEN ANESTESIOLOGI DAN TERAPI INTENSIF
FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
RSUP. H. ADAM MALIK
MEDAN
2011
1
Universitas Sumatera Utara
GLYCOCALYX THE GREAT BARRIER REEF
PENDAHULUAN
Endotel vascular yang sehat pada lumennya ditutupi oleh endothelial glycocalyx, yang
berinteraksi dengan aliran darah dan diduga mempunyai fungsi sebagai filter pada dinding
pembuluh darah. Walaupun struktur ini sudah ditemukan sejak hampir 70 tahun yang lalu,
namun secara fisiologis fungsinya dianggap remeh. Adanya perbedaan colloid osmotic di
dalam di bawah struktur ini telah mengarah pada modifikasi sistem Starling. Sehingga
glycocalyx disebut “Great Barrier Reef” (layar penghalang yang hebat). 1
MEMBRAN PLASMA
Membran plasma mengelilingi sel yang hidup, dan sel merupakan organella yang paling
penting. Membran sel mengatur zat – zat yang keluar dan masuk ke sel dan bertanggung
jawab terhadap banyak hal lainnya. Membran yang mengelilingi nukleus dan organella
lainnya disebut membran sel. 2,3
Sel dikelilingi oleh batas yang disebut membran plasma yang menutupi permukaan sel.
Membran membentuk elemen struktural dalam sel. Walaupun membran menunjukkan
bermacam fungsi, peran yang paling universal adalah sebagai sekat selektif lalu lalang
molekul, dimana terjadi seleksi pada molekul. Struktur utama lipid membran adalah
phospholipid. Membran plasma juga mengandung cholesterol, protein, transmembran
protein, peripheral membrane protein. Permukaan ektraselular membran plasma
mengandung sedikit karbohidrat yang berikatan dengan lipid membran dan protein.
Karbohidrat ini mengandung rantai cabang pendek monosaccharide yang meluas dari
permukaan sel ke cairan ekstraselular dimana mereka membentuk lapisan gula yang disebut
glycocalyx. Lapisan ini mempunyai peran penting dalam pengenalan dan interaksi antar sel.
Selain itu zat – zat terlarut juga harus berdifusi melalui lapisan ini untuk mencapai sel – sel
mukosa. 2,3
Universitas Sumatera Utara
Tebal dari glycocalyx diperkirakan 0,5 m pada pembuluh darah yang sehat, dimana
strukturnya tegangan negatif, dan kaya akan tempat yang anionik yang berupa sialic acid
moieties of glycoprotein dan sulphate dan heparan‐sulphate proteoglycan.4
Glycocalyx adalah material polimerik ekstraselular yang diproduksi juga oleh beberapa
bakteri, epitel dan sel – sel lain. Istilah ini pertama kali diberikan pada matrik polisakarida
yang diekskresikan oleh sel – sel epitel yang membungkus permukaan jaringan epitel. 5
GLYCOCALYX PADA DARAH
Glycocalyx juga dinamakan pada struktur spesifik dari platelet matur. Bentuknya sama
dengan glycocalyx pada bakteri (“sugar coat” yaitu jaringan polisakarida yang muncul dari
permukaan sel) yang terbentuk dari glycoprotein yang membuat platelet bisa melekat pada
permukaan pembuluh darah yang rusak seperti collagen. Glycocalyx tampak seperti benang
– benang halus yang membungkus bagian membran luar platelet dan terdapat banyak
reseptor protein pada adhesi sel. Glycocalyx juga ada pada sel – sel endotel. Beberapa
Universitas Sumatera Utara
diantara perannya adalah mengurangi pergesekan pada aliran darah dan berperan sebagai
sawar atau penyaring hilangnya cairan melalui dinding pembuluh darah. Pada inflamasi
glycocalyx sel – sel endotel luruh agar leukosit bisa melekat dan terjadi perpindahan cairan
dari pembuluh darah mikro. 5
Universitas Sumatera Utara
GLYCOCALYX MEMODULASI IMMOBILISASI LEUKOSIT PADA PERMUKAAN
ENDOTEL
Lapisan glycocalyx endotel menjadikan permukaan endotel menjadi bertegangan negatif
yang membuat permukaannya menjadi antiadhesive. Adhesi leukosit pada sel – sel endotel
merupakan proses kompleks yang berhubungan dengan ditangkapnya leukosit bebas dari
peredaran darah, berputar di permukaan endotel, deselerasi dan akhirnya leukosit
immobilisasi. Pada proses inflamasi, permukaan tadi kehilangan sifat antiadhesivenya
karena adanya aktivasi molekul adhesi yang bisa diakses leukosit. Ada bukti yang
menunjukkan proses ini disebabkan perubahan pada lapisan glycocalyx. Begitu pula peran
glycocalyx pada adhesi leukosit di sel endotel ini berhubungan langsung dengan kondisi
atherosclerosis seperti hiperkolesterolemia dan terdapatnya lipoprotein teroksidasi di
plasma, yang berhubungan dengan meningkatnya leukosit yang melekat pada endotel.
Modifikasi sel endotel pada diet dengan tinggi kolesterol membuat ketebalan glycocalyx
berkurang juga perubahan tegangan dan perubahan komposisi biokimia pada glycocalyx
endotel. Dari percobaan yang dilakukan pada endotel tikus, bahwa degradasi dari glycocalyx
endotel menstimulasi leukosit agar tidak bergerak pada permukaan endotel.6
Pembuluh darah arteri berhubungan dengan stress yang memotong (shear stress) pada
glycocalyx, yang memberi sinyal pada sel endotel dibawahnya untuk melepaskan nitric oxide
(NO), yaitu suatu faktor anti atherogenik. Daerah yang rendah stress memotongnya pada
cabang – cabang arteri cenderung lebih mudah terjadi atheroma karena kurangnya
pembentukan NO melalui mekanisme ini. Pada latihan, dengan meningkatkan aliran darah
dan stres pemotong bersifat proteksi. Bila terjadi degradasi glycocalyx maka terjadi adhesi
platelet dan leukosit yang akan menyebabkan reaksi inflamasi. Kombinasi inflamasi dan
akumulasi lemak akhirnya akan membentuk lesi atherothrombotic. 4 Dari penelitian juga
didapati kemungkinan ukuran dari glycocalyx merupakan marker awal kerusakan vaskular. 7
GLYCOCALYX PADA TRAKTUS DIGESTIVE
Glycocalyx juga bisa ditemukan pada bagian apical pada microvilli pada traktus digestif,
terutama pada usus halus. Ia membentuk jaring setebal 0,3 mikrometer dan mengandung
acidic mucopolysaccharides dan glycoprotein yang muncul pada membran plasma pada sel –
Universitas Sumatera Utara
sel epitel absorbtif. Ia menyediakan permukaan penyerapan dan termasuk dalam enzim
yang disekresikan oleh sel – sel absobtif yang penting pada tahap pencernaan protein dan
gula.5 Pada ujung mikrovilli brush border dari intestinal enterocyte disebut “filamentous
brush border glycocalyx” (FBBG). Dengan ketebalan glycocalyx yang cukup tipis yaitu 20 nm
cukup untuk melindungi fungsi pelindung dari sel epitel pada mkrovilli yang mencegah
adhesi mikrobial.8
FUNGSI – FUNGSI
Proteksi
: bantalan membran plasma dan melindungi dari
: mengaktifkan sistem imun untuk mengenali dan
cedera kimia
Imunitas
memilih organisme asing yang akan diserang
Pertahanan terhadap kanker : perubahan glycocalyx pada sel – sel kanker membuat
sistem imun mengenalinya dan menghancurkannya
Reaksi transplantasi
: dasar kompatibilitas pada transfusi darah, graf
jaringan, dan transplantasi organ
Adhesi sel
: melekatkan sel –sel agar jaringan tidak terpisah –
: glycocalyx pada pembuluh darah mencegah leukosit
pisah
Regulasi inflamasi
rolling/binding pada keadaan sehat
Fertilisasi
: mengaktifkan sel sperma untuk mengenali dan
melekat pada ovum
Perkembangan embrionik
: menuntun sel – sel embrionik ke tujuannya di tubuh
GLYCOCALYX
ENDOTEL
GLOMERULAR
SEBAGAI
PENGHALANG
PERMEABILITAS PROTEIN
Universitas Sumatera Utara
Glycocalyx juga melapisi permukaan kapiler glomerulus. Dengan mikroskop elektron sel – sel
endotel glomerulus terdapat glycocalyx setebal 200‐nm diatas membran plasma. Pemberian
neuraminidase menghilangkan sebagian besar glycocalyx menyebabkab berkurangnya trans‐
endothelial electrical resistance sebanyak 59% dan meningkatkan flux albumin sampai 207%.
Begitu juga dengan heparinase III juga terjadi peningkatan lewatnya albumin ke monolayers
sampai 40% dan 39%. Sehingga dapat disimpulkan perubahan struktur pada human
Glycocalyx Endothelial Cells kemungkinan mempunyai hubungan dengan pergerakan
albumin. Sehingga dimungkinkan adanya mekanisme alternative disfungsi sawar glomerular
pada penyakit ginjal.9
GLYCOCALYX ENDOTEL DAN PRINSIP STARLING
Sesuai dengan Starling, penentu utama kecepatan filtrasi per unit area di dinding kapiler
adalah tekanan hidrostatik (hydrostatic preassure = HP) dan tekanan osmotik koloid (colloid
osmotic pressure = COP) pada lumen kapiler dan pada jaringan. Bukti terakhir menunjukkan
bahwa COP jaringan kurang berperan pada keseimbangan cairan, bahkan keseimbangan
cairan pada jaringan tidak akan terjadi bila persamaan Starling benar. Dikemukakan bahwa
mungkin endothelial glycocalyx (EG) berperan sebagai filter molekular utama dan
mengaktifkan gradien onkotik efektif di dalam ruang yang sangat kecil. Dilakukan penelitian
pada sistem koroner jantung guinea pig, yang membandingkan cairan perfusi bebas koloid,
albumin 1,67% dan hydroxyethylstarch 2%. Dimana digunakan heparinese untuk merusak
endothelial glycolalyx. Hasil yang diperoleh menujukkan hydraulic conductivity pada cairan
bebas koloid sangat besar bila dibandingkan dengan albumin dan hydroxyethylstarch (9,14
vs 1,04 vs 2,67 l/min/g). Albumin juga mengurangi terbentuknya edema bila dibandingkan
dengan cairan lainnya. Dengan dirusaknya EG dengan heparinese mengurangi efek koloid
maupun albumin. Dimana terjadi ekstravasasi terutama di vena dengan rata –rata 95% dari
intravaskular. 10
Universitas Sumatera Utara
Pada diagram A dan B diatas menunjukkan waktu yang dibutuhkan untuk terjadi
keseimbangan konsentrasi koloid lebih cepat pada HES dibandingkan dengan albumin
(7,83±0,16 vs 11,09±1,33 menit), walaupun berat molekulnya lebih ringan. Pada diagram C
menunjukkan dengan dirusaknya glycocalyx maka ekstravasasi cairan menjadi sangat
banyak bila dibandingkan dengan pada saat glycocalyx utuh. Selain itu dari penelitian ini
menunjukkan bahwa dengan hilangnya glycocalyx perpindahan cairan bisa terjadi bahkan
dengan tekanan minus (‐ 12 dan – 13 cmH 2 O). Dengan penambahan koloid pada cairan
dasar yang digunakan untuk penelitian ini menunjukkan kesesuaian dengan hipotesis
Starling namun albumin yang COPnya rendah lebih baik mencegah ekstravasasi bila
dibandingkan dengan HES pada konsentrasi yang disamakan. Hal ini tidak bisa dijelaskan
dengan persamaan Starling dimana diperlukan adanya keseimbangan intravaskular dengan
interstisial. Sehingga seperti yang di kemukakan Adamson dkk istilah “COP in tissue” harus
dirubah
menjadi
“COP
beyond
the
menjadi
EG”.
Sehingga
persamaan
Starling
:
, dimana Jv
= net filtrasi, Kf = filtration coefficient, Pc = capillary hydrostatic pressure, Pi = interstitial
hydrostatic pressure, = reflection coefficient, πb = tekanan onkotik dibawah lapisan
Universitas Sumatera Utara
endotel, πesl adalah tekanan onkotik pada lapisan permukaan endotel. 11 Tekanan pada
permukaan endotel ini secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan ruang interstisial.
12
Dengan adanya sirkuasi limfe maka perhitungan perhitungan aliran dengan prinsip Starling
tidak sesuai.13 Bahkan setelah terjadi keseimbangan antara tekanan onkotik intravaskular
dan ekstravaskular pada pembuluh darah isolasi, fungsi sekat pada vaskuler tetap baik.
Sepertinya ada tekanan onkotik pada lapisan permukaan endotel. Pada pembuluh darah
mesenterik tikus, perbedaan tekanan osmotik pada luminal sampai 70%, walaupun
konsentrasi koloid antara dalam dan luar lumen sama. Sehingga perpindahan cairan tidak
tergantung pada perbedaan hidrostatik dan onkotik antara darah dan jaringan.14
GLYCOCALIX ENDOTEL MERUPAKAN PINTU GERBANG KE RUANG
INTERSTISIAL
Permukaan endotelial yang mengandung glycocalyx dan melekat ke protein plasma dan
cairan dengan ketebalan fungsional lebih dari 1 m, bersama dengan sel – sel endotel
merupakan konsep awal sekat ganda dari permeabilitas vaskular, menunjukkan bahwa
glycocalyx sebagai sekat kompeten yang menghalangi extravasasi cairan yang tidak terbatas.
Jumlah plasma yang terfiksasi di permukaan endotelial dan secara kuantitatif bukan bagian
Universitas Sumatera Utara
dari sirkulasi darah normal kira – kira 700 – 1000 ml pada manusia. Walaupun begitu cairan
ini merupakan penyeimbang cairan yang bersirkulasi. Pada peneletian terakhir diketahui
dalam jumlah kecil albumin pada plasma mungkin merupakan konsep dasar integritas
fungsional pada lapisan permukaan endotel.Perpindahan cairan transkapiler sepertinya
tidak tergantung pada perbedaan global antara tekanan hidrostatik dan onkotik antara
darah dan jaringan. Lebih dari pada itu, tekanan hidrostatik dan onkotik antara darah dan
ruang kecil langsung dibawah glycocalyx endotel, namun masih didalam lumen anatomik di
pembuluh darah tampak tegas disini.14
Pada gambar diatas diperlihatkan hasil percobaan terhadap jantung guinea pig, dimana
diberikan cairan saline 0,9%, albumin 5%, hydroxylethylstarch 6% pada keadaan normal,
pada keadaan reperfusi iskemia, pemberian heparinase. Dimana hasil menunjukkan,
pertama fluid filtration meningkat sedang (25%) setelah pemberian heparinase tanpa
iskemia, dan kecepatannya tidak berubah pada pemberian HES. Kedua, pemberian
Universitas Sumatera Utara
heparinase setelah iskemia memperlihatkan besarnya ekstravasasi cairan (200%) pada
menit – menit awal reperfusi. Hal ini terjadi tidak hanya pada cairan tapi juga pada cairan
koloid. Ketiga, iskemia tanpa pemberian heparinase tidak meningkatkan transudasi secara
signifikan. Keempat, pertambahan transudat hanya terlihat bila heparinase diberikan
bersamaan dengan histamin. Dari penelitian ini bisa diambil kesimpulan bahwa walaupun
glycocalyx hilang setelah heparinase endotel yang masih rapat masih bisa menahan
perpindahan cairan. Hanya bila keduanya terganggu baru terjadi ekstravasasi cairan yang
sangat besar.15
PROTEKSI TERHADAP EDEMA MIOKARDIAL OLEH ENDOTHELIAL GLYCOCALYX
Jaringan miokardial edema disebabkan oleh kehilangan cairan mikrovaskular yang
diakibatkan oleh disfungsi kardiak setelah iskemia miokardial, cardiopulmonary baypass,
hipertensi dan sepsis. Hilangnya integritas mikrovaskular diakibatkan karena berkurangnya
tegangan negatif pada permukaan sel endotel. Banyak faktor yang bisa merubah integritas
glycocalyx sel endotel. Pada percobaan dengan melihat struktur glycocalyx dengan
mikroskop elektron , normal glycocalyx capiler dengan median 182 sampai 512 nm, secara
signifikan lebih tebal dibandingkan dengan ketebalan glycocalyx pada kapiler yang diberikan
hyaluronidase. Juga didapati jarak antara kapiler dan jaringan disekelilingnya menjadi lebih
jauh secara signifikan (p