Polimorfisme Gen BDNF Plastisitas Otak Harapan Ke Depan

reseptor Trk. BDNF diproduksi di endoplasmic reticulum dan diekspresikan melalui dense-core vesicle setelah berikatan dengan reseptor carboxypeptidase E CPE. Kerusakan ikatan ini dapat menyebabkan hilangnya kemampuan sel untuk mengekspresikan BDNF melalui dense-core vesicle Fernandes, 2008.

2.15 Polimorfisme Gen BDNF

BDNF memiliki peranan penting pada kognisi, terutama harapan hidup neural dan plastisitas. Terdapat beberapa polimorfisme SNPs di- dalam gen BDNF yaitu rs1519480, rs7124442, rs6265, rs7934165, rs11030121, rs12273363 dan rs908867. Salah satunya SNPs yaitu rs6265 yang berhubungan dengan kognisi setelah cedera kepala. Berdasarkan penelitian, rs6265 memperlambat proses perbaikkan kognitif. Selain rs6265 terdapat juga polimorfisme lain yang berkontribusi dalam fungsi memori setelah cedera kepala. Terdapat 2 SNP yaitu rs1519480 dan rs 7124442yang secara signifikan berhubungan dengan perbaikan fungsi kongnitif setelah cedera kepala yaitu menginduksi plastisitas Rostami et al, 2011.

2.16 Plastisitas Otak

Plastisitas otak neuroplasticity adalah kemampuan otak untuk melakukan reorganisasi dalam bentuk interkoneksi baru pada saraf. Plastisitas merupakan kapasitas otak untuk berubah dan beradaptasi terhadap kebutuhan fungsional. Mekanisme ini termasuk proses Universitas Sumatera Utara neurogenesis angiogenesis, gliagenesis and synaptogenesis, dan melibatkan perubahan kimia saraf neurochemical, penerimaan saraf neuroreceptive , perubahan struktur neuron saraf dan organisasi otak. Plastisitas juga terjadi pada proses perkembangan dan kematangan sistem saraf Ganong, 2002. Plastisitas otak berlangsung seumur hidup dengan kecepatan maksimal pada beberapa tahun pertama kehidupan. Plastisitas ini juga lebih tinggi pada beberapa bagian otak dibandingkan dengan bagian otak yang lain. Hal ini menjelaskan bahwa anak mampu pulih dari cedera kepala jauh lebih cepat dan lebih baik.Plastisitas otak tidak terbatas pada keadaan yang tidak direncanakan, seperti kecelakaan, trauma otak, dan kasus penting lain yang memerlukan rewiring untuk membangun kembali hubungan fungsional Ganong, 2002.

2.17 Neuroproteksi

Secara historis konsep neuroproteksi sudah dikenal dan dipakai oleh praktisi kedokteran Yunani kuno dengan menggunakan ”pendinginan” untuk mengobati cedera otak dan stroke. Hipotermia kembali berperan seiring dengan kemajuan pada bidang bedah saraf sejak tahun 1960. Penelitian tahun 1990 menunjukkan hasil percobaan preklinis yang mengesankan dimana kerusakan jaringan otak dapat dikurangi secara bermakna. Neuroproteksi bertujuan menyelamatkan sebanyak mungkin neuron akibat cedera kepala, meminimalkan defisit neurologis dan Universitas Sumatera Utara tentunya selain menyelamatkan nyawa pasien juga memaksimalkan kwalitas hidupnya pasca cedera. Konsep neuroproteksi terutama didukung dan lahir dari penelitian patologi dan patofisiologi cedera otak iskemi Cheng, 2004, yaitu bila terjadi penghentian pasokan oksigen dan glukosa yang tiba-tiba ke jaringan otak, maka akan terjadi serangkaian reaksi beruntun atau cascade patologis. Jenis neuroproteksi yang digunakan berdasarkan mekanisme kerja obat tersebut dalam mencegah infark otak. Neuroproteksi ini dibagi menjadi dua macam, yaitu neuroproteksi primer dan neuroproteksi sekunder White, 2000. Neuroproteksi primer bertujuan untuk mencegah kematian sel nekrotik pada awal kejadian cedera kepala sehingga pemberian neuroproteksi primer harus pada tiga jam pertama setelah kejadian cedera kepala. Beberapa senyawa yang berperan dalam neuroproteksi primer adalah potential-dependent calcium-channel antagonists, inhibitors of synthesis and presynaptic release of Glutamate, GABA antagonists, dan golongan glycine serta glutamate receptor antagonists seperti NMDA receptor antagonist non-competitive, NMDA receptor antagonist selective, dan Polyamines. Neuroproteksi sekunder bertujuan menghambat pro-inflammatory cytokines, adhesi sel, pro-oxidant enzymes, menambah trophic support, dan mencegah apoptosis, dimana ini mulai diberikan dalam 3-6 jam pertama dan dilanjutkan selama 7 hari. Senyawa-senyawa yang merupakan neuroproteksi sekunder adalah free radical scavenger, NO- Universitas Sumatera Utara synthese blockers, inhibitors of local inflammation, statin, estrogens, neurotrophic factors, neuropeptide: ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 ., regulators of receptors structure Gusev Skvortsova, 2003.

2.17.1. Neuropeptida

Neuromodulator yang telah digunakan secara klinis dengan efek neuroprotektif yang terdokumentasi adalah senyawa ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 - Pro 10 . Setelah pemberian intranasal, 60-70 ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 ACTH akan diabsorpsi secara cepat melalui membran mukosa nasofaring dan masuk ke dalam sistem sirkulasi dalam waktu 1-5 menit. Konsentrasi puncaknya dicapai setelah 60 menit pemberian. Biotransformasi dilakukan oleh aminopeptidase dan angiotensin converting enzyme. Waktu paruh obat ini dalam tubuh manusia hanya beberapa menit, tetapi efek terapi dapat bertahan selama 20-24 jam. Hal ini disebabkan oleh senyawa yang terbentuk setelah degradasi MEHFPGP, yaitu EHFPGP Glu-His-Phe-Pro- Gly-Pro dan HFPGP His-Phe-Pro-Gly-Pro, juga merupakan neuropeptida yang stabil yang dapat memodulasi neurotransmitter cholinergic dan membentuk NO secara independen. Senyawa ini diekskresikan melalui ginjal dan dibuang melalui urin Gusev dan Skvortsova,2003; Husada, 2006; Bashkatova, 2001 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 dapat melindungi sel-sel neuron dengan menghambat apoptosis melalui mekanisme penghambatan produksi NO yang berlebihan oleh iNOSdan pembentukan SOD yang berfungsi mencegah efek merusak dari ROS Reactive Oxygen Species yaitu Universitas Sumatera Utara radikal bebas oksigen, menghambat runtun reaksi kaspase dengan meningkatkan protein ant-apoptotik Bcl-2 dan meningkatkan kadar NGF dan BDNF di serum maupun CSF. ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 ini telah terbukti mampu memicu secara cepat produksi mRNA growth factors yang bersifat melindungi sel otak, antara lain Nerve Growth Factor NGF dan BDNF Shadrina M, 2000.ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 Pada sel-sel yang mengalami iskemia ataupun nekrosis, HMGBI akan terekspresi dan merangsang ekskresi IL-1, IL-1 β , IL-6, IL-8, TNF- α atau lipopolisakarida LPS. Sitokin-sitokin tersebut dapat merangsang kembali produksi HMGBI. ACTH4-10Pro8-Gly9-Pro10 memunyai kerja multipotensial dan bekerja melalui reseptor melanocortin MC4 untuk menjalankan fungsi modulatorisnya Fink, 2007; Jung BK, 2006. juga dapat menurunkan High Mobility Group Box-1 HMGB-1 Fink, 2007. ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 ini dapat meregulasi aktivasi dan inhibisi reseptor NMDA glutamat, aspartat, glisin dan taurin yang ada pada sistem saraf sentral dan saraf perifer. Senyawa ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 ditemukan juga memiliki potensi untuk memelihara keseimbangan dinamis antara kadar serotonin dan dopamin pada satu sisi dan kadar dopamin dan asetilkolin pada sisi yang lain, sehingga dapat memperbaiki kondisi gangguan psikis, emosional, kognitif, dan gangguan vegetatif. Substansi ini juga dapat meregulasi kardiak output dan laju respirasi serta dapat mempercepat proses adaptasi yang dapat meningkatkan daya tahan tubuh. ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 dapat menurunkan sitokin proinflamasi, seperti IL-8, IL1 β , dan apoptosis Fink, 2007; Jung BK, 2006. Universitas Sumatera Utara Uji klinis double blind, placebo-controlledterhadap 160 pasien dengan stroke iskemia carotid akut denganACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 - Pro 10 menunjukkan penurunan mortalitas sebesar 76,6 pada cedera kepala sedang dan ringan serta 77,3 pada cedera kepala berat. Setelah pemberian ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 terjadi peningkatan Bcl-2 sebanyak dua puluh kali lipat dalam CSF pada hari ketiga dan serum pada hari ketujuh. Pada hari ketiga TGF-1 β meningkat sebesar 30, NGF naik 18,2, dan BDNF naik 50. Kadar SOD Superoxide Dismutase naik 100 dan IL-10 antiinflamasi meningkat 60 yang diikuti dengan penurunan IL-8 dan IL-1 β proinflamasi masing-masing sebesar 62 dan 25. Dari data-data di atas tampak bahwa ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 Di samping itu, ACTH bekerja melalui modulasi positif mekanisme Survival Pathways dan modulasi negatifDeath Pathways secara serentak Gusev dan Skvortsova, 2003; Husada, 2006. 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 ACTH secara nyata dapat menurunkan produksi S100 β , Myelin Basic Protein MBP dan aktivitas leukocytic elastase LE di serumpenderita stroke iskemia yang diberikan dosis 12-18 mgr per hari selama 3 hari. Ini menggambarkan adanya pengurangan respon peradangan dan penurunan reaksi autoimmune, sehingga terjadi perbaikan kondisi sawar darah otak BBB dan penurunan volume infark. S100 β juga merupakan suatu marker untuk trauma otak Gusev dan Skvortsova, 2003. 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 juga memunyai efek menurunkan Glial Fibrillary Acidic Protein GFAP yang meningkat pada pasien-pasien Universitas Sumatera Utara trauma otak. ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 dapat memperbaiki kerusakan saraf mata optik nerve dan memperbaiki lapangan pandang dan visus pada pasien-pasien dengan gangguan penglihatan oleh karena cedera ataupun iskemia pada mata seperti pada tekanan intra-okuler akibat glaucoma. ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 Beberapa penelitian membuktikan bahwa ACTH dapat meningkatkan kapasitas kognitif seperti memori, proses berpikir, dan meningkatkan aktivitas bekerja dengan cara modulasi aktivitas Acetylcholine esterase. Obat ini juga memberi hasil positif pada kasus depresi dan anxietas dengan cara melancarkantransmisi serotonergik dan noradrenergic di otak Gusev dan Skvortsova, 2003. 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 juga memunyai efek analgetik. Dengan memberikan dosis sebesar 0.5 mgkgBB pada hewan coba, ternyata ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 dapat mengurangi nyeri. Selain itu, ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 juga berfungsi sebagai senyawa antihipoksik, antipiretik dan antihemmorhagik. ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 ACTH juga berperan dalam mencegah stress ulcer dengan dosis sebesar 50mgkgBB yang diberikan intraperitoneal selama 5 hari Umarova et al, 2003 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 dapat mencegah serebral iskemia dan hipoksia dengan cara meningkatkan protein antioksidan SOD dan meningkatkan resistensi mitokondria terhadap gangguan oksidatif dan imbalans ion kalsium peningkatan ekspresi Bcl-2, serta toksisitas glutamate yang sering terjadi pada kondisi iskemia ataupun trauma Storozhevykh et al, 2007. Universitas Sumatera Utara Profil keamanan ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 Dosis ACTH cukup tinggi, tidak dijumpai efek samping yang berarti pada pemberian dosis yang tinggi,.Tidak dijumpai interaksi dengan obat-obat yang lain ataupun reaksi alergi. Akan tetapi dapat dijumpai mukosa hidung yang pucat sebanyak 10 dan kadar gula darah yang meningkat 7,4 pada penderita diabetes melitus Gusev dan Skvortsova,2003; Ashmarin, 1989; Cherkasova, 2001 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 yang diberikan pada hewan percobaan bervariasi bergantung pada efek yang diinginkan antara lain efek antioksidatif, antihipoksia, angioprotektif dan pencegahandampak iskemia dimana rentangnya antara 3-30 µgkgBB. Pada hewan percobaan, ACTH4-10Pro8-Gly9-Pro10 dapat berfungsi sebagai antioksidan, antihipoksik, dan angioprotektif dengan rentang dosis antara 150-300 µgkgBB, sedangkan pada manusia dosis yang diberikan berkisar antara 3 -18 mgkgBB. Universitas Sumatera Utara Gambar 16. Skema Pemberian Obat Secara Intranasal ke CNSBlood Brain Barrier Chiaretti et al, 2008. Gambar 16 menunjukkan proses pemberian obat secara intranasal hingga mencapai otak. setelah pemberian melalui tetesan kerongga hidung,obat berdiffusi melalui rongga perineural traktus olfaktorius dan cabang nervus trigeminus, retrograde axonal transport, mikrosirkulasi kapiler hidung, hingga mencapai CNS. Dalam waktu 1-4 menit, pemberian ACTH 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 Kadar ACTH intranasal sudah dapat mencapai sawar darah otak dan cairan CSF, serta efeknya dapat bertahan hingga 20-24 jam walaupun senyawa sudah dielimasi oleh tubuh.Qiu, 2008; Utgaard et al, 1998; Chiaretti et al, 2008; Heinrich et al, 2003; Gopcevic et al, 2007 4-10 Pro 8 -Gly 9 -Pro 10 di jaringan otak dengan pemberian intranasal mencapai 3-4 kali lipat dibandingkan dengan pemberian intravena. Hal ini dapat terjadi karena pemberian nasal diuntungkan dengan adanya proses fisik difusi melalui CSF dalam rongga perineural langsung ke CSF dalam otak menempuh jarak yang pendekdan juga memanfaatkan retrograde axonal transport serta tidak melaluiFirst pass metabolism di hepar. Waktu pemberian dianjurkan sedini mungkin setelah terjadinya cederayang berakibat iskemia agar mendapatkan hasil yang maksimal, karena perinsip penanganan iskemia otak adalah time is brain Born et al, 1992; Stephanie et al, 2006; Janson, 2004; Jadhay, 2007; Talegaonkar et al, 2004; Gozes 2001.

2.17.2 Statin

Universitas Sumatera Utara Statin telah lama digunakan sebagai inhibitor yang poten terhadap biosintesis kolesterol. Statin dapat menurunkan kadar low-density lipoprotein LDL dan risiko kejadian kardiovaskular Golsteinet al, 1990. Perkembangan penelitian menyebutkan bahwa statin memunyai kegunaan tambahan sebagai neuroprotektor Cucchiara et al, 2001; Rikitake et al, 2005. Gambar 17. Struktur Kimia Simvastatin Wikipedia, 2010 Jenis-jenis statin adalah lovastatin, pravastatin, dan simvastatin yang berasal dari jamur; atorvastatin, rosuvastatin, fluvastatin, pravastatin yang sintetis Schachter, 2005.Atorvastatin dan simvastatin meskipun farmakokinetiknya berbeda, tidak banyak menunjukkan perbedaan dalam penanganan cedera otak. Efek terapi statin pada cedera otak dibagi berdasarkan mekanisme akut sampai kronis Wang et al, 2007. Statin sebagai inhibitor 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzim A Inhibitor HMG CoAreduktase dapat menghambat perubahan dari HMG CoA menjadi mevalonate Wang et al, 2007. Universitas Sumatera Utara Gambar 18. Skematik Mekanisme Kerja Statin dalam Signaling Seluler dan Neuroproteksi Van der Most et al, 2009. Pada gambar 18, ditunjukkan mekanisme kerja statin. Selain digunakan untuk pengobatan dislipidemia, statin juga berfungsi meningkatkan fungsi endothelial, mengurangi agregisasi platelet, dan mengurangi proses inflamasi dengan cara menghambat produksi C reactive protein CRP Wang et al, 2007. Universitas Sumatera Utara Gambar 19. Beberapa Mekanisme Brose Perpindahan Molekul melalui Membran Sel Brunton, 2006 Simvastatin yang diberikan secara oral akan diserap oleh usus antara 30 hingga 85. Simvastatin diserap dalam bentuk laktone inaktif sehingga perlu ditransformasi di hati menjadi bentuk aktif, yaitu ß-hydroxy acid dan asam simvastatin. Hampir seluruh Simvastatin yang diserap akan mengalami first pass metabolism di hati. Mekanisme simvastatin masuk ke dalam hati melalui difusi sederhana karena sifat simvastatin yang lipofilik, seperti yang ditunjukkan pada gambar 19. Akibat first pass metabolism, bioavabilitas sistemik simvastatin dan metabolitnya bervariasi antara 5 hingga 30 dari dosis yang diberikan Brunton, 2006. Universitas Sumatera Utara Gambar 20. Farmakokinetik Statin McDonagh et al, 2011 Farmakokinetik statin ditunjukkan pada gambar 19. Di dalam plasma, lebih dari 95 simvastatin dan metabolitnya akan berikatan dengan protein. Setelah pemberian oral, konsentrasi simvastatin dalam plasma akan mencapai puncak dalam waktu 1 hingga 4 jam. Begitu juga dengan waktu paruh dari simvastatin, yaitu 1 hingga 4 jam. Simvastatin dan metabolitnya diekskresikan melalui feses sebanyak 70 dan sisanya Universitas Sumatera Utara melaui urin.Efek samping Simvastatin yang paling sering dijumpai adalah hepatotoksisitas dan miopati Brunton, 2006; Lennernas, 1997 Statin telah terbukti memunyai efek perlindungan yang baik terhadap neuron primer kortikal dan sel neuroblastoma. Simvastatin dengan pemberian yang lama mampu mencegah kematian neuron dengan cara menstimuli gen kelangsungan hidup sel, yaitu gen Bcl-2. Simvastatin melindungi produksi Bcl-2 dari penghambatan pada tingkat post-transkripsi, sehingga terjadi peningkatan jumlah mRNA Bcl-2 dan protein. Selain meningkatkan Bcl-2, simvastatin juga memengaruhi ekspresi dari c-fos, c-myc dan hexokinase 1 yang semua ini berperan dalam kematian dan keselamatan sel. Hubungan antara Bcl-2 dengan neuroproteksi telah dibahas sebelumnya Johnson-Anuna, 2007 Gambar 21. Efek Statin dalam Cedera Kepala Butterick et al, 2010 Universitas Sumatera Utara Pada gambar 21 tampak beberapa mekanisme statin sebagai neuroprotektor pada cedera kepala, yaitu Butterick et al, 2010; Van der Most et al, 2009 1. Meningkatkan aliran darah, yaitu dengan menurunkan mikrotrombosis, menurunkan aktivitas thrombin, menurunkan vWF, meningkatkan integritas endotelial, dan meningkatkan eNOS. 2. Mengurangi proses neuroinflamasi, yaitu menurunkan sitokin inflamasi, meningkatkan integritas sawar darah otak, menurunkan edema serebral, menurunkan aktivasi mikroglial, dan menurunkan stress oksidatif. 3. Mengurangi cedera neuronal, yaitu menurunkan kematian akibat excitotoksik 4. Mengurangi apoptosis, yaitu menurunkan Bax dan caspase 3. 5. Meningkatkan neurogenesis dan plastisitas, yaitu meningkatkan BDNF dan VEGF, meningkatkan PI3K, dan meningkatkan synaptophysin. 6. Meningkatkan angiogenesis melalui peningkatan VEGF, VEGFR2, aktPKB dan eNOS.

2.18 Harapan Ke Depan

Penelitian dan penatalaksanaan cedera otak secara biologi molekuler, baik biokimia maupun immunologi semakin maju. Peningkatan jumlah penelitian neuroproteksi yang memasuki fase III memberikan harapan dalam pengobatan cedera kepala.Namun, Semua inimemerlukan Universitas Sumatera Utara pemahaman dan penilaian yang akurat tentang keabsahan dan faedahnya terhadap penatalaksanaan cedera otak Bath, 2006.

2.19 Kerangka Teori Penelitian