Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala DISERTASI KHAIRUL IHSAN NASUTION NIM: 108102020

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 2014

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

  2014

  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

  Medan 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

  : 108102020

  NIM

  : Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran

  Program Studi

  

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

  Tanggal lulus : 03 Desember 2014

  

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 (Khairul Ihsan Nasution)

  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

  Allah akan mengangkat (derajat) orang yang beriman diantara kamu dan orang yang diberi Ilmu Pengetahuan beberapa derajat.

  (QS Al Mujaadalah (58):11)

Tiada keberhasilan dapat diperoleh tanpa kerja keras, kesungguhan

dan pengorbanan

  (Khairul Ihsan Nasution) 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, 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

  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, Sp.OG(K) yang telah memberi masukan dan menyetujui penelitian ini, serta menerbitkan Persetujuan Komisi Etik tentang Pelaksanaan 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 Dandenkesyah IM. 04.01 LSW, yang telah memberi izin dan keluangan waktu bagi saya untuk mengikuti Program Studi S-3 di FK USU.

  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 yang saleh dan saleha. Juga ucapan terima kasih kepada saudara- saudara saya Ir. H. Ahmad Syafri Nasution MMA, H. Muhammad Syafran 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

  Khairul Ihsan Nasution USU

  : Bedah Saraf FK Airlangga Surabaya 6. 2010 : Pendidikan Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran FK

  9. Telp.Rumah/HP : 061-5535030/081361080738

  : Fakultas Kedokteran USU Medan 5. 2002

  : SMA Negeri 10 Medan 4. 1989

  : SD Nahdlatul Ulama Medan 2. 1983 – 1986 : SMP Negeri 15 Medan 3. 1986

  1. 1978

  B. Riwayat Pendidikan

  10. E-mail : qiconnast@yahoo.com

  8. Alamat Rumah : Pahlawan No. 52/77 Medan

  A. Identitas Pribadi

  7. Pekerjaan : TNI-AD

  6. Jabatan : DANDENKESYAH IM.04.01 LSW

  5. Pangkat/Golongan : Letkol Ckm

  4. N R P : 11950008620771

  3. Agama : Islam

  2. Tempat.Tanggal lahir: Medan, 15 Juli 1971

  1. Nama : dr. Khairul Ihsan Nasution, SpBS

• – 1983
• – 1989
• – 1997
• – 2007

  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. 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

  RINGKASAN

  Cedera kepala merupakan salah satu kondisi yang sangat 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).

  Apabila edema serebri pada cedera kepala tidak ditangani dengan baik, akan mengakibatkan terjadinya peningkatan tekanan intrakranial 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.

  Po K0 O-0 P1 P AR K1 O-1 K2 P2

  2O-

  2 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

  Po : Perlakuan tidak ada P1 : Perlakuan cedera kepala tanpa 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 bahwa penurunan MDA tidak hanya terjadi pada sel-sel mikroglia, tetapi juga pada jaringan otak, terutama di sekitar area induksi cedera kepala. 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.

  

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 give the optimum result, therefore to cure cerebral edema, giving Melatonin is developed. 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 P0 : Trial of experimental animal without head injury P1 : Trial of experimental animal with head injury weren't given Melatonin 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 that MDA reduction doesn't only occur in microglia cells, but also in brain tissue, especially around induction of head injury area. 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.

  

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.

  

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. 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

  

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

  2.2. Melatonin .................................................................... 41

  3.2.6 Identifikasi Variabel .......................................... 71

  5.3 Melatonin Menghambat Pembentukan AQP Sawar Darah Otak ................................................................. 93

  5.2 Melatonin Menghambat Pembentukan MPO Sel Mikroglia ..................................................................... 92

  5.1 Melatonin Menghambat Pembentukan MDA Sel Mikroglia ..................................................................... 90

  88

  4.5 Status Oksidan MDA dan MPO Jaringan Otak ........... 82 BAB V PEMBAHASAN ..................................................................

  4.4 Studi Imunohistokimia AQP-4 dan VEGF Sawar Darah Otak ................................................................. 79

  4.3 Distribusi Sel Mikroglia jaringan otak Model Cedera Kepala dengan Paparan Melatonin ............................. 77

  4.2 Pemberian Melatonin terhadap Gambaran Histologis Jaringan Otak Pascacedera Kepala ........... 75

  4.1 Karakteristik Subjek Penelitian ................................... 74

  BAB IV HASIL DAN ANALISIS ....................................................... 74

  3.4 Lokasi dan Waktu Penelitian ...................................... 73

  3.3 Etika Penelitian ........................................................... 73

  3.2.7 Definisi Operasional Penelitian ........................ 71

  3.2.5 Kerangka Operasional ..................................... 70

  2.2.1 Metabolisme dan Biosintesis Melatonin ........... 41

  3.2.4 Cara Kerja dan Alur Penelitian ......................... 62

  3.2.3 Perkiraan Besar Sampel .................................. 61

  3.2.2 Sampel ............................................................. 61

  3.2.1 Populasi ........................................................... 61

  3.2 Populasi dan sampel .................................................. 61

  3.1 Desain Penelitian ........................................................ 60

  BAB III METODE PENELITIAN ...................................................... 60

  2.5 Kerangka Konseptual ................................................. 59

  2.4 Hipotesis Penelitian .................................................... 58

  2.3 Kerangka Teori ........................................................... 56

  2.2.6 Peran Melatonin pada penurunan Edema Serebri.............................................................. 49

  2.2.5 Bioavailabilitas Melatonin ................................. 48

  2.2.3 Fungsi Melatonin .............................................. 44

  2.2.2 Regulasi Melatonin ........................................... 43

  5.4 Melatonin Menghambat Pembentukan VEGF dan Hubungannya dengan AQP SDO ............................... 95

   BAB VI SIMPULAN DAN SARAN ...................................................

  98

  6.1 Simpulan ..................................................................... 98

  6.2 Saran ......................................................................... 99

  DAFTAR PUSTAKA ......................................................................... 100 LAMPIRAN

  DAFTAR TABEL No Tabel Halaman

  4.1 Hasil dan analisa data Berat Badan Tikus .......................... 74

  4.2 Rerata Uji Anova kadar MDA jaringan Otak ........................ 83

  

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 Otak ................................................................................ 77

  4.5 Gambaran imunohistokimia Sel Mikroglia jaringan otak Pascacedera Kepala ....................................................... 78

  4.6 Gambar histogram jumlah Sel Mikroglia jaringan otak .... 78 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 jaringan otak ................................................................... 87

  AQP-4 : Aquaporin-4 AQP : Aquaporin 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 RFA : Respon Fase Akut

  ROS : Reactive Oxygen Species SAM : S-adenosil-metionin SDO : Sawar Darah Otak SDR : Sawar Darah Retina 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 β

  : Tumor Growth Factor β

  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