Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4 (AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala
Peran Melatonin pada ekspresi
Malondialdehyde (MDA)
dan
Myeloperoksidase (MPO)
Sel Mikroglia serta
Aquaporin-4
(AQP4)
dan
Vascular Endothelial Growth
Factor (VEGF)
Sawar Darah Otak Tikus
pascacedera Kepala
DISERTASI
KHAIRUL IHSAN NASUTION
NIM: 108102020
PROGRAM STUDI DOKTOR (S-3) ILMU KEDOKTERAN
FAKULTAS KEDOKTERAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
(2)
Peran Melatonin pada ekspresi
Malondialdehyde (MDA)
dan
Myeloperoksidase (MPO)
Sel Mikroglia serta
Aquaporin-4
(AQP4)
dan
Vascular Endothelial Growth
Factor (VEGF)
Sawar Darah Otak Tikus
pascacedera Kepala
DISERTASI
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Doktor dalam Program Studi Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran pada
Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara di bawah Pimpinan
Rektor Universitas Sumatera Utara
Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc(CTM), Sp.A(K) Untuk Dipertahankan di Hadapan Sidang Ujian Terbuka
Program Studi Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran Universitas Sumatera Utara
Oleh
KHAIRUL IHSAN NASUTION NIM: 108102020
PROGRAM STUDI DOKTOR (S-3) ILMU KEDOKTERAN
FAKULTAS KEDOKTERAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
(3)
PROMOTOR
Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp.BS
Guru Besar Tetap Ilmu Bedah Saraf Fakultas Kedokteran Airlangga
Surabaya
KO-PROMOTOR
Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S
Guru Besar Tetap Ilmu Penyakit Saraf Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara
Medan
KO-PROMOTOR
Prof. dr. Aznan Lelo, PhD, Sp.FK
Guru Besar Tetap Ilmu Farmakologi Klinik Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara
(4)
Judul Disertasi : Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan
Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4 (AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)
Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala
Nama Mahasiswa : KHAIRUL IHSAN NASUTION
NIM : 108102020
Program Studi : Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran
Menyetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp.BS Promotor
Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S Ko-Promotor
Prof. dr. Aznan Lelo, PhD, Sp.FK Ko-Promotor
Ketua Program Studi Doktor (S-3) Dekan
Prof. Dr. dr. Delfitri Munir, Sp. THT-KL(K) Prof.dr.Gontar A.Siregar, Sp.PDKGEH
(5)
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : KHAIRUL IHSAN NASUTION
NIM : 108102020
Program Studi : Ilmu Kedokteran Jenis Karya : Disertasi
Demi pengembangan Ilmu Pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-eksklusif
(Non-exclusive Royalty Free Right)atas disertasi saya yang berjudul :
Peran Melatonin pada ekspresi
Malondialdehyde (MDA)
dan
Myeloperoksidase (MPO)
Sel Mikroglia serta
Aquaporin-4
(AQP4)
dan
Vascular Endothelial Growth
Factor (VEGF)
Sawar Darah Otak Tikus
pascacedera Kepala
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan), dengan Hak Bebas Royalti Non-eksklusif ini Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, mengelola dalam bentuk database, merawat, dan mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya sebagai penulis dan sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini saya perbuat dengan sebenarnya.
Dibuat di Medan
Pada tanggal 23 Desember 2014 Yang menyatakan
(6)
Telah diujji pada Ujian Tertutup Tanggal 03 Desember 2014
TIM PENGUJI DISERTASI
Ketua : Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp. BS Anggota : Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S(K)
Prof. dr. Aznan Lelo, Ph.D, Sp.FK
Prof. Dr. dr. Iskandar Japardi, Sp. BS(K) Prof. Dr. Syafruddin Ilyas, M. Biomed Prof. Dr. dr. Sri Maliawan, Sp.BS(K) Dr. Ir. Erna Mutiara, MKM
(7)
Allah akan mengangkat (derajat) orang yang beriman diantara kamu
dan orang yang diberi Ilmu Pengetahuan beberapa derajat.
Dan Allah Maha Mengetahui terhadap apa yang kamu kerjakan
(QS Al Mujaadalah (58):11)
Tiada keberhasilan dapat diperoleh tanpa kerja keras, kesungguhan
dan pengorbanan
(Khairul Ihsan Nasution)
(8)
UCAPAN TERIMA KASIH
Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Puji syukur ke hadirat Allah SWT Yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang, atas segala rahmat dan karunia-Nya, saya dapat melaksanakan pendidikan S-3 Ilmu Kedokteran dan menyelesaikan disertasi ini dengan judul “Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4(AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala”. Penelitian dan penulisan disertasi ini mendapat dukungan dan masukan dari berbagai pihak. Dengan hati yang tulus, penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan kepada yang terhormat.
Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H,M.Sc(CTM),Sp.A(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada saya untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Studi Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran di Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara.
Dekan Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara, Prof. dr. Gontar A. Siregar, Sp.PD-KGEH, atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada saya untuk mengikuti dan menyelesaikan Program Studi Doktor (S-3).
Ketua Program Studi Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran, mantan Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. dr. Chairuddin P. Lubis, DTM&H,
(9)
Sp.A(K), dan Sekretaris Program Studi S-3, Prof. Dr. dr. Delfitri Munir, Sp.THT-KL(K), yang telah memberi kesempatan kepada saya untuk mengikuti dan menyelesaikan Program Studi Doktor (S-3).
Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp.BS, Guru Besar Tetap Ilmu Bedah Saraf Universitas Airlangga/RSUD. dr. Soetomo Surabaya, atas kesediannya dengan tulus ikhlas menjadi Promotor serta meluangkan waktu membimbing, mendorong, dan memberi masukan dengan penuh kesabaran dan ketelitian yang sangat bermanfaat dalam pelaksanaan penelitian dan penulisan disertasi ini.
Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S, yang telah membantu dan bersedia menjadi Ko-Promotor, serta memberi dukungan, meluangkan waktu, mengarahkan dan memperluas wawasan keilmuan saya, memberi masukan yang sangat bermanfaat dalam penulisan disertasi ini.
Prof. dr. Aznan Lelo, PhD, Sp.FK, sebagai Ko-Promotor yang telah memberi semangat, pengetahuan dan masukan yang sangat bermanfaat dalam mengikuti program studi dan penulisan disertasi ini.
Para penguji disertasi : Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp. BS, Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S(K), Prof. dr. Aznan Lelo, Ph.D, Sp.FK, Prof. Dr. dr. Iskandar Japardi, Sp. BS(K), Prof. Dr. Syafruddin Ilyas, M. Biomed, Prof. Dr. dr. Sri Maliawan, Sp.BS(K), Dr. Ir. Erna Mutiara, MKM, yang telah memberi penilaian dan masukan demi kesempurnaan disertasi ini.
Ketua Komisi Etik Penelitian Bidang Kesehatan FK USU, Prof. dr. Sutomo Kasiman, Sp.PD,Sp.JP(K) dan Prof. dr. M. Jusuf Hanafiah,
(10)
Sp.OG(K) yang telah memberi masukan dan menyetujui penelitian ini, serta menerbitkan Persetujuan Komisi Etik tentang Pelaksanaan Penelitian Bidang Kesehatan.
Para pemberi kuliah Program Studi Doktor (S-3): Prof. dr. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.A(K), Prof. dr. Harun Rasyid Lubis, Sp.PD-KGH, Alm Prof. dr. Iskandar Zulkarnain Lubis, Sp.A(K), Prof. dr. Rozaimah Hamid, Ph.D.MSc,Sp.FK, Dr. Ir Sumono MS, Dr. Drs. Sutarman, M.Si, Dr. Drs. Ridwan Siregar, M.Lib, dr. Adang Bachtiar, MPH, DSC, Dr. dr. Endang Sri Rostini Harjo Lukito, MS, Ph.D, Sp.PA(K), Dr. dr. Rosita Juwita Sembiring, Sp.PK(K), dan dr. Gino Tann, Ph.D, Sp.PK(K), saya ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas bimbingan dan diskusi selama saya mengikuti Program Studi S-3.
Prof. Dr. Syafruddin Ilyas, M. Biomed, Ketua Program Studi Magister Biologi dan Dr. dr Agus Turchan, Sp.BS Dosen Tetap Ilmu Bedah Saraf Universitas Airlangga/RSUD. dr. Soetomo Surabaya, yang telah memberikan dukungan dan motivasi terhadap penelitian dan disertasi ini.
Wibi Riawan, SSi, Staf Animal Laboratorium Universitas Brawijaya Malang, yang telah membantu melaksanakan dan menyelesaikan penelitian ini dengan penuh rasa tanggung jawab serta tulus ikhlas.
Mayjen TNI dr. Daniel Tjen, Sp.S, Mantan Direktur Kesehatan Angkatan Darat, Kolonel Ckm dr. Syafruddin Loebis, MMKes, Mantan Kakesdam Iskandar Muda, Kolonel Ckm dr. Sutan Bangun, SpB, Mantan
(11)
Dandenkesyah IM. 04.01 LSW, yang telah memberi izin dan keluangan waktu bagi saya untuk mengikuti Program Studi S-3 di FK USU.
Dr. dr. Imam Budi Putra, MHA, Sp.KK. Kiky Lestari, SE, Petty Angelia H, SS, Dipa Hidayat, S.Kom, Muhammad Ridho di sekretariat Program Studi Doktor (S-3), para sejawat Peserta Program Studi Doktor (S-3) seangkatan, Dr. dr. Rustam Effendi YS, SpPD, Dr. dr. Fauzi Yusuf, Sp.PD-KGEH, Dr. dr. Henry Salim Siregar, SpOG, dr. Indra Zachreini, Sp.THT-KL, dr. Dadik Wahyu Wijaya, SpAn dan sejawat lainnya.
Terima kasih yang tidak terhingga serta doa saya untuk orangtua tercinta, ayahanda Alm. H. Ibrahim Nasution dan ibunda Hj. Husniah Batubara, yang telah melahirkan, membesarkan, mendidik, serta membimbing dan memberi teladan dalam bekerja keras, mendalami pendidikan ilmu pengetahuan dan agama Islam, mengutamakan kejujuran, saling menyayangi sesama saudara dan umat, bertanggung jawab atas tugas yang diembankan, serta tabah dalam menjalani kehidupan. Terima kasih yang setinggi-tingginya saya ucapkan kepada bapak mertua Alm. H. Khaeroman Lase dan ibu mertua Hj. Rehatun Djani.
Istri tercinta dr. Lolina, yang telah mendampingi dengan penuh kesabaran dan memberi semangat kepada saya, demikian juga ke tiga anak saya tercinta : M. Fahrulsyah Nasution, Sofia Khairunnisa Nasution, dan Hafshah Mutia Nasution, merupakan sumber motivasi saya dalam mengikuti program studi S-3, merupakan anak yang patuh kepada orang tua dan selalu memberi semangat kepada saya. Semoga menjadi anak
(12)
yang saleh dan saleha. Juga ucapan terima kasih kepada saudara-saudara saya Ir. H. Ahmad Syafri Nasution MMA, H. Muhammad Syafran Nasution, SE Ak, dan Mayor Ckm dr. Riza Anshori Nasution, SpBS.
Semua pihak yang telah membantu, secara langsung atau tidak langsung yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu namanya, semoga Allah SWT, Tuhan Yang Mahakuasa memberikan balasan yang terbaik.
Semoga disertasi ini dapat memberi sumbangan berharga bagi perkembangan Ilmu Kedokteran serta peningkatan pelayanan kedokteran kepada masyarakat, dan Allah SWT senantiasa memberi rahmat dan hidayah-Nya kepada kita semua, Amin Ya Robbal Alamin.
Wassalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Medan, Desember 2014 Peneliti
(13)
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
A. Identitas Pribadi
1. Nama : dr. Khairul Ihsan Nasution, SpBS 2. Tempat.Tanggal lahir: Medan, 15 Juli 1971
3. Agama : Islam
4. N R P : 11950008620771
5. Pangkat/Golongan : Letkol Ckm
6. Jabatan : DANDENKESYAH IM.04.01 LSW 7. Pekerjaan : TNI-AD
8. Alamat Rumah : Pahlawan No. 52/77 Medan 9. Telp.Rumah/HP : 061-5535030/081361080738 10. E-mail : qiconnast@yahoo.com
B. Riwayat Pendidikan
1. 1978 – 1983 : SD Nahdlatul Ulama Medan 2. 1983 – 1986 : SMP Negeri 15 Medan 3. 1986 – 1989 : SMA Negeri 10 Medan
4. 1989 – 1997 : Fakultas Kedokteran USU Medan 5. 2002 – 2007 : Bedah Saraf FK Airlangga Surabaya
6. 2010 : Pendidikan Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran FK USU
(14)
C. Riwayat Pekerjaan
1. Dokter di Akademi Militer Magelang, 1997-2002.
2. Kasubdep Penyakit Dalam dan Jiwa RS Tk III IM Iskandar Muda, 2008-2009.
3. Kepala RS Tk IV IM.07.01 Lhokseumawe, 2010-2012. 4. Dandenkesyah IM.04.01 Lhokseumawe, 2013.
D. Riwayat Organisasi
1. Anggota IDI Cab Medan. 2. Anggota PERSPEBSI.
3. Anggota Komisi Trauma IKABI
E. Karya Tulis
1. Cedera Kepala pada Petinju, Media Bedah Saraf II (3) : 182-189, 2004.
2. Double Compartment Hydrocephalus. Muktamar PERSPEBSI III, Yogyakarta, Mei 2005.
3. Shaken Baby Syndrom. Report of 2 Cases. Presented in Annual Scientific Meeting of Indonesian Society of Neurological Surgeon (PIT PERSPEBSI) in Conjunction with The World Federation of Neurosurgiacal Societies (WFNS) Course, Bali International Convention Center, Nusa Dua, Bali, Indonesia, 21-22 November, 2006.
4. Radioterapi dan Radiosurgery pada Meningioma Pasca reseksi Subtotal. Media Bedah saraf I (3):173-184, 2003.
(15)
PERNYATAAN ORISINALITAS
Saya yang bertanda tangan di bawah ini, dengan ini menyatakan bahwa Hasil penelitian ini adalah hasil karya sendiri,
dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar
Medan, Desember 2014
Nama : Khairul Ihsan Nasution NIM : 108102020
(16)
RINGKASAN
Cedera kepala merupakan salah satu kondisi yang sangat membahayakan bagi kehidupan manusia. Setiap tahun di Amerika Serikat hampir 1.500.000 kasus cedera kepala. Dari jumlah tersebut 80.000 di antaranya mengalami kecacatan dan 50.000 orang meninggal dunia. Saat ini di Amerika Serikat terdapat sekitar 5.300.000 orang dengan kecacatan akibat cedera kepala (Centres for Disease Control, 2002). Indonesia belum memiliki laporan yang pasti tentang angka kejadian cedera kepala. Namun, di Rumah Sakit Cipto Mangunkusumo (RSCM) Jakarta, pada tahun 2005 dilaporkan bahwa angka kejadian cedera kepala mencapai 750 kasus dengan mortalitas sebanyak 23 kasus dan di Rumah Sakit Dr. Soetomo dilaporkan bahwa angka kejadian cedera kepala mencapai 1.578 pada tahun 2009 dan 1.402 pada tahun 2011 data Bagian Bedah Saraf FK Unair/Dr. Soetomo. Untuk mengatasi hal tersebut telah dilakukan berbagai upaya antara lain pemberian manitol, hiperventilasi dan cairan hipertonis. Upaya tersebut belum memberikan hasil yang optimal.
Setelah terjadi cedera kepala primer, ditemukan berbagai rangkaian peristiwa kimia yang bertujuan untuk mempertahankan agar sel tetap hidup. Namun, dalam kenyataannya reaksi kimia tersebut sering berdampak buruk, yang dikenal sebagai cedera kepala sekunder. Cedera kepala sekunder tersebut ditandai dengan edema serebri (Kaal Evert, Charles, 2004).
(17)
Apabila edema serebri pada cedera kepala tidak ditangani dengan baik, akan mengakibatkan terjadinya peningkatan tekanan intrakranial (TIK) dan kemudian mengakibatkan iskemia pada sel otak sehingga memicu terjadinya kematian. Namun, terapi tersebut belum memberikan hasil yang optimal, sehingga untuk mengatasi edema serebri dikembangkan pemberian Melatonin.
Tujuan penelitian ini untuk mengetahui peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) sel mikroglia, serta Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) dan Aquaporin-4 (AQP4) dari Sawar Darah Otak (SDO) setelah cedera kepala pada hewan coba (Kaal Evert, Charles, 2004).
Penelitian ini merupakan penelitian true experimental karena randomisasi, kontrol, perlakuan, dan replikasi. Adapun rancangannya adalah post test only control group design.
Keterangan
P : populasi
AR : alokasi random
Ko : kelompok hewan coba tanpa cedera kepala
K1 : kelompok hewan coba cedera kepala yang tidak diberi Melatonin K2 : kelompok hewan coba cedera kepala yang diberi Melatonin
P1
K1 O-1
2O-2 P2
K2 AR
P
Po
(18)
Po : Perlakuan tidak ada
P1 : Perlakuan cedera kepala tanpa diberi Melatonin P2 : Perlakuan cedera kepala diberi Melatonin Oo : Observasi kelompok tanpa cedera
O1 : Observasi kelompok cedera kepala tanpa Melatonin O2 : Observasi kelompok cedera kepala diberi Melatonin
Variabel bebas dalam penelitian ini adalah kondisi edema serebri pada hewan coba, dan Melatonin. Variabel kendali dalam penelitian ini adalah jenis hewan coba, jenis kelamin, umur, berat badan, model cedera kepala, obat perlakuan, dosis obat perlakuan, teknik pengambilan dan pemeriksaan sampel. Variable tergantung dalam penelitian ini adalah hasil ekspresi MDA, MPO, VEGF dan AQP4, yang diperiksa secara Imunohistokimia.
Hasil penelitian ini menunjukkan penurunan yang signifikan jumlah sel-sel mikrogilia yang mengekspresikan MDA. Pada cedera kepala terjadi peningkatan stress oksidatif. Stres oksidatif merupakan kelanjutan dari peningkatan Reactive Oxygen Species (ROS) berupa hidrogenperoksida, anion superoksida, dan radikal bebas lainnya yang tidak diimbangi dengan pertahanan antioksidan. ROS adalah substrat normal metabolisme aerobik yang berasal dari reduksi oksigen dan penting untuk sistem sinyal intraseluler pada kondisi fisiologis. Melatonin serta metabolitnya, efisien dalam detoksifikasi spesies oksigen reaktif (ROS), juga membuktikan
(19)
bahwa penurunan MDA tidak hanya terjadi pada sel-sel mikroglia, tetapi juga pada jaringan otak, terutama di sekitar area induksi cedera kepala.
Penurunan yang bermakna juga terhadap ekspresi MPO sel-sel mikroglia jaringan otak paparan cedera kepala yang mendapatkan Melatonin. Ini membuktikan bahwa Melatonin dapat beraksi langsung terhadap MPO sehingga menurunkan jumlah sel-sel mikroglia yang mengekspresikan MPO secara signifikan. Di samping penghambatan MPO, Melatonin juga dapat mengurangi aktivitas MPO di pembuluh darah dengan 2 mekanisme. Pertama, Melatonin adalah scavanger yang poten terhadap ROS dan dapat membatasi produksi hidrogen peroksida yang merupakan kosubstrat dari MPO. Kedua, sifat anti-inflamasi Melatonin dapat mengurangi infiltrasi dinding pembuluh darah oleh MPO yang disekresi oleh sel-sel imunokompeten.
(20)
SUMMARY
The brain injury is one of the dangerous condition for human life. Every year in United States of America, there are almost 1.500.000 brain injury cases. From those cases 80-000 among others have disabilities and 50.000 people died. Currently in United States, about 5.300.000 people living with disabilities due to brain injury (Centres for Disease Control, 2002). Indonesia hasn't any exactly report about the number of brain injury. But, in the Cipto Mangunkusumo General Hospital (RSCM) in Jakarta, in 2005 reported that the number of brain injury cases reach 750 cases with mortality about 23 cases and Dr. Soetomo General Hospital in Surabaya reports that the number of brain injury cases is reach 1.578 cases in 2009 and 1.402 cases in 2011 based on data from department of neurosurgery FK Unair/Dr. Soetomo. To cure those cases, many efforts are done like giving mannitol, hyperventilation and hypertonic liquid. Those efforts aren't give the optimum result yet.
After primary head injury occurs, there are several chain of chemical occurances for that have purpose to keep still the cell alive. However, in the reality, the chemical reactions is often gives bad impact which is known as secondary head injury. The secondary head injury marked by cerebral edema.
If cerebral edema in head injury isn't handled well, it will affect to the increasing of intracranial preassure (ICP) and then affects ischemia in brain cell thus triggers the cells death. Nevertheless, the therapy hasn't
(21)
give the optimum result, therefore to cure cerebral edema, giving Melatonin is developed.
The purpose of this research was to know the use of Melatonin in expression of Malondialdehyde (MDA) and Myeloperoxidase (MPO) microglia cell, as well as Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) and Aquaporin-4 (AQP4) from blood brain barier (BBB) after head injury occurs in experimental animal.
This research was a true experimental research because it used randomization, control, treatment, and replication. Eventhough the research design was a post test control group design.
K0 P0 0-0 P AR K1 P1 0-1
K2 P2 0-2
Note:
P : population
AR : random allocation
Ko : group of experimental animal without head injury
K1 : group of experimental animal with head injury weren't given Melatonin
K2 : group of experimental animal with the head injury were given Melatonin
(22)
P1 : Trial of experimental animal with head injury weren't given Melatonin
P2 : Trial of experimental animal with the head injury were given Melatonin
O0 : Observation of experimental animal without head injury
O1 : Observation of experimental animal with head injury weren't given Melatonin
O2 : Observation of experimental animal with the head injury were given Melatonin
Free variables in this research was a condition of cerebral edema in experimental animal, and Melatonin. Control variables in this research were kind of experimental animal, sex, age, body mass, model of brain injury, kind of drug treatments, the dosage of drug treatments, sampling and diagnose techniques. And the defend variables the result of expression of MDA, MPO, VEGF and AQP4.
Result of this study showed the significant reduction inhibitor of microglia cells which expresses MDA. In the head injury occurs increasing of oxidative stress. Oxidative stress is the continuation of Reactive Oxygen Species (ROS) increasing like hydrogen peroxidant, anion superoxidant, and another free radical which isn't balanced by antioxidant defense. ROS is a normal substract of aerobic metabolism which comes from oxygen reduction and its important for intracellular in fisiologis condition. Melatonin as well as its metabolics, efficient in detoxification ROS, as well as proving
(23)
that MDA reduction doesn't only occur in microglia cells, but also in brain tissue, especially around induction of head injury area.
Significant reduction also to the MPO exspression of microglia cells in brain cells tissue exposure to head injury that received Melatonin. It proves that Melatonin can direcly reacted with MPO, as the result it decreased the amount of microglia cells that expressed MPO significantly. Beside inhibition of MPO, Melatonin also can reduce MPO activity in blood vessels with 2 mechanism. First, Melatonin is a potently scavenger of hydrogen peroxide which is cosubstract from MPO, Second, anti-inflamation character of Melatonin can reduce infiltration of the blood vessel wall by MPO which is secreted by immunocompetent cells.
(24)
Peran Melatonin pada ekspresi
Malondialdehyde (MDA)
dan
Myeloperoksidase (MPO)
Sel Mikroglia serta
Aquaporin-4
(AQP4)
dan
Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)
Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala
ABSTRAK
Latar Belakang: Cedera kepala merupakan salah satu kondisi yang sangat membahayakan kehidupan manusia. Penelitian ini mengkaji penggunaan Melatonin dalam mereduksi oksidan dan hambatan pembentukan edema serebri pada model cedera kepala. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuktikan apakah terdapat peran perbaikan Melatonin terhadap berbagai parameter terkait ekspresi MDA, MPO, VEGF dan AQP-4, serta gambaran histologis pada tikus model cedera kepala.
Metode Penelitian: Penelitian ini merupakan penelitian true experimental dengan randomisasi, kontrol-perlakuan, dan replikasi. Adapun rancangannya adalah post test only control group design yaitu menggunakan hewan coba Rattus novergicus strain Sprague Dawley dengan kriteria jenis kelamin jantan, umur 10-12 minggu, dan berat badan 200-300 gram. Penelitian ini menggunakan model cedera kepala menurut Marmarou (1994). Semua parameter terkait diamati secara hitologis menggunakan pemulasan rutin HE dan pemulasan imunohistokimia, menggunakan antibodi spesifik terhadap protein masing-masing, MDA, MPO, VEGF dan AQP-4. Pemeriksaan dan perhitungan secara imunohistokimia.
Hasil Penelitian: Pada penelitian ini didapatkan hasil pengamatan histologis yang meliputi jumlah sel-sel imunokompeten serta diameter pembuluh darah arteri. Dari hasil histologis didapatkan hasil bahwa terdapat penurunan yang signifikan diameter pembuluh darah arteri jaringan cedera otak dengan paparan Melatonin. Pada pemulasan imunohistokimia, didapatkan hasil bahwa terdapat penurunan yang signifikan jumlah ekspresi MDA dan MPO sel-sel mikroglia jaringan otak cedera dengan paparan Melatonin. Demikian juga pada ekspresi VEGF dan AQP-4 SDO jaringan otak cedera menunjukkan penurunan yang signifikan setelah mendapatkan Melatonin. Antara ekspresi VEGF dengan AQP-4 terdapat korelasi positip.
Simpulan: Melatonin dapat menurunkan produksi MDA dan MPO. VEGF terlibat dalam regulasi AQP4 pada kejadian cedera kepala. Penurunan VEGF dapat dikaitkan dengan hambatan Melatonin terhadap kemampuannya untuk mengganggu aktivitas transkripsi VEGF. Secara signifikan dapat dinyatakan penurunan ekspresi VEGF berkorelasi positif terhadap penurunan ekspresi AQP-4.
Kata Kunci: Cedera Kepala, MPO, VEGF, AQP4, MDA, SDO, Mikroglia, Melatonin.
(25)
Role of Melatonin in The Expression of MDA, MPO on Microglia Cells and AQP4 and VEGF in Blood Brain Barrier of Rat after Head Injury
Abstract
Background: The brain injury is one of the conditions that are very harmful to human life. This study will examine the use of Melatonin in reducing oxidant status and barriers to the formation of cerebral edema in a model of brain injury. The purpose of this study is to prove the role of Melatonin on the expression of MDA, MPO, VEGF and AQP-4 and histological injury in a rat model of the head injury.
Methods: This study was a true experimental study with randomization. This study uses a post-test only control group design, using experimental animals Sprague Dawley strain Rattus novergicus, male, aged 10 -12 weeks, and weight of 300 grams. Model of brain injury according to Marmarou (1994). All parameters were observed histologically using hematoxilen-eosin staining and immunohistochemistry, using antibodies specific to each protein, MDA, MPO, VEGF and AQP-4. Observation and calculation of the results of immunohistochemical studies.
Results: In this study, histological observation number of immunocompetent cells and the diameter of the arteries. From the histological results showed that there is a significant reduction in the diameter of the arterial blood vessels of the brain injury tissue. In the immunohistochemical results, showed that there is a significant reduction of MDA and MPO expression amount of cells microglia brain injury tissue . Similarly, the expression of VEGF and AQP-4 BBB of rat brain injury tissue showed a significant reduction inhibitor after getting Melatonin. And by analyzing the relationship between the expression of VEGF by AQP-4 appears there is a positive correlation.
Conclusion: Melatonin is a potent scavanger hydrogen peroxide, which is a co-substrate of MPO, thereby reducing the production of MPO. VEGF is involved in the regulation of AQP4 in the incidence of head trauma. Reported that VEGF is co-localization with AQP4 at the Blood Brain Barier disruption. Decreased expression of VEGF by Melatonin, often associated with its ability to interfere with VEGF transcriptional. Significantly decreased expression of VEGF can be expressed positively correlated to decreased expression of AQP-4.
Keyword: Brain Injury, MPO, VEGF, AQP4, MDA, BBB, Microglia, Melatonin.
(26)
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas rahmat, karunia serta izin-Nya, penulis dapat menyelesaikan disertasi yang berjudul “Peran Melatonin pada Ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4 (AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sawar Darah Otak Tikus Pascacedera Kepala”. Tidak lupa shalawat dan salam penulis sampaikan kepada junjungan Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita ke alam yang penuh dengan ilmu pengetahuan.
Penelitian dan penulisan disertasi ini tidak terlepas dari bimbingan dan masukan dari promotor : Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp.BS, Ko-Promotor : Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S dan Prof. dr. Aznan Lelo, PhD, Sp.FK. di samping itu masukan dari para penguji yaitu Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp. BS, Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S(K), Prof. dr. Aznan Lelo, Ph.D, Sp.FK, Prof. Dr. dr. Iskandar Japardi, Sp. BS(K), Prof. Dr. Syafruddin Ilyas, M. Biomed, Prof. Dr. dr. Sri Maliawan, Sp.BS(K), Dr. Ir. Erna Mutiara, MKM, serta semua pihak yang telah membantu untuk penelitian dan penulisan disertasi ini.
Penulis menyadari bahwa disertasi ini jauh dari kesempurnaan, untuk itu, penulis mengharapkan saran dan masukan agar disertasi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin ya robbal’alamin.
Medan, Desember 2014 Penulis
(27)
DAFTAR ISI
Halaman SAMPUL DEPAN ... i LEMBAR PRASYARAT GELAR ... ii LEMBAR PROMOTOR DAN CO-PROMOTOR ... iii LEMBAR PERSETUJUAN ... iv PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI AKADEMIS ... v LEMBAR PENGUJI ... vi UCAPAN TERIMA KASIH ... viii DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... xiii HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ... xv RINGKASAN ... xvi
SUMMARY ... xx ABSTRAK ... xxiv
ABSTRACT ... xxv KATA PENGANTAR ... xxvi DAFTAR ISI ... xxvii DAFTAR TABEL ... xxix DAFTAR GAMBAR ... xxx DAFTAR SINGKATAN ... xxxii DAFTAR LAMPIRAN ... xxxiv BAB I PEDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 5 1.3 Tujuan Umum ... 6 1.4 Tujuan Khusus ... 6 1.5 Manfaat Penelitian ... 6 1.5.1 Manfaat Akademis ... 6 1.5.2 Manfaat Klinis ... 7 1.5.3 Manfaat Masyarakat Luas ... 7
BAB II TIJAUAN PUSTAKA ... 8
2.1 Cedera Kepala ... 8 2.1.1 Edema Serebri ... 9 2.1.2 Sel Mikroglia ... 19 2.1.3 Malondialdehyde ... 20
2.1.3.1 Malondialdehyde (MDA) sebagai
produk hasil Stres Oksidatif ... 22 2.1.4 Reactive Oxygen Species dan respon
inflamasi ... 25 2.1.5 Sawar Darah Otak ... 31 2.1.6 Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) .... 32 2.1.7 Aquaporin-4 ... 36
(28)
2.2. Melatonin ... 41 2.2.1 Metabolisme dan Biosintesis Melatonin ... 41 2.2.2 Regulasi Melatonin ... 43 2.2.3 Fungsi Melatonin ... 44 2.2.4 Kebutuhan Melatonin ... 47 2.2.5 Bioavailabilitas Melatonin ... 48 2.2.6 Peran Melatonin pada penurunan Edema
Serebri... 49 2.3 Kerangka Teori ... 56 2.4 Hipotesis Penelitian ... 58 2.5 Kerangka Konseptual ... 59
BAB III METODE PENELITIAN ... 60
3.1 Desain Penelitian ... 60 3.2 Populasi dan sampel ... 61 3.2.1 Populasi ... 61 3.2.2 Sampel ... 61 3.2.3 Perkiraan Besar Sampel ... 61 3.2.4 Cara Kerja dan Alur Penelitian ... 62 3.2.5 Kerangka Operasional ... 70 3.2.6 Identifikasi Variabel ... 71 3.2.7 Definisi Operasional Penelitian ... 71 3.3 Etika Penelitian ... 73 3.4 Lokasi dan Waktu Penelitian ... 73
BAB IV HASIL DAN ANALISIS ... 74
4.1 Karakteristik Subjek Penelitian ... 74 4.2 Pemberian Melatonin terhadap Gambaran
Histologis Jaringan Otak Pascacedera Kepala ... 75 4.3 Distribusi Sel Mikroglia jaringan otak Model Cedera
Kepala dengan Paparan Melatonin ... 77 4.4 Studi Imunohistokimia AQP-4 dan VEGF Sawar
Darah Otak ... 79 4.5 Status Oksidan MDA dan MPO Jaringan Otak ... 82
BAB V PEMBAHASAN ... 88 5.1 Melatonin Menghambat Pembentukan MDA Sel
Mikroglia ... 90 5.2 Melatonin Menghambat Pembentukan MPO Sel
Mikroglia ... 92 5.3 Melatonin Menghambat Pembentukan AQP Sawar
Darah Otak ... 93 5.4 Melatonin Menghambat Pembentukan VEGF dan
(29)
BAB VI SIMPULAN DAN SARAN ... 98 6.1 Simpulan ... 98 6.2 Saran ... 99
DAFTAR PUSTAKA ... 100 LAMPIRAN
(30)
DAFTAR TABEL
No Tabel Halaman
2.1 Jenis Sitokin berdasarkan aktivitas Biologi ... 29 4.1 Hasil dan analisa data Berat Badan Tikus ... 74 4.2 Rerata Uji Anova kadar MDA jaringan Otak ... 83
(31)
DAFTAR GAMBAR
No. Gambar Halaman
2.1 Ilustrasi keadaan Sel ... 11 2.2 Pelepasan MPO oleh Sel-Sel Imunokompeten pada
sistem SDO ( Sawar Darah Otak) ... 14 2.3 Sumber eksogen dan endogen Radikal Bebas (Young
and Woodside) ... 23 2.4 Fif1 adalah regulator utama Homeostasis Oksigen ... 35 2.5 Mekanisme VEGF dalam memediasi Edema
Vasogenik ... 36 2.6 Struktur Organisasi dari AQP4 dalam membantu
Astrosit ... 38 2.7 Struktur Melatonin ... 41 2.8 Metabolisme dan biosintesis Melatonin ... 43 2.9 Skema mekanisme aksi dari Melatonin ... 47 2.10 Singnaling Melatonin pada Sel melalui aktivasi Gpcr
dan Reseptor Inti ... 50 2.11 Skematik tahapan Cedera Kepala secara molekuler ... 55 3.1 Skematik alat Cedera Kepala ... 62 4.1 Gambaran histologis pembentukan Edema Serebri
Pascacedera Kepala ... 75 4.2 Gambaran histologis distribusi Sel-Sel
Imunokompeten Pascacedera Kepala ... 76 4.3 Gambaran histologis diameter pembuluh darah
jaringan otak Pascacedera kepala ... 76 4.4 Gambar histogram diameter pembuluh darah Jaringan
(32)
4.5 Gambaran imunohistokimia Sel Mikroglia jaringan otak
Pascacedera Kepala ... 78 4.6 Gambar histogram jumlah Sel Mikroglia jaringan otak .... 78 4.7 Gambaran imunohistokimia ekspresi AQP-4 Sawar
Darah jaringan otak pascacedera kepala ... 79 4.8 Gambar histogram ekspresi AQP-4 Sawar Darah Otak .. 80 4.9 Gambaran imunohistokimia ekspresi VEGF Sawar
Darah Otak Pascacedera kepala ... 81 4.10 Gambar histogram ekspresi VEGF Sawar Darah Otak ... 81 4.11 Gambar korelasi VEGF terhadap AQP-4 Sawar Darah
jaringan Otak... 82 4.12 Gambar histogram rerata kadar MDA (µmol/L)
jaringan otak ... 83 4.13 Gambaran imunohistokimia ekspresi MDA Sel
Mikroglia jaringan otak Pascacedera Kepala ... 84
4.14 Gambar histogram rerata ekspresi MDA pada Sel
Mikroglia jaringan otak ... 85 4.15 Gambaran imunohistokimia ekspresi MPO Sel
Mikroglia jaringan otak Pascacedera Kepala ... 86 4.16 Gambar histogram rerata ekspresi MPO Sel Mikroglia
(33)
DAFTAR SINGKATAN
AQP-4 : Aquaporin-4
AQP : Aquaporin
ADO : Aliran Darah Otak ADP : Adenesin Diphosfat ATP : Adenosin Triphosfat
ACTH : Adrenocoticotropin Hormone AGE : Advance Glicostatin End-product ALE : Advance Lipoxidation End-product AP -1 : Apoptocyc – 1
APACHE : Acute Physiology and Chronic Health Evaluation BBB : Blood Brain Barier
B1 : Bradikinin – 1 B2 : Bradikinin – 2
CGRP : Calcitonin Gene-Related Peptide CAM : Cell Adhesion Molecules
CK : Cedera Kepala
CSF : Cerebrospinal Fluid
GCS : Glasgow Coma Scale
DNA : Deoxyribo Nucleic Acid
DNA M1G : Deoxyribo Nucleic Acid Malondialdehide 1 Group GPx : Glutathion peroksidase
HE : Haematoxylin Eosin
HNE : Hydroxynorenal
HPA : Hipotalamus Pituitari Adrenal HIOMT : Hidroksindole-O-Metil Transferase IL-1 : Interleukin-1
IL-6 : Interleukin-6 IL-8 : Interleukin-8 LDL : Low Density Lipid LPS : Lipopolisakarida
MPO : Myeloperoxidase
MMP : Matrix Metalloproteinase
MDA : Malondialdehyde
MCA : Middle Cerebral Artery
NADPH : Nicotinamide Adenine dinucleotida phosphate NCF : Neutrofil Chemotactic Factor
NO : Nitric Oxide
NAS : N-Asetilserotonin
NF kB : Nuclear Factor kappa Beta OAP : Orthogonal Array Particle PARP : Poli ADP Ribose Polimerase PFA : Protein Fase Akut
PUFA : Polyunsaturated Fatty Acid
(34)
ROS : Reactive Oxygen Species SAM : S-adenosil-metionin
SDO : Sawar Darah Otak
SDR : Sawar Darah Retina
SH : Sulfhydryl
SLE : Sistema Lupus Erytematous SOD : Superoksid Dismutase SSP : Susunan Saraf Pusat
SNAT : Serotonin N-Acetil-Tranferase SAM : S-Asetilserotonin-Metionin
TBAR : Thribarbituric Acid Reactive Substance TIK : Tekanan Intra Kranial
TGF : Tumor Growth Factor TPS : Tekanan Perfusi Serebral TNF α : Tumor Necrosis Factor α TRPH : Triptofan Hidroksilase
VCAM : Vascular Cell Adhesion Molecule VEGF : Vascular Endhotelial Growth Factor VIP : Vasoactive Intestinal Peptide
(35)
DAFTAR LAMPIRAN
No. Lampiran
1. Rekapitulasi hasil pemeriksaan histopatologis dan Immunohistokimia
2. Surat persetujuan komite etik tentang pelaksanaan penelitian bidang kesehatan Fakultas Kedokteran USU
3. Surat izin melakukan penelitian 4. Surat persetujuan penelitian
(36)
Peran Melatonin pada ekspresi
Malondialdehyde (MDA)
dan
Myeloperoksidase (MPO)
Sel Mikroglia serta
Aquaporin-4
(AQP4)
dan
Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)
Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala
ABSTRAK
Latar Belakang: Cedera kepala merupakan salah satu kondisi yang sangat membahayakan kehidupan manusia. Penelitian ini mengkaji penggunaan Melatonin dalam mereduksi oksidan dan hambatan pembentukan edema serebri pada model cedera kepala. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuktikan apakah terdapat peran perbaikan Melatonin terhadap berbagai parameter terkait ekspresi MDA, MPO, VEGF dan AQP-4, serta gambaran histologis pada tikus model cedera kepala.
Metode Penelitian: Penelitian ini merupakan penelitian true experimental dengan randomisasi, kontrol-perlakuan, dan replikasi. Adapun rancangannya adalah post test only control group design yaitu menggunakan hewan coba Rattus novergicus strain Sprague Dawley dengan kriteria jenis kelamin jantan, umur 10-12 minggu, dan berat badan 200-300 gram. Penelitian ini menggunakan model cedera kepala menurut Marmarou (1994). Semua parameter terkait diamati secara hitologis menggunakan pemulasan rutin HE dan pemulasan imunohistokimia, menggunakan antibodi spesifik terhadap protein masing-masing, MDA, MPO, VEGF dan AQP-4. Pemeriksaan dan perhitungan secara imunohistokimia.
Hasil Penelitian: Pada penelitian ini didapatkan hasil pengamatan histologis yang meliputi jumlah sel-sel imunokompeten serta diameter pembuluh darah arteri. Dari hasil histologis didapatkan hasil bahwa terdapat penurunan yang signifikan diameter pembuluh darah arteri jaringan cedera otak dengan paparan Melatonin. Pada pemulasan imunohistokimia, didapatkan hasil bahwa terdapat penurunan yang signifikan jumlah ekspresi MDA dan MPO sel-sel mikroglia jaringan otak cedera dengan paparan Melatonin. Demikian juga pada ekspresi VEGF dan AQP-4 SDO jaringan otak cedera menunjukkan penurunan yang signifikan setelah mendapatkan Melatonin. Antara ekspresi VEGF dengan AQP-4 terdapat korelasi positip.
Simpulan: Melatonin dapat menurunkan produksi MDA dan MPO. VEGF terlibat dalam regulasi AQP4 pada kejadian cedera kepala. Penurunan VEGF dapat dikaitkan dengan hambatan Melatonin terhadap kemampuannya untuk mengganggu aktivitas transkripsi VEGF. Secara signifikan dapat dinyatakan penurunan ekspresi VEGF berkorelasi positif terhadap penurunan ekspresi AQP-4.
Kata Kunci: Cedera Kepala, MPO, VEGF, AQP4, MDA, SDO, Mikroglia, Melatonin.
(37)
Role of Melatonin in The Expression of MDA, MPO on Microglia Cells and AQP4 and VEGF in Blood Brain Barrier of Rat after Head Injury
Abstract
Background: The brain injury is one of the conditions that are very harmful to human life. This study will examine the use of Melatonin in reducing oxidant status and barriers to the formation of cerebral edema in a model of brain injury. The purpose of this study is to prove the role of Melatonin on the expression of MDA, MPO, VEGF and AQP-4 and histological injury in a rat model of the head injury.
Methods: This study was a true experimental study with randomization. This study uses a post-test only control group design, using experimental animals Sprague Dawley strain Rattus novergicus, male, aged 10 -12 weeks, and weight of 300 grams. Model of brain injury according to Marmarou (1994). All parameters were observed histologically using hematoxilen-eosin staining and immunohistochemistry, using antibodies specific to each protein, MDA, MPO, VEGF and AQP-4. Observation and calculation of the results of immunohistochemical studies.
Results: In this study, histological observation number of immunocompetent cells and the diameter of the arteries. From the histological results showed that there is a significant reduction in the diameter of the arterial blood vessels of the brain injury tissue. In the immunohistochemical results, showed that there is a significant reduction of MDA and MPO expression amount of cells microglia brain injury tissue . Similarly, the expression of VEGF and AQP-4 BBB of rat brain injury tissue showed a significant reduction inhibitor after getting Melatonin. And by analyzing the relationship between the expression of VEGF by AQP-4 appears there is a positive correlation.
Conclusion: Melatonin is a potent scavanger hydrogen peroxide, which is a co-substrate of MPO, thereby reducing the production of MPO. VEGF is involved in the regulation of AQP4 in the incidence of head trauma. Reported that VEGF is co-localization with AQP4 at the Blood Brain Barier disruption. Decreased expression of VEGF by Melatonin, often associated with its ability to interfere with VEGF transcriptional. Significantly decreased expression of VEGF can be expressed positively correlated to decreased expression of AQP-4.
Keyword: Brain Injury, MPO, VEGF, AQP4, MDA, BBB, Microglia, Melatonin.
(38)
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Cedera kepala merupakan salah satu kondisi yang sangat membahayakan bagi kehidupan manusia. Setiap tahun di Amerika Serikat hampir 1.500.000 kasus cedera kepala. Dari jumlah tersebut 80.000 di antaranya mengalami kecacatan dan 50.000 orang meninggal dunia. Saat ini di Amerika Serikat terdapat sekitar 5.300.000 orang dengan kecacatan akibat cedera kepala (Centres for Disease Control, 2002). Indonesia belum memiliki laporan yang pasti tentang angka kejadian cedera kepala. Namun, di Rumah Sakit Cipto Mangunkusumo (RSCM) Jakarta, pada tahun 2005 dilaporkan bahwa angka kejadian cedera kepala mencapai 750 kasus dengan mortalitas sebanyak 23 kasus dan di Rumah Sakit Dr. Soetomo dilaporkan bahwa angka kejadian cedera kepala mencapai 1.578 pada tahun 2009 dan 1.402 pada tahun 2011 data Bagian Bedah Saraf FK Unair/Dr. Soetomo. Untuk mengatasi hal tersebut telah dilakukan berbagai upaya antara lain pemberian manitol, hiperventilasi dan cairan hipertonis. Upaya tersebut belum memberikan hasil yang optimal.
Setelah terjadi cedera kepala primer, ditemukan berbagai rangkaian peristiwa kimia yang bertujuan untuk mempertahankan agar sel tetap hidup. Namun, dalam kenyataannya reaksi kimia tersebut sering berdampak buruk, yang dikenal sebagai cedera kepala sekunder. Cedera
(39)
kepala sekunder tersebut ditandai dengan edema serebri. Apabila edema serebri pada cedera kepala tidak ditangani dengan baik, akan mengakibatkan terjadinya peningkatan tekanan intrakranial (TIK) dan kemudian mengakibatkan iskemia pada sel otak sehingga memicu terjadinya kematian.
Edema serebri merupakan bertambahnya volume otak karena adanya peningkatan kadar air dan natrium. Edema serebri memiliki dua tipe, yaitu edema intraselular dan ekstraselular. Terjadinya edema intraselular karena faktor iskemia mengakibatkan pembengkaan sel (cell swelling), sedangkan edema ekstraselular mengakibatkan peningkatan cairan interstitial (Kaal Evert, Charles, 2004).
Cedera kepala akan memicu kerusakan sel. Bila makrofag (monosit pada jaringan) memfagositosis sel debris, akan merespon sebagai sinyal inflamasi (Murray, 2011). Pada respon inflamasi, monosit yang terinduksi lipopolisakarida (LPS) akan mengekspresikan interleukin (IL)-1, IL-6, IL-8 dan tumor necrosis factor (TNF)-α (Agarwal, 1995). Tumor necrosis factor-α menginduksi reactive oxygen species (ROS) pada endotel sehingga endotel mensekresikan e-selektin. E-selektin merupakan molekul adhesi dari neutrofil (Rahman, 1998) dan IL-8 merupakan neutrofil protraktan atau neutrofil chemotactic factor (NCF) yang menginduksi neutrofil migrasi ke perifer (Holston, 1997) sehingga sel tersebut dapat diikat oleh e-selektin dipermukaan endotel. Interleukin-1 sangat berperan dalam menginduksi
(40)
endotel untuk mensekresikan vascular cell adhesion molecule (VCAM) yang merupakan molekul adhesi terhadap monosit (Kuby, 2000).
Myeloperoxidase (MPO) merupakan enzim yang disekresi oleh neutrophil dan makrofag atau mikroglia aktif. Enzim ini memicu pembentukan ROS yang selanjutnya akan terjadi iskemia. Iskemia inilah yang kemudian mengakibatkan gangguan pompa natrium pada astrosit sehingga membengkak (swelling) dan terjadi edema serebri (Breckwoldt et al., 2008). Interleukin-1 menginduksi endotel pada vaskuler otak dan mengakibatkan endotel melepaskan vascular endothel growth factor (VEGF) (Mei Bin, Susan, Victor, 2007). Selain bersifat otokrin dalam proses angiogenesis (Villegas, Baerbel, Alda Tufro, 2005), VEGF juga menginduksi astrosit untuk melepaskan aquaporin (AQP)-4. Selanjutnya, AQP4 ini menginduksi dinding vaskuler untuk memfasilitasi air keluar ke jaringan interstitial otak sehingga terjadi edema serebri (Rite, 2008). Untuk mengatasi cedera kepala telah diupayakan berbagai cara antara lain metode terapi osmolaritas, pemberian diuretik (Puri, Patna, Bihar, 2003), dan kortikosteroid (Puri, Patna, Bihar, 2003; Kaal Evert, Charles, 2004). Namun, terapi tersebut belum memberikan hasil yang optimal, sehingga untuk mengatasi edema serebri dikembangkan pemberian Melatonin.
Melatonin dapat berperan sebagai antioksidan (Reiter et al., 1997; Reiter, 1998; Reiter et al., 2003), modulator biologis untuk mood, tidur, perilaku seksual, sistem reproduksi, ritme sirkadian (Beyer, Steketee, Saphier, 1998; Nowak, Zawiska, 1998), serta immunoregulator (Haldar,
(41)
Singh,Guchait, 2001; Maestroni, 2001). Selain itu, Melatonin juga dapat berperan sebagai antikonvulsan (Turgut et al., 2003; Yahyavi-Firouz-Abadi, 2006; Yildirimdan Marangouz, 2006). Beberapa studi mendapatkan bahwa Melatonin bersifat neuroprotektif di SSP, seperti pada keadaan cedera kepala (Beni, Kohen, Reiter, Tan, Shohami, 2004), cedera kepala iskemia (Gupta, Kohil, 2003; Pei, Cheung, 2004), alzheimer (Feng, Chang,Cheng, 2004), amyotrophic lateral sclerosis (Weishaupt et al., 2006), parkinson (Mayo et al., 2005; Sharma, Mcmillan, Tenn, Niles, 2006), gangguan neuropsikiatri (Srinivasan et al., 2006). Melatonin juga dapat mengurangi kebocoran vaskular pada otak dan retina ketika terjadi kerusakan SDO dan sawar darah retina (SDR) (Kaur, Sivakumar, Foulds, 2006; Kaur, Sivakumar, Yong,2007).
Sifat antioksidan Melatonin adalah karena kemampuannya dalam membersihkan radikal bebas dan menginduksi ekspresi enzim antioksidan (Burkhardt et al., 2001). Aktivitas dan ekspresi enzim antioksidan, seperti superoksid dismutase, katalase, glutation peroksidase, dan glutation reduktase meningkat karena Melatonin (Pablos Agapito, Guiterrez, 1995; Ozturk, Cokun, Erba, Hasanoglu, 2000; Meki Hussein, 2011; Reiter et al., 2004; Subramania, Mirunalini, Pandi, 2007).
Studi terbaru mendapatkan bahwa Melatonin berperan dalam menurunkan peroksidasi lipid (Kacmaz et al., 2005). Melatonin diketahui dapat melawan efek destruktif hipoksia melalui pencegahan akumulasi radikal bebas yang berlebih (Li, Gu, Pan, Sun, 1999). Melatonin diketahui
(42)
dapat menurunkan kerusakan oksidatif selama iskemia dan reperfusi (Tan et al., 1999). Suplementasi Melatonin efektif menurunkan stres oksidatif pada cedera kepala karena dapat menurunkan kadar malondialdehid (MDA) plasma (Tutunculer et al., 2005), yang merupakan penanda peroksidasi lipid. Selain itu, Melatonin juga membantu perbaikan fungsi mitokondria pada iskemia dan reperfusi. Gangguan fungsi mitokondria ini menyebabkan produksi ROS berlebih (Bai, Cederbaum, 2001). Perbaikan fungsi mitokondria oleh Melatonin akan menekan stres oksidatif mitokondria (Alonso,Collado, Gonzales, 2006). Namun, sampai saat ini mekanisme kerja Melatonin pada hambatan edema serebri belum jelas.
Oleh karena penelitian tentang penurunan MDA dan MPO dari sel mikroglia, AQP-4 dan VEGF SDO tidak mungkin dilakukan pada manusia, penelitian dilakukan pada hewan coba yang mengalami cedera otak. Berdasarkan latar belakang pemikiran tersebut, dirumuskan permasalahan sebagai berikut:
1.2 Rumusan Masalah
1. Apakah peran Melatonin pada ekspresi MDA sel mikroglia hewan coba yang mengalami cedera kepala?
2. Apakah peran Melatonin pada ekspresi MPO sel mikroglia hewan coba yang mengalami cedera kepala?
3. Apakah peran Melatonin pada produksi VEGF SDO hewan coba yang mengalami cedera kepala?
(43)
4. Apakah peran Melatonin pada ekspresi AQP-4 SDO pada hewan coba yang mengalami cedera kepala?
5. Bagaimana korelasi antara VEGF dengan AQP-4 pada SDO hewan coba yang diberi Melatonin?
1.3 Tujuan Umum
Mengetahui peran Melatonin pada ekspresi MDA dan MPO sel mikroglia, serta VEGF dan AQP4 dari SDO setelah cedera kepala pada hewan coba.
1.4 Tujuan Khusus
1. Diketahuinya peran Melatonin dalam ekpresi MDA pada sel mikroglia hewan coba yang mengalami cedera kepala.
2. Diketahuinya peran Melatonin dalam ekspresi MPO pada sel mikroglia hewan coba yang mengalami cedera kepala.
3. Diketahuinya peran Melatonin dalam produksi VEGF pada SDO hewan coba yang mengalami cedera kepala.
4. Diketahuinya peran Melatonin dalam ekspresi AQP4 pada SDO hewan coba yang mengalami cedera kepala.
5. Diketahuinya korelasi antara VEGF dengan AQP-4 pada SDO hewan coba yang diberi Melatonin.
(44)
1.5 Manfaat Penelitian 1.5.1 Manfaat Akademis
1. Memberikan sumbangan bagi pengembangan ilmu pengetahuan bedah saraf dari sudut ilmu dasar dan klinis. 2. Memberikan informasi tambahan tentang peran Melatonin
dalam menurunkan edema serebri.
1.5.2 Manfaat Klinis
1. Dapat digunakan sebagai alternatif penatalaksanaan edema serebri.
2. Dapat menghambat berlanjutnya edema serebri dan kerusakan jaringan otak.
1.5.3 Manfaat Masyarakat Luas
Membantu mempercepat proses pemulihan pascacedera kepala, sehingga dapat mengurangi biaya perawatan pasien cedera kepala.
Atas dasar uraian di atas penelitian ini berpotensi memberikan hak atas kekayaan intelektual (HAKI), yaitu penemuan peran Melatonin dalam menurunkan edema serebri melalui ekspresi MDA dan MPO pada sel mikroglia, serta ekspresi VEGF dan AQP4 pada SDO pascacedera kepala.
(45)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Cedera Kepala
Cedera kepala adalah jejas atau perlukaan jaringan otak bukan karena proses degeneratif atau bawaan lahir, melainkan akibat dorongan dari luar yang dapat mengakibatkan penurunan ataupun perubahan status kesadaran (National Head Injury Foundation, 1985). Berdasarkan patofisiologi ini, cedera kepala dapat diklasifikasikan menjadi
1. Komosio serebri
Komosio serebri adalah kehilangan fungsi otak sesaat tanpa adanya kerusakan jaringan otak, seperti pingsan kurang dari 10 menit atau amnesia pascacedera kepala.
2. Kontusio serebri
Kontusio serebri adalah kerusakan jaringan otak dengan defisit neurologik yang timbul setara dengan kerusakan otak tersebut, seperti pingsan lebih atau sama dengan 10 menit atau ada lesi neurologis yang jelas.
3. Laserasi otak
Laserasi otak adalah kerusakan jaringan otak yang luas disertai dengan robekan jaringan otak dan umumnya disertai fraktur terbuka kranium.
Cedera kepala menyebabkan kematian neuron secara langsung melalui mekanisme disrupsi jaringan otak (cedera primer) atau secara
(46)
tidak langsung melalui mekanisme sekunder (Maas et al., 2000). Mekanisme ini secara konseptual terbagi menjadi dua, yaitu secondary brain insult dan secondary brain damage. Secondary brain insult timbul akibat dari perburukan sistemik dan intrakranial yang memperberat kerusakan neuron setelah cedera kepala primer. Gejala yang timbul pada keadaan ini adalah systemic secondary insult dan intrakranial secondary insult (Teasdale, 1998; Maas et al., 2000). Secondary brain damage adalah cedera kepala sekunder yang terjadi setelah aktivasi langsung proses imunologi dan biokimia yang merusak dan menyebar secara ritmik. Mediator biokima dan inflamasi pada cedera ini terdiri atas asidosis laktat, kalsium, asam amino eksitatorik, asam arakhidonat, nitric oxide (NO), radikal bebas, peroksidasi lipid, aktivasi kaskade komplemen, sitokin, bradikinin, makrofag, dan pembentukan edema serebri (Hsu et al., 1995; Kossman, 2002; Lezlinger et al., 2001; McIntosh et al., 1999; Maas et al., 2000; Teasdale, 1998).
2.1.1 Edema serebri
Cedera kepala karena iskemia adalah keadaan lanjutan dari kontusio primer jaringan otak. Iskemia dapat berlanjut menjadi edema vasogenik karena terbukanya sawar darah otak (SDO) dan edema sitotoksik yang karena adanya pembengkakan astrosit (Blumbergs, 2005). Efek dari sekuel cedera kepala ini biasanya lebih besar dari pada cedera itu sendiri. Lebih dari itu, peningkatan tekanan intrakranial yang terjadi merupakan penentu utama keadaan klinis individu (Ghajar, 2000).
(47)
Cedera kepala dapat memicu terjadinya berbagai mekanisme sehingga menyebabkan perlukaan sekunder yaitu edema serebri (Cooper, 1985). Edema serebri adalah peningkatan akumulasi cairan otak intraselular dan atau ekstraselular (Klatzo, 1967). Keadaan ini ditandai dengan pembengkakan jaringan otak sesuai dengan peningkatan progresif kadar cairan otak yang dapat terjadi karena iskemia (Ribeiro et al., 2006), trauma (Zador et al., 2007), tumor (Saadoun et al., 2002), dan inflamasi (Papadopoulos dan Verkman, 2005). Terbatasnya rongga kranium dan pembengkakan progresif jaringan otak mengakibatkan peningkatan tekanan intrakranial (TIK), penurunan aliran darah ke otak, herniasi serebri, dan bahkan kematian. Berdasarkan mekanismenya, Klatzo membagi edema serebri menjadi dua kategori, yaitu edema sitotoksik atau intraselular dan edema vasogenik atau ekstraselular. Keduanya dapat diketahui dengan rinci melalui studi mikroskopik dan ultrastruktural. Pengukuran kadar cairan jaringan melalui pencitraan Magnetic Resonance Imaging (MRI) dapat membedakan edema sitotoksik dan edema vasogenik (Klatzo, 1967).
Edema sitotoksik adalah akumulasi cairan di kompartemen intraselular (Klatzo, 1967) neuron, mikroglia, dan astrosit (Unterberg et al., 2004). Edema sitotoksik berhubungan dengan kegagalan pompa Na/K ATP-dependent yang berhubungan dengan energi. Kegagalan asupan energi jaringan otak yang terjadi pada keadaan iskemia dapat memengaruhi kinerja pompa Na/K ATP-dependent. Keadaan ini
(48)
berhubungan dengan terganggunya pertukaran ion intrasel dan ekstrasel, sehingga osmolalitas intrasel meningkat dan cairan akan masuk ke dalam sel dan kemudian menimbulkan gangguan intrasel. Oleh karena itu, edema sitotoksik disebut juga edema ionik. Pada keadaan tertentu, bila cairan yang terakumulasi sangat banyak, dapat terjadi ruptur membran sel dan cairan keluar ke kompartemen ekstraselular (Marmarou et al., 2000). Meskipun edema sitotoksik lebih sering terjadi dibandingkan dengan edema vasogenik, pada akhirnya keduanya dapat meningkatkan TIK dan berlanjutnya iskemia (Marmarou et al., 2006). Adakalanya edema sitotoksik tidak menimbulkan peningkatan cairan jaringan otak atau pembengkakan dan peningkatan TIK, tetapi kerusakan dan kematian sel yang terjadi berhubungan dengan kerusakan jaringan otak (Donkin dan Vink, 2010).
(49)
Gambar 2.1 Ilustrasi keadaan Sel Normal (A); Edema Sitotoksik (B), Edema Vasogenik (C) (Donkin dan Vink, 2010)
Edema vasogenik adalah peningkatan cairan esktrasel yang terjadi karena kebocoran SDO. Akibatnya terjadi peningkatan tekanan osmotik dan cairan ke luar dari pembuluh darah dan kemudian masuk ke dalam kompartemen ekstraselular. Cairan intravaskular ini keluar melalui endotel dengan mekanisme pinositosis dan atau tight junction yang bocor. Edema vasogenik sering disebut juga edema osmotik. Kebocoran SDO dapat terjadi karena beberapa keadaan seperti cedera kepala, tumor, infeksi, perdarahan intraserebri, dan inflamasi. Oleh karena itu, edema vasogenik
(C)
(B)
(50)
sangat berhubungan dengan peningkatan kadar cairan otak, pembengkakan jaringan otak, dan peningkatan TIK.
Pada keadaan tertentu dapat terjadi edema serebri yang didasari oleh kedua mekanisme di atas, misalnya edema transependimal. Edema transependimal adalah peningkatan cairan interstitial periventrikular karena kerusakan lapisan ependimal dinding ventrikular. Hal ini biasanya terjadi pada hidrosefalus. Edema hidrostatik adalah bagian dari edema vasogenik yang terjadi ketika tekanan perfusi serebral meningkat. Keadaan ini biasanya terjadi pada ensefalopati hipertensi. Pada dasarnya, baik edema sitotoksik maupun edema vasogenik terjadi ketika osmolalitas plasma menurun sehingga terjadi pengeluaran cairan. Meskipun demikian, keduanya dipisahkan menjadi dua klasifikasi yang berbeda. Beberapa keadaan klinik berkembang menjadi edema serebri berdasarkan kombinasi mekanisme edema yang berbeda. Ini bergantung pada gangguan yang timbul akibat penyakit dan waktu perjalanan penyakit (Nag et al., 2009).
Kerusakan SDO adalah salah satu peran utama dalam terjadinya edema serebri. Kedua tipe edema, yaitu vasogenik dan sitotoksik mengakibatkan peningkatan TIK, dan penurunan tekanan perfusi serebral (TPS), dan pada akhirnya menimbulkan iskemia jaringan. Iskemia berperan pada terjadinya vasodilasi melalui mekanisme autoregulator yang berfungsi sebagai restorasi perfusi serebral. Vasodilasi yang terjadi akan meningkatkan volume darah serebral, dan pada akhirnya juga
(51)
meningkatkan TIK, menurunkan TPS, serta memicu berlanjutnya iskemia (Rosner dan Rosner, 1995). Beberapa studi eksperimental menyatakan bahwa beberapa neurotransmitter, seperti glutamat, asetilkolin, dan senyawa vasoaktif, seperti serotonin, histamin, prostaglandin, asam amino, asam laktat, dan lain-lain berperan dalam mediasi, inisiasi, dan propagasi edema otak. Platelet adalah sumber utama senyawa-senyawa di atas yang akan memproduksi neurotransmitter ketika melekat di pembuluh darah kapiler (Baethmann et al., 1980; Baethmann et al., 1991; Hayes et al., 1991). Prostaglandin berperan pada terjadinya edema serebri melalui mekanisme (1) peningkatan permeabilitas kapiler serebral, (2) vasokonstriksi yang menyebabkan iskemia (Yamamoto et al., 1972), dan (3) potensiasi dari senyawa lain seperti serotonin dan katekolamin.
Gambar 2.2 Pelepasan MPO oleh Sel-sel Imunokompeten pada sistem SDO (sawar darah otak) (Ke Ding., et al., 2014).
(52)
Proses terjadinya edema serebri diantarai oleh beberapa mediator di antaranya adalah aquaporin (AQP) dan sitokin. Aquaporin adalah kunci utama terjadinya edema serebri (Manley et al., 2000; Papadopoulos dan Verkman, 2008; Taya et al., 2008). Beberapa studi mendapatkan peningkatan kadar AQP pascacedera kepala dan peranannya pada kejadian edema serebri (Manley et al., 2000) sehingga penggunaan agen penghambat AQP diduga berperan dalam pengendalian edema serebri (Taya et al., 2008). Namun, beberapa studi lain mendapatkan bahwa perubahan kadar AQP ini berhubungan dengan jenis edema (Ghabriel et al., 2006; Papadopoulos et al., 2004, Sun et al., 2003). Penelitian pada hewan coba dengan iskemia serebral mendapatkan, bahwa hambatan ekspresi AQP berhubungan dengan penurunan tingkat edema dan luas area infark, serta peningkatan status fungsional. Keadaan ini terjadi pada edema sitotoksik. Hasil yang berbeda didapatkan pada edema vasogenik, yang luasnya edema meningkat saat dihambatnya AQP. Hasil ini menunjukkan bahwa AQP bermanfaat dalam menekan terjadinya edema vasogenik (Papadopoulos et al., 2004). Studi eksperimental mendapatkan adanya peningkatan kadar AQP4 pada sel glia dan penurunan kadar AQP4 perivaskular terhadap terjadinya edema vasogenik (Ghabriel et al., 2006). Yang patut menjadi perhatian adalah penurunan gejala edema dan perbaikan status fungsional berhubungan dengan kembalinya AQP4 ke dalam keadaan normal. Kecepatan perbaikan kadar AQP4 setelah penatalaksanaan mengindikasikan adanya modifikasi posttranslational
(53)
yang berperan pada sintesis protein (Taya et al., 2009). Peningkatan kadar cairan jaringan otak ditunjukkan oleh komponen vaskular sebagai tempat pergeseran kompartemen sitotoksik. Hambatan AQP channel berperan pada keadaan edema sitotoksik, tetapi tidak pada edema vasogenik, karena AQP channel melekat pada dinding sel.
Selain AQP, terdapat matriks metalloproteinase (MMP) yang berperan saat terjadinya edema serebri. Matriks metalloproteinase adalah enzim endopeptidase zinc-dependent yang berperan dalam perbaikan jaringan pada berbagai keadaan patologis. Regulasi MMP sangat kompleks dan terkontrol. Hilangnya kontrol regulasi sangat berperan dalam patofisiologi kerusakan sinaps dan SDO pada cedera kepala, stroke, dan neurodegenerasi (Rosenberg dan Yang, 2007; Candelario-Jalil et al., 2009; Ding et al., 2009; Rosenberg, 2009). Peran MMP dalam edema serebri adalah kemampuannya dalam memecah berbagai jenis protein matriks ekstraselular termasuk protein lamina basal neurovaskular dan protein tight junction SDO (Grossetete et al., 2009; Hayashi et al., 2009; Vajtr et al., 2009). Kadar MMP terutama MMP2, MMP3, dan MMP9 meningkat pada keadaan cedera kepala (Falo et al., 2006; Vilalta et al., 2008; Hayashi et al., 2009). Ketiganya menyebabkan kerusakan akut SDO, edema vasogenik, dan bahkan kematian sel. Peningkatan kadar MMP9 yang terjadi secara temporer berhubungan dengan kebocoran SDO dan terbentuknya edema (Gasche et al., 1999; Asahi et al., 2001). Sejalan dengan ini, defisiensi gen MMP9 pada hewan coba menunjukkan
(54)
efek protektif pada cedera kepala dengan iskemia fokal dan global (Wang et al., 2000; Asahi et al., 2001; Gidday et al., 2005). Defisiensi gen MMP9 ini menurunkan kebocoran SDO dan pembentukan edema, menurunkan respons inflamasi, serta meningkatkan integritas membran sel dan status fungsional (Fujimoto et al., 2008; Vajtr et al., 2009, Homsi et al., 2009; Tejima et al., 2009).
Mediator lain untuk edema serebri adalah zat vasoaktif. Zat vasoaktif dapat meningkatkan permeabilitas SDO dan mengakibatkan edema serebri (Abbott, 2000). Studi terbaru menyatakan bahwa zat vasoaktif yang berperan tidak hanya mediator inflamasi klasik, tetapi juga mediator inflamasi neurogenik. Salah satu contoh zat inflamasi klasik adalah bradikinin, yaitu anggota kelompok kinin yang berperan penting pada terjadinya edema serebri (Plesnila et al., 2001). Bradikinin dibentuk dari pembelahan kininogen oleh kalikrein. Dengan bantuan enzim peptida, bradikinin menghantarkan sinyalnya melalui dua subtipe reseptor bradikinin, yaitu reseptor B1 dan B2. Kadar bradikinin meningkat maksimal pada dua jam pertama pascatrauma dan kedua reseptornya meningkat signifikan pada 24 jam pertama pascatrauma. Meskipun kedua reseptor ini meningkat, hanya supresi reseptor B2 saja yang secara bermakna mengurangi edema dan meningkatkan status fungsional pascaedema (Trabold et al., 2010). Pemberian antagonis reseptor B2 berperan dalam menurunkan tekanan intrakranial (TIK) dan volume kontusio pada hewan coba (Plesnila et al., 2001; Zausinger et al., 2003; Zweckberger dan
(55)
Plesnila, 2009; Su et al., 2009). Anggota lain dari keluarga kinin adalah takikinin, yaitu sebuah mediator peptida yang berperan pada inflamasi neurogenik.
Inflamasi neurogenik adalah proses yang terdiri atas vasodilasi, ekstravasasi plasma, dan hipersensitivitas neuronal yang disebabkan oleh penglepasan neuropeptida dari neuron sensorik (Geppetti et al., 1995). Neuropeptida yang telah teridentifikasi berperan pada inflamasi neurogenik adalah calcitonin gene-related peptide (CGRP), CGRP ini berperan pada vasodilasi yang senyawa P-nya meningkatkan ekstravasasi protein plasma (Nimmo et al., 2004).
Ada keterkaitan langsung antara aliran darah otak (ADO) dan metabolisme tubuh. Penurunan ADO berhubungan dengan hipoksia dan glikolisis anaerob. Hipoksia dapat menimbulkan gangguan SDO melalui berbagai mekanisme yang diperantarai oleh VEGF, NO, dan respon inflamasi. Hipoksia memicu peningkatan produksi Vascular endothelial growth factor (VEGF) yang berakibat pada peningkatan permeabilitas vaskular dan pembentukan edema. VEGF diketahui berikatan dengan reseptor VEGF di pembuluh darah area iskemik dan berperan pada gangguan dan kebocoran SDO (Zhang et al., 2000; Zhang et al., 2002). Nitric oxide diketahui dapat memodulasi aliran ion, zat gizi, dan molekul-molekul lain, serta meregulasi fungsi SDO (Janigro et al., 1994). Produksi NO yang berlebih dapat meningkatkan aliran darah dan permeabilitas SDO (Shukla et al., 1996; Thiel dan Audus, 2001). Keadaan
(56)
iskemia-hipoksia meningkatkan produksi prostaglandin dan kinin. Kedua mediator ini selanjutnya menginisiasi respon inflamasi yang dapat berakibat pada gangguan SDO (Zach et al., 1997; Yang et al., 1999; Saleh et al., 2004). Kemokin dan sitokin yang diproduksi oleh sel glia dan endotel pada saat iskemia-hipoksia meningkatkan migrasi limfosit melalui SDO dan juga permeabilitas pembuluh darah (Zach et al., 1997; Gong et al., 1998; Weiss et al., 1998; Prat et al., 2001). Selain itu, respon inflamasi dapat mengaktivasi caspase, translokase, dan endonuklease yang dapat menginisiasi perubahan membran dan nukleosom DNA secara progresif. Hipoksia juga menyebabkan penglepasan beberapa neurotransmitter, seperti glutamat dan aspartat. Neurotransmiter ini akan mengaktivasi reseptor ionotropik dan metabotropik. Akibat dari ini akan terjadi influks ion kalsium (Ca) dan ion natrium (Na), serta efluks ion kalium (K). Influks ion Ca menimbulkan proses katabolisme intraselular, aktivasi enzim lipid peroksidase, akumulasi asam lemak bebas, dan radikal bebas. Untuk glikolisis anaerob, keadaan ini menyebabkan deplesi adenosin trifosfat (ATP) dan terganggunya pompa ion energy dependent di otak. Glikolisis anaerob ini juga berhubungan dengan akumulasi asam laktat dan peningkatan permeabilitas membran yang berakibat pada edema serebri.
Tujuan penatalaksanaan edema serebri adalah menjaga aliran darah otak (ADO) regional dan global untuk memenuhi kebutuhan metabolisme otak dan mencegah cedera sekunder dari iskemia serebri.
(57)
2.1.2 Sel Mikroglia
Mikroglia dapat dianggap sebagai sel imun dari sistem saraf pusat, yang berperan setara dengan sel fagosit mononuklear yang ada pada jaringan soma (Gonzales-Scarano dan Baltuch, 1999), yakni immun surveillance dan pertahanan tubuh terhadap invasi berbagai proses infeksi. Namun demikian, jika mikroglia teraktivasi sebagai respon terjadinya proses inflamasi, mikroglia aktif akan mengalami berbagai proses diferensiasi, proliferasi, dan menghasilkan berbagai faktor proinflamasi.
Mikroglia yang aktif akan mensekresi berbagai faktor proinflamasi dan neuroinflamasi yang bersifat neurotoksik. Faktor-faktor ini bila tidak dikendalikan maka akan menimbulkan kerusakan yang luas (Liu dan Hong, 2002). Proses aktivasi mikroglia diawali oleh inflamasi sel dan jaringan akibat adanya lesi dan/atau iskemia. Mikroglia aktif akan melepaskan glial derived neurotrophic factor, TNFα, IL-1 , IL-6, NO, superoxide, eikosanoid, asam kuinolat, plasminogen, dan nuclear factor (NF)κB (Shigemoto-Mogami et al., 2001; Suzuki et al., 2004). Nuclear factor (NF)κB adalah suatu faktor transkripsi yang bila teraktivasi akan mengaktifkan TNFα. TNFα aktif akan meningkatkan ekspresi sitokin proinflamasi lain, seperti IL-1 , IL-6, dan IL-8. Hasilnya dapat dipahami jika aktivasi mikroglia tidak terkendali, dapat menimbulkan kerusakan jaringan otak yang luas.
(58)
Ada berbagai metode dalam mengendalikan aktivasi mikroglia seperti mekanisme cell adhesion molecules (CAM) oleh neuron (McMillian et al., 1994), penggunaan reseptor antagonis opioid dan golongan steroid (Kong et al.,1997), mekanisme vasoactive intestinal peptide (VIP), dan aktivasi sitokin antiinflamasi, seperti TGF dan IL-10 melalui mekanisme mikroglia-deactivating factor (Delgado dan Ganea, 2003).
2.1.3 Malondialdehyde
Malondialdehyde (MDA) adalah senyawa organik dengan rumus CH2(CHO)2. Struktur senyawa ini lebih kompleks dan sangat reaktif, terjadi secara alami, dan merupakan penanda stres oksidatif (Romieu et al., 2008).
Malondialdehyde utama terdapat dalam bentuk enol dengan rumus kimianya :
CH2(CHO)2 Hoch = CH-CHO
Malondialdehyde merupakan senyawa golongan sebagai hasil produksi proses lipid peroksida, yang bersifat toksik pada sel. Malondialdehyde dapat diukur degan metode Thibarbituric Acid Reactive Substance (TBARS). Nilai stres oksidatif berdasarkan reaksi asam thibarbiturat pada suhu 1000C akan menghasilkan krofor berwarna merah muda yang dapat dibaca pada panjang gelombang 532 m (Halliwell and Gutterge, 1999).
Malondialdehyde merupakan senyawa yang sangat reaktif yang tidak biasa diamati dalam bentuk murni. Di Laboratorium dapat dihasilkan
(59)
hidrolis dari 1,1,3,3-tetramethoxypropane, yang tersedia secara komersial. Hal ini memudahkan hilangnya proton dalam memberikan garam sodium dari enolat (mp 2450C). Spesies oksigen reaktif menurunkan lipid polyunsaturated, dan membentuk Malondialdehyde. Senyawa ini merupakan aldehida reaktif dan merupakan salah satu spesies yang memiliki banyak elektrofil reaktif. Akibatnya dapat menimbulkan stres toksid dalam sel, dan membentuk protein kovalen adduct yang disebut akhir lipoxidation sebagai lanjutan produk Advance Lipoxidation End-product (ALE), dan mengakhiri glikasi maju-produk Advance Glicostatin End-product (AGE). Produksi aldehida ini digunakan sebagai biomarker untuk mengukur tingkat stres oksidatif dalam organisme. Malondialdehyde bereaksi dengan deoxyadenosine dan deoxyguanosine dalam DNA, serta membentuk DNA M1G yang mutagenik (Hall, 1995).
Malondialdehyde (MDA) adalah suatu senyawa yang berasal dari peroksidasi lipid dan biosintesis eicosanoid. Keduanya terdapat dalam matriks biologis dalam bentuk bebas dan terikat kepada SH atau kelompok NH2 dari berbagai biomolekul. Meskipun senyawa lain (isoprostance) telah diusulkan sebagai indikator yang lebih dapat diandalkan untuk menganalisis kerusakan oksidatif, MDA masih banyak digunakan di laboratorium kimia klinis untuk memantau stres oksidatif. Beberapa metode telah dikembangkan untuk mengevaluasi MDA dalam sampel biologis, tetapi kondisi analitis yang berbeda yang digunakan dan belum ada standar internal yang sesuai telah menyebabkan perbedaan
(60)
besar dalam pengukuran, bahkan pada konsentrasi fisiologis MDA plasma manusia (Cighetti etal., 2002).
2.1.3.1 Malondialdehyde (MDA) sebagai produk hasil Stres Oksidatif
Radikal bebas dihasilkan selama proses fisiologis normal. Namun pelepasannya meningkat pada keadaan iskemia, reperfusi, reaksi inflamasi, dan penyakit neuro-degeneratif. Sumber-sumber endogen pembentukan radikal bebas meliputi sistem NADPH oksidase, reaksi fosforilasi oksidatif, enzim oksidasi dan metabolisme arakhidonat, sedangkan sumber oksigennya adalah radiasiionisasi, merokok, alkohol, paparan polutan, sinar ultraviolet, dan radiasiterionisasi (Droge, 2002).
Pada proses inflamasi terdapat peranan neutrophil yang dapat memproduksi oksigen radikal dengan peningkatan enzim NADPH oksidase dan mieloperoksidase. Peningkatan produksi radikal beriringan dengan peningkatan enzim NADPH oksiadase dan mieloperoksidase. Peningkatan produksi radikal bebas pada kondisi febris, asma, rheumatoid arthritis, SLE, psoriasis berhubungan dengan adanya proses inflamasi. Pada penderita DM peningkatan produksi radikal bebas disebabkan oleh beberapa mekanisme. Hiperglikemia mengakibatkan peningkatan produksi superoksid pada mitokondria II yang kompleks, autooksidasi glukosa juga menghasilkan superoksid dan kemudian terjadi peningkatan LDL yang teroksidasi dalam sel endotel. Stres mekanik pada hipertensi akan menginduksi translokasi p47 phox dan kemudian terjadi aktivasi NADPH oksidase. Aktivasi reseptor AT1 oleh angiotensis II juga mengakibatkan
(61)
teraktivasinya NADPH oksidase dan superoksid diproduksi akibat aktivasi oleh 12-LO (lipooksigenase) dalam vasculer smooth muscle cell (VSMCs). Pada hiperkolesterolemia produksi ROS dan LDL teroksidasi (Ox-LDL) berhubungan dengan NaDPH oksidase pada subunit p22 phox. ROS yang diproduksi akibat aktivasi NaDPH oksiadse meningkat secara bermakna dan secara progresif mencapai kadar puncak saat terjadi dekompensasi kordis (Ardhibatla et al., 2003).
Penelitian yang dilakukan oleh Walter et al., didapatkan adanya peningkatan kadar MDA dengan metode TBARS pada perokok, hipertensi, hiperlipidemia dan diabetes melilitus. (Walter et al., 2004). Kadar MDA juga meningkat pada penyakit asma, rheumatoid arthritis dan preeklamsia. (Ladecola and Zhang, 1995).
Endogenous sources Environmental sources Mitochondrial leak Free radical production cigarette smoke
Respiratory burst pollutants
Enzyme reactions UV light
Autooxidation reactions O2- , H2O2 ionising radiation
xenobiotics
Transition
Metals
Fe2+, Cu+
OH
Lipid peroxidation Modified DNA bases Protein damage
Tissue damage
Gambar 2.3 Sumber Eksogen dan Endogen Radikal Bebas (Young and Woodside)
(1)
Lampiran 1
ANOVA
Sum of Squares df Mean Square F Sig.
MDA
Between Groups 666.889 2 333.444 85.336 .000
Within Groups 93.778 24 3.907
Total 760.667 26
MYELOPEROXIDASE
Between Groups 872.000 2 436.000 100.615 .000
Within Groups 104.000 24 4.333
Total 976.000 26
VEGF
Between Groups 102.889 2 51.444 15.476 .000
Within Groups 79.778 24 3.324
Total 182.667 26
AQP-4
Between Groups 488.296 2 244.148 70.128 .000
Within Groups 83.556 24 3.481
Total 571.852 26
Diameter_PD_mm
Between Groups 1.881 2 .941 127.846 .000
Within Groups .177 24 .007
Total 2.058 26
MIKROGLIA
Between Groups 1408.222 2 704.111 204.970 .000
Within Groups 82.444 24 3.435
(2)
Post Hoc Tests
Multiple Comparisons
Bonferroni Dependent Variable
(I) Kelompok (J) Kelompok Mean
Difference (I-J)
Std. Error
Sig. 95% Confidence Interval
Lower Bound Upper Bound
MDA
KONTROL PLACEBO -11.77778
* .93183 .000 -14.1760 -9.3796
MELATONIN -3.22222* .93183 .006 -5.6204 -.8240
KONTROL (-) KONTROL 11.77778
*
.93183 .000 9.3796 14.1760
MELATONIN 8.55556* .93183 .000 6.1574 10.9538
MELATONIN KONTROL 3.22222
* .93183 .006 .8240 5.6204
PLACEBO -8.55556* .93183 .000 -10.9538 -6.1574
MYELOPER OXIDASE
KONTROL PLACEBO -12.66667
*
.98131 .000 -15.1922 -10.1411
MELATONIN -1.33333 .98131 .561 -3.8589 1.1922
KONTROL (-) KONTROL 12.66667
*
.98131 .000 10.1411 15.1922
MELATONIN 11.33333* .98131 .000 8.8078 13.8589
MELATONIN KONTROL 1.33333 .98131 .561 -1.1922 3.8589
PLACEBO -11.33333* .98131 .000 -13.8589 -8.8078
VEGF
KONTROL PLACEBO -2.55556
* .85947 .020 -4.7675 -.3436
MELATONIN 2.22222* .85947 .049 .0103 4.4342
KONTROL (-) KONTROL 2.55556
* .85947 .020 .3436 4.7675
MELATONIN 4.77778* .85947 .000 2.5658 6.9897
MELATONIN KONTROL -2.22222
*
.85947 .049 -4.4342 -.0103
PLACEBO -4.77778* .85947 .000 -6.9897 -2.5658
AQP_4
KONTROL PLACEBO -9.77778
*
.87958 .000 -12.0415 -7.5141
MELATONIN -1.77778 .87958 .164 -4.0415 .4859
KONTROL (-) KONTROL 9.77778
*
.87958 .000 7.5141 12.0415
MELATONIN 8.00000* .87958 .000 5.7363 10.2637
MELATONIN KONTROL 1.77778 .87958 .164 -.4859 4.0415
PLACEBO -8.00000* .87958 .000 -10.2637 -5.7363
Diameter_PD _mm
KONTROL PLACEBO -.62756
* .04044 .000 -.7316 -.5235
MELATONIN -.17889* .04044 .001 -.2830 -.0748
KONTROL (-) KONTROL .62756
*
.04044 .000 .5235 .7316
MELATONIN .44867* .04044 .000 .3446 .5527
MELATONIN KONTROL .17889
*
.04044 .001 .0748 .2830
PLACEBO -.44867* .04044 .000 -.5527 -.3446
MICROGLIA
KONTROL PLACEBO -17.22222
*
.87371 .000 -19.4708 -14.9736
MELATONIN -5.11111* .87371 .000 -7.3597 -2.8625
KONTROL (-) KONTROL 17.22222
*
.87371 .000 14.9736 19.4708
MELATONIN 12.11111* .87371 .000 9.8625 14.3597
MELATONIN KONTROL 5.11111
*
.87371 .000 2.8625 7.3597
(3)
Bootstrap for Multiple Comparisons
Bonferroni Dependent Variable
(I) Kelompok (J) Kelompok Mean Difference
(I-J)
Bootstrapa
Bias Std. Error 95% Confidence Interval
Lower Upper
MDA
KONTROL PLACEBO -11.77778 .00000 .00000 -11.77778 -11.77778
MELATONIN -3.22222 .00000 .00000 -3.22222 -3.22222
KONTROL (-) KONTROL 11.77778 .00000 .00000 11.77778 11.77778
MELATONIN 8.55556 .00000 .00000 8.55556 8.55556
MELATONIN KONTROL 3.22222 .00000 .00000 3.22222 3.22222
PLACEBO -8.55556 .00000 .00000 -8.55556 -8.55556
MYELOPE ROXIDASE
KONTROL PLACEBO -12.66667 .00000 .00000 -12.66667 -12.66667
MELATONIN -1.33333 .00000 .00000 -1.33333 -1.33333
KONTROL (-) KONTROL 12.66667 .00000 .00000 12.66667 12.66667
MELATONIN 11.33333 .00000 .00000 11.33333 11.33333
MELATONIN KONTROL 1.33333 .00000 .00000 1.33333 1.33333
PLACEBO -11.33333 .00000 .00000 -11.33333 -11.33333
VEGF
KONTROL PLACEBO -2.55556 .00000 .00000 -2.55556 -2.55556
MELATONIN 2.22222 .00000 .00000 2.22222 2.22222
KONTROL (-) KONTROL 2.55556 .00000 .00000 2.55556 2.55556
MELATONIN 4.77778 .00000 .00000 4.77778 4.77778
MELATONIN KONTROL -2.22222 .00000 .00000 -2.22222 -2.22222
PLACEBO -4.77778 .00000 .00000 -4.77778 -4.77778
AQP_4
KONTROL PLACEBO -9.77778 .00000 .00000 -9.77778 -9.77778
MELATONIN -1.77778 .00000 .00000 -1.77778 -1.77778
KONTROL (-) KONTROL 9.77778 .00000 .00000 9.77778 9.77778
MELATONIN 8.00000 .00000 .00000 8.00000 8.00000
MELATONIN KONTROL 1.77778 .00000 .00000 1.77778 1.77778
PLACEBO -8.00000 .00000 .00000 -8.00000 -8.00000
Diameter_P D_mm
KONTROL PLACEBO -.62756 .00000 .00000 -.62756 -.62756
MELATONIN -.17889 .00000 .00000 -.17889 -.17889
KONTROL (-) KONTROL .62756 .00000 .00000 .62756 .62756
MELATONIN .44867 .00000 .00000 .44867 .44867
MELATONIN KONTROL .17889 .00000 .00000 .17889 .17889
PLACEBO -.44867 .00000 .00000 -.44867 -.44867
MICROGLI A
KONTROL PLACEBO -17.22222 .00000 .00000 -17.22222 -17.22222
MELATONIN -5.11111 .00000 .00000 -5.11111 -5.11111
KONTROL (-) KONTROL 17.22222 .00000 .00000 17.22222 17.22222
MELATONIN 12.11111 .00000 .00000 12.11111 12.11111
MELATONIN KONTROL 5.11111 .00000 .00000 5.11111 5.11111
PLACEBO -12.11111 .00000 .00000 -12.11111 -12.11111
(4)
Correlations
Correlations
VEGF AQP_4
VEGF
Pearson Correlation 1 .579**
Sig. (2-tailed) .002
N 27 27
Bootstrapb
Bias 0 .000
Std. Error 0 .000
95% Confidence Interval Lower 1 .579
Upper 1 .579
AQP_4
Pearson Correlation .579** 1
Sig. (2-tailed) .002
N 27 27
Bootstrapb
Bias .000 0
Std. Error .000 0
95% Confidence Interval Lower .579 1
Upper .579 1
**. Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed).
b. Unless otherwise noted, bootstrap results are based on 1000 stratified bootstrap samples
(5)
Kelompok CK
CK+Melatonin
r
2=0.718
sig=0.00
(6)