Bab 2 TINJAUAN PUSTAKA. terutama saat periode neonatus. Salah satu kemajuan tersebut adalah pemahaman

ADLN- PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA

6

Bab 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Perkembangan Otak Bayi Prematur Kemajuan teknologi dalam bidang perkembangan otak anak usia dini, diharapkan menghasilkan berbagai langkah intervensi dini yang lebih efektif terutama saat periode neonatus. Salah satu kemajuan tersebut adalah pemahaman mekanisme perkembangan telencephalon manusia. Masa gestasi yang terputus sebelum waktu normal, pada kelahiran bayi prematur, menyebabkan disrupsi perkembangan telencephalon dan berbagai akibat jangka pendek dan panjang.

2.1.1 Perkembangan otak bayi baru lahir 2.1.1.1 Perkembangan awal telencephalon Telencephalon merupakan sebuah struktur kompleks yang aktif, terbentuk pada periode mid-gestasi, dengan komponen paling rawan adalah pada saat perkembangan oligodendrosit dan akson. Lapisan preplate-korteks (primordial plexiform layer) manusia terbentuk saat usia gestasi 4-7 minggu, memanjang di dalam intermediate zone (IZ) antara ventricular zone (VZ) dengan marginal zone (MZ) (Robinson, 2007) (Gambar 2.1). Neuron yang mencapai tahap dewasa terlebih dahulu, terbentuk secara tangensial, memanjang di antara lapisan preplate dan zone ventricular. Sejak usia 7 minggu, dengan terbentuknya lempeng korteks maka lapisan preplate-korteks mulai terbagi menjadi dua, superficial marginal zone (sebagai cikal bakal korteks layer-I) dan lapisan subplate-korteks (Bystron et al., 2005).

6 DISERTASI

MEKANISME KUALITAS GENERAL ......

AHMAD SURYAWAN


7

Gambar 2.1 Skema representasi perkembangan telencephalon manusia (Dikutip dari Robinson, 2007) Lapisan cortical intermediate zone (cikal bakal white matter), terbentuk di antara subplate dan subventricular zone, berisi neuron yang migrasi untuk pembentukan akson. Peneliti membagi lapisan subplate secara histologik, sesuai dengan densitasnya: lapisan upper subplate dengan densitas lebih padat dan lower subplate dengan densitas lebih longgar (Kostovic dan Rakic, 1990). Lapisan lower subplate bersatu dengan intermediate zone untuk membentuk area dalam dari white matter. Area korteks ventrolateral matur terlebih dahulu sebelum area korteks dorsolateral. Neuron pengarah (pioner) mulai muncul dari dalam subventricular zone (germinal matrix), dan mengalami proliferasi pada periode usia 8-16 minggu.

Neeuron pioner migrasi ke arah

lapisan korteks melalui lapisan subplate-korteks, mulai usia 12 sampai 20 minggu

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


8

Lapisan korteks terbentuk dengan urutan dari dalam ke luar. Neuron yang tiba terlebih dahulu, membentuk korteks layers V dan VI. Lapisan korteks superfisial, terbentuk kemudian (Allendoerfer dan Shatz, 1994). Berbagai proses tersebut, terjadi selama periode mid-gestasi, dan sangat rawan bila bayi lahir prematur.

2.1.1.2 Perkembangan oligodendrosit telencephalon Proses maturasi sel oligodendrosit melalui tahapan spesifik, dengan pola regulasi waktu secara spatial dan temporal untuk menjamin kecukupan jumlah oligondrosit selama proses mielinisasi akson. Pada otak manusia, sel prekusor oligodendrosit (OPCs) muncul dari jaringan gangilonik khusus, bermigrasi ke zona subventricular zone, dan mengalami proliferasi selama periode mid-gestasi. OPCs menyebar ke dalam zona intermediate dan area korteks selama kehamilan trimester-3 (Spassky et al., 1998). Sel pro-oligodendrosit (O4+ late-OPCs) mengumpul di lapisan subplate. Sel untuk pre-mielinisasi terkonsentrasi di zona intermediate, dan hanya sedikit sel oligodendroglial yang memasuki cortical plate. Pada periode pertengahan kedua kehamilan, sel O4+ prooligodendrocytes didominasi oleh sel matur. Petumbuhan sel oligodendrosit dan pembentukan mielin tergantung aktivitas aksonal. Mielinisasi di dalam telencephalon manusia berjalan pada periode sekitar 33 minggu (Back et al., 2001), bersamaan dengan periode puncak terjadinya WML (white-matter leucomalacia) .

2.1.1.3 Perkembangan akson Perkembangan akson mulai terjadi pada usia 23 minggu, pada area whitematter parietal. Periode puncak pemanjangan akson dari white matter ke korteks

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


9

terjadi pada usia 24 to 37 minggu, dan tepat bersamaan dengan puncak periode pembentukan WML (Haynes et al., 2005). Berbagai fakta tersebut menunjukkan bahwa perkembangan akson sebagian besar terjadi selama periode injury yang dipresipitasi kelahiran prematur. Akson yang mengalami kerusakan pada WML, menimbulkan pembentukan sirkuit abnormal.

2.1.1.4 Perkembangan Subplate Subplate merupakan lapisan temporer di dalam telencephalon, sangat penting dalam pembentukan lapisan korteks normal. Lapisan subplate, berisi neuron pioner, neuron yang terbentuk paling awal dan matur terlebih dahulu. Komponen neural lain di dalam lapisan subplate, oligodendrocytes dan neuron GABAergic, mengalami migrasi ke arah korteks (Chun, 1987). Pada manusia, subplate mulai terbentuk sejak usia gestasi 15 minggu, dan sebagian besar mengalami resolusi saat usia 6 bulan post-natal (Kostovic dan Rakic, 1990). Neuron di dalam subplate, berperan spesifik untuk beberapa hal: (1) Neuronsubplate memanjangkan akson pioner ke berbagai area. (McConell, 1994; Antonini dan Shatz, 1990; Chun dan Shatz, 1989; Wahle, 1987); (2) Neuronsubplate membentuk rangkaian sirkuit fungsional (Verney dan Derer, 1995; Hanganu, 2002); (3) Neuron-subplate sangat esensial untuk pengorganisasian korteks (Gosh, 1990); (4) Neuron-subplate regresi kembali pada periode postnatal (Robertson et al., 2000; Kostovic dan Rakic, 1980); (5) Neuron-subplate sangat rawan untuk mengalami kerusakan pada masa perinatal kelahiran bayi prematur (McQuillen dan Ferriero, 2004).

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


10

Neuron-subplate, berperan dalam pembentukan sirkuit talamo-kortikal dan inhibisi intra-kortikal pada periode maturasi. Pada awal perkembangan, proyeksi sirkuit dari talamus, melalui lapisan subplate, ke korteks layer 4. Pembentukan koneksi antara neuron-subplate dengan neuron-GABAergic dan exitatory di dalam korteks layer 4, melalui mekanisme sinaps. Pada masa tersebut, GABA mengalami depolarisasi, karena konsentrasi KCC2 rendah. Pada masa pertengahan perkembangan, terjadi maturasi sinaps talamo-kortikal. GABA mengalami hiperpolarisasi, karena konsentrasi KCC2 tinggi. Pada masa tersebut, reseptor GABAergic matur mengandung subunit α1 dan γ2, menggantikan subunit α2 and α3 (reseptor GABAergic immatur) (Kanold dan Luhmann , 2010) (Gambar 2.2(a)). Pada periode usia 3-6 bulan post-term, terjadi disolusi lapisan subplate. Reseptor mRNA α2 dan α3 diekspresikan tinggi, dan konsentrasi KCC2, α1, γ2, dan Glur1, tetap rendah. Hal tersebut menyebabkan inhibisi input yang masuk ke area korteks (Kanold dan Luhmann, 2010) (Gambar 2.2(b)).

Gambar 2.2 Skema representasi perkembangan subplate, (a) Awal perkembangan, (b) Periode disolusi (Dikutip dari Kanold dan Luhmann, 2010)

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


11

2.1.2 Disrupsi perkembangan otak bayi prematur dan konsekuensinya Kerusakan otak perinatal pada kelahiran prematur, tidak hanya melibatkan sel oligodendrosit dan mielinisasi akson. Proses tersebut, juga melibatkan neuron subplate dan neuron GABAergic, yang migrasi secara tangensial ke arah korteks. Kerusakan area korteks, menjadi penyebab langsung dan tidak langsung berbagai gangguan perkembangan kortikal, seperti gangguan koginitif dan perilaku (Volpe, 1996). Memahami mekanisme kerusakan pada masa perkembangan otak normal, diharapkan formulasi intervensi pada periode neonatus dapat efektif. Bayi prematur sangat rawan mengalami berbagai defisit neurologis. Cerebral palsy (CP), adalah gangguan motorik kronis non-progresif pada saat periode otak belum berkembang sempurna. CP sering digunakan sebagai alat ukur outcome penelitian intervensi, dan berbagai gangguan perkembangan kortikal seperti gangguan kognitif, epilepsi dan gangguan perilaku Bayi prematur, juga rawan mengalami gangguan penglihatan dan pendengaran. Prevalensi CP dan gangguan bicara pada bayi prematur, mencapai 19 dan 42% (Shapiro, 2004) Pada usia sekolah dan remaja, gangguan perkembangan akibat lahir prematur, lebih sering pada aspek kognisi dan perilaku. Bila tidak disertai kecacatan mayor (CP, kebutaan, tuli, dan retardasi mental), bayi prematur mempunyai insidens 3 kali lebih tinggi mengalami kegagalan prestasi sekolah dibanding bayi aterm. Pada studi jangka panjang, bayi prematur ketika berusia 20 tahun, lebih banyak mengalami psychopathology dibanding bayi aterm. Sekitar 29% dari yang mengalami CP dan epilepsi, mempunyai IQ normal (IQ >70) (Anderson dan Doyle, 2004; Gardner et al., 2004; Hack et al., 2004; Carlsson, 2003)

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


12

2.2 Metode Penilaian Kualitas General Movements (GMs) 2.2.1 Sejarah dan Pengertian GMs Kemajuan ilmu fisio-pato-biologi molekuler, neurokimiawi, genetika, dan teknologi imaging, pada lebih dari dua dasawarsa terakhir, menyebabkan pemahaman mekanisme fungsi susunan saraf pusat berkembang pesat. Kemajuan pemahaman bidang neurofisologi, menyebabkan perubahan berbagai konsep kontrol motorik. Lebih dari satu abad lalu, mekanisme kontrol motorik otak dipahami dikontrol oleh mekanisme refleks (Sherrington, 1898; Brown dan Sherrington, 1912), berubah ke arah konsep pemahaman lebih maju. Saat ini, mekanisme gerakan motorik dipahami sebagai resultante aktivitas machinery kompleks batang otak atau spinal, di-modulasi melalui informasi aferen segmental dan dikontrol oleh jaringan neural supraspinal (Grillner et al, 1995) Kontrol motorik ritmis, seperti locomotion, respirasi, menghisap, dan mastikasi, didasarkan atas mekanisme kerja dari CPGs (central pattern generators), suatu neural networks yang terletak di batang otak atau spinal, dan dikontrol dari area supra-spinal melalui koneksi motorik descending (Grillner et al, 1995). Kerja GPGs bersifat otonom, tanpa informasi sensoris segmental atau supraspinal. Secara tipikal, CPGs tidak bekerja murni otonom, tetapi membutuhkan sinyal dari bagian lain sistem saraf. Untuk memicu aktivitas CPGs, hanya dibutuhkan input sensoris minimal atau substansi neuraktif minimal, seperti serotonin atau excitatory asam amino (Cazalets et al, 1992). Aktivitas supraspinal, diorganisir di dalam sebuah network besar, dimana area korteks secara fungsional terhubung secara langsung atau melalui koneksi intermediate subcortical (area striatum dan serebelum) (Alexander dan Cructcher, 1990; Hikosaka et al, 1999).

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


13

Perubahan konsep pemahaman kontrol motorik tersebut, berimbas kepada perubahan metode pemeriksaan dan penilaian neurologi perkembangan motorik pada usia dini. Perkembangan motorik tidak dipahami sebagai hasil peningkatan gradual sistem saraf, atau peningkatan kontrol kortikal dalam mekanisme ‘lower reflexes’. Saat ini, perkembangan motorik dipahami sebagai proses interaksi terus menerus antara basis genetik dan pengaruh lingkungan (Thelen, 1995; HaddersAlgra, 2000a dan 2000b). Fakta bahwa aktivitas gerakan spontan merupakan karakteristik fundamental sistem saraf dalam tahap perkembangan, menyadarkan klinisi bahwa observasi pola gerakan motorik mempunyai nilai penting untuk menilai integritas susunan saraf pusat anak usia dini (Prechtl, 1990 dan 2001; Hadders-Algra,

2005).

Aktivitas

neural

spontan

mempunyai

beberapa

konsekuensi, seperti gerakan spontan dan pertahanan jaringan korteks selama tahap perkembangan, ketika input sensoris tidak dapat diproses dengan adekuat (Penn dan Shatz, 1999; Khazipov dan Luhmann, 2006). Prechtl, 1990, seorang pioner dalam evaluasi kualitas gerakan spontan pada usia dini. Prechtl menemukan kualitas gerakan spontan janin dan bayi muda, dinamakan dengan kualitas General Movements (GMs), memberi informasi adekuat tentang integritas susunan saraf pusat di usia dini. Gerakan tersebut merupakan rangkaian gerakan motorik spontan, kecepatan dan amplitudo bervariasi, dan tidak mempunyai pola urutan tertentu, dari seluruh anggota tubuh janin atau bayi (Prechtl, 1990). Gerakan dalam GMs, mulai nampak saat usia janin hingga usia 3-6 bulan post-term (Prechtl, 1990; Hadders-Algra, 2004a). Intensitas, kekuatan, kecepatan dan onset GMs, sesuai dengan deskripsi perilaku aktivitas gerakan spontan jaringan neural pada tahap perkembangan (O’Donovan, 1999).

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


14

2.2.2 Penilaian GMs secara kualitas dibanding kuantitas Persepsi bahwa kuantitas gerakan intra uterin merupakan indikator kesehatan janin, menimbulkan bias pendapat bahwa penurunan atau peningkatan kuantitas gerakan bayi setelah lahir dapat dipakai sebagai indikator disfungsi otak usia dini. Penilaian GMs secara kuantitatif, tidak menghasilkan sebuah indikator yang sensitif untuk menggambarkan kondisi sistem saraf. Penilaian jumlah atau kuantitas gerakan janin selama periode kehamilan, menghasilkan perbedaan variabilitas intra- dan inter-individual yang besar. Demikian pula bila dilakukan perbandingan untuk bayi prematur dan aterm (Prechtl et al, 1979; Cioni et al, 1989). Perbandingan data kuantitatif perilaku motorik pada kelompok bayi prematur resiko tinggi dan resiko rendah, tidak berbeda signifikan. Kuantitas frekuensi dan durasi beberapa pola gerakan pada kelompok bayi resiko tinggi dengan lesi pada otak, tidak berbeda dibanding kelompok resiko rendah yang berkembang normal (Hines et al., 1980, Erkinjuntti, 1988). Tingkat kuantitas motilitas spontan bayi prematur IUGR tidak berbeda dengan bayi prematur resiko rendah. Tidak ada korelasi antara kuantitas gerakan bayi baru lahir dengan variabel obstetri yang menggambarkan kondisi janin, kecuali variabel frekuensi heart-rate janin yang mempunyai korelasi ringan dengan peningkatan insidens twitching pada minggu pertama baru lahir (Bos, 1997b). Analisis perubahan gerakan spontan secara kualitatif pada janin dan bayi dengan malformasi otak berat, lebih baik dibanding analisis secara kuantitatif (Visser et al, 1985; Ferrari et al, 1997). Dari berbagai fakta diatas, semakin jelas bahwa perubahan gerakan secara kuantitatif tidak dapat dipakai sebagai indikator yang sensitif adanya disfungsi neurologis.

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


15

2.2.3 Prosedur dan metode penilaian kualitas GMs Penilaian aktivitas motorik bayi paling mudah dilakukan secara observasi langsung dengan mata telanjang. Reliabilitas terbaik dicapai bila penilaian dilakukan melalui observasi rekaman video, yang lebih mempunyai kelebihan dalam hal: dapat dilakukan penilaian berulang dengan kecepatan video yang berbeda dan dapat disimpan untuk dokumentasi atau referensi di masa depan (Einspieler, 1997). Untuk penilaian GMs, dibutuhkan teknik rekaman dengan prosedur yang adekuat dan standar (Einspieler, 2004)

2.2.3.1 Posisi bayi dan status perilaku Bayi terlentang dalam posisi supine didalam inkubator, tempat tidur bayi atau sebuah matras yang diletakkan diatas lantai, tergantung dari usia bayi. Untuk alasan keamanan, tidak dianjurkan meletakkan bayi diatas meja. Hindari keberadaan pengasuh disamping bayi, karena dapat mengganggu atensi dan mempengaruhi aktivitas gerakan spontan yang dihasilkan. Bila diletakkan di dalam inkubator, dapat memakai popok tipis atau telanjang. Untuk bayi cukup bulan harus memakai baju yang tidak menghambat pergerakan kaki dan tangan. Suhu ruangan diusahakan dalam suhu netral sesuai dengan usia bayi, 36,5 – 37,5oC (Einspieler, 1997 dan 2004) Hal yang paling penting dalam penilaian kualitas GMs adalah menentukan status perilaku bayi yang benar saat dilakukan pengambilan rekaman, karena kualitas GMs dipengaruhi oleh status perilaku bayi (Hadders-Algra et al., 1993). Penentuan status perilaku hanya dilakukan untuk bayi berusia lebih dari 36-38 minggu PMA (Einspieler, 1997; Hadders-Algra, 2004a). Status perilaku paling

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


16

optimal untuk analisis kualitas GMs adalah ketika bayi nampak sadar sepenuhnya dan aktif bergerak, atau dalam skala Prechtl dikatagorikan sebagai Status-4 (Tabel 2.1) (Prechtl, 1974; Cioni, 1989).

Pada keadaan status-4, ketiga parameter

kualitas GMs – kompleksitas, variasi, dan fluensi – diekspresikan dengan jelas. Kualitas GMs normal dapat nampak seolah abnormal, bila tidak dalam keadaan status-4. Pada perekaman bayi dalam keadaan perilaku status-2, parameter utama kualitas GMs (kompleksitas dan variasi) dapat dievaluasi. Pada keadaan tersebut, penilaian harus dilakukan melalui perekaman video dengan durasi lebih panjang. Secara praktikal, penilaian kualitas GMs pada status perilaku bayi yang tidak optimal, dapat mengakibatkan kesalahan klasifikasi (Tabel 2.2) (Hadders-Algra, 2004a). Pada bayi prematur, pengambilan rekaman hanya pada saat terjadi gerakan (Einspieler, 1997). Pengambilan rekaman dihentikan sementara, bila bayi menangis berkepanjangan, “cegukan”, dan menghisap dot. Dalam keadaan nonnutritive sucking, tubuh bayi berada dalam posisi lengan tangan fleksi, jari menggenggam dan kaki ekstensi (Einspieler, 1997).

Tabel 2.1 Penggolongan status perilaku bayi menurut Prechtl Stadium

DISERTASI

Deskripsi Perilaku

1

Mata tertutup, respirasi regular, sedikit sekali gerakan

2

Mata tertutup, respirasi ireguler, sejumlah gerakan kecil-kecil dan kadang-kadang memproduksi general movements (GMs)

3

Mata terbuka, tidak nampak gerakan

4

Mata terbuka, memproduksi gerakan spontan secara kontinyu

5

Dominasi keadaan menangis


AHMAD SURYAWAN


17

Tabel 2.2 Pengaruh status perilaku bayi terhadap kualitas GMs Status Perilaku Bayi

Kompleksitas dan Variasi

Fluensi

Normal Normal  

 Normal  Normal

Status-2 : Tidur fase aktif / REM Status-4 : Bangun dan aktif bergerak Status-5 : Menangis Non-nutritivi sucking REM: Rapid Eye Movement

Stadium perilaku bayi (numerisasi menurut Prechtl) hanya muncul secara baik pada bayi diatas usia gestasi 36-38 minggu

2.2.3.2 Posisi kamera dan durasi perekaman. Sudut pengambilan kamera terbaik adalah dari arah mid-sagital atau lateral atas, sehingga observer dapat secara jelas melihat wajah bayi. Wajah bayi harus terlihat dengan jelas untuk kepentingan penentuan status perilaku bayi. Dianjurkan memakai kamera video ukuran kecil dan tidak mempunyai lampu kedip, dan diletakkan dengan posisi cukup tinggi, untuk menghindari ketertarikan atensi bayi. Berdasarkan pengalaman, tidak perlu menggunakan kamera tersembunyi, karena bayi cukup cepat beradaptasi dengan adanya kamera di atasnya. Sebuah obyek atraktif, dapat mengganggu perhatian bayi, namun tidak lebih dari 20-30 detik (Dibiasi dan Einspieler, 2002). Penggunaan kamera video digital yang mempunyai indikator kode waktu rekaman, membantu kecepatan proses seleksi video GMs yang akan dianalisis. Bila terdapat monitor di luar ruang pemeriksaan, dapat membantu proses observasi tanpa menimbulkan gangguan pada bayi (Einspieler, 1997 dan 2004). Durasi perekaman tergantung usia bayi. Untuk bayi yang belum cukup bulan, umumnya diperlukan waktu 30-60 menit supaya dapat dipilih sejumlah gerakan terbaiknya. Sedangkan untuk bayi yang lebih tua usianya dan cukup

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


18

bulan, durasi rekaman 5-10 menit seringkali sudah mencukupi. Minimal durasi yang dibutuhkan secara absolut adalah selama 3 menit (Einspieler, 2004; HadderAlgra, 2004a). Kecuali dalam keadaan yang sangat terpaksa, tidak dianjurkan pengambilan rekaman selama usia bayi baru lahir belum 3 hari, untuk meminimalisir instabilitas status perilaku karena belum stabilnya bayi secara fisiologis (Einspieler, 1997). Kebutuhan, syarat dan kriteria pengambilan rekaman, terangkum dalam Tabel 2.3.

2.2.3.3. Seleksi hasil rekaman video Pengambilan rekaman harus dilakukan secara longitudinal. Bila penilaian kualitas GMs dilakukan secara serial sejak periode usia prematur, aterm, dan sampai sekitar usia 20 minggu postterm, maka arah perkembangan GMs secara individual dapat menggambarkan konsistensi GMs normal atau abnormal (Prechtl, 1990). Pengambilan rekaman secara tunggal, sedapat mungkin dihindari. Arah perkembangan kualitas GMs secara individu, didapatkan dari seleksi rekaman dengan urutan periode: (a) 2 atau 3 rekaman ketika periode prematur, (b) 1 rekaman ketika masuk usia cukup bulan atau awal postterm, atau keduanya, dan (c) minimal 1 rekaman ketika berusia antara 9 – 15 minggu postterm. Dari setiap hasil seleksi, kemudian dipilih beberapa yang secara teknis terbaik untuk kemudian

digabung

sehingga

menghasilkan

dokumentasi

GMs

sebagai

rangkuman yang berdurasi 3-5 menit untuk setiap periode (Hadder-Algra, 2004a).

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


19

Tabel 2.3 Kebutuhan, syarat dan kriteria pengambilan rekaman GMs

Kebutuhan

Syarat dan Kriteria

Usia bayi (minggu PMA) Belum cukup bulan

Diseleksi dari tiga GMs yang secara teknis terbaik dari rekaman yang berdurasi 30-60 menit

1. Rekaman video Setelah cukup bulan Segala usia

2. Status Perilaku bayi

3. Posisi Bayi

Rekaman durasi 5-10 menit pada Status-4 (minimum durasi: 3 menit) Tidak sedang menangis Tidak sedang menghisap dot (non-nutritive sucking) Tidak sedang berinteraksi dengan mainan atau orang lain

Sebelum usia 36-38 minggu

GMs pada kondisi yang menyerupai Status-4 GMs pada Status-2 dengan kehatihatian

Setelah usia 36-38 minggu

GMs pada Status-4

Segala usia Sebelum cukup bulan

Terlentang diatas alas yang datar dan cukup lunak Mulai dari posisi supine. Bila bayi berguling, kembalikan ke posisi semula Telanjang (dengan atau tanpa popok kecil)

4. Pakaian bayi Setelah cukup bulan 5. Lingkungan

Segala usia

berpakaian tipis dengan kaki dan tangan dapat bergerak bebas Suhu ruangan netral (sesuaikan usia bayi) Hindari suasana yang sangat ramai dan sinar cahaya yang berlebihan

2.2.3.4 Analisis hasil rekaman Analisis kualitas GMs terbaik didapat dari seleksi rekaman video yang dilakukan seri dan longitudinal. Analisis pemeriksaan tunggal hanya dianjurkan ketika pada periode 3-6 bulan postterm (Hadders-Algra, 2004a dan 2007). Seorang observer tidak boleh melakukan analisis lebih dari 45 menit tanpa waktu istirahat. Disela istirahat dianjurkan selalu melihat kembali video GMs normal yang dipakai sebagai baku emas untuk “re-kalibrasi” persepsi Gestalt di otak. Sehingga, diharapkan seorang observer mempunyai koleksi video baku emas GMs normal untuk setiap periode usia (Einspieler, 2004). Analisis kualitas GMs dinilai dengan menggunakan persepsi Gestalt seorang observer. Penilaian secara persepsi Gestalt sangat rawan dan lemah, bila

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


20

digunakan untuk menilai sesuatu secara detail, namun sangat kuat bila digunakan sebagai instrumen untuk menganalisis sebuah fenomena kompleks yang harus dinilai secara keseluruhan. Persepsi Gestalt secara visual digunakan bila ingin melakukan penilaian secara global dari sebuah gambar yang statis atau dinamis. Seringkali penggunaan persepsi Gestalt dianggap sebuah penilaian yang subyektif. Hal tersebut sama dengan analisis visual sebuah hasil foto x-ray, EEG, dan bahkan gambaran MRI, yang juga menggunakan persepsi Gestalt observer (Einspieler, 2004). Penilaian kualitas GMs paling tepat menggunakan persepsi Gestalt dari observer. Melalui teknik teersebut, observer dapat menilai kompleksitas dan variasi gerakan bayi secara kualitatif dari semua anggota tubuh bayi, tanpa harus mengkhususkan perhatian pada jenis gerak tertentu atau anggota tubuh bayi tertentu yang terlibat dalam sebuah variasi gerakan (Einspieler, 2004; Prechtl, 1990; Hadders-Algra, 2004a).

Tabel 2.4 Tingkat kesesuaian antar observer untuk penilaian kualitas GMs Studi

Prechtl, 1990 Geerdink dan Hopkins, 1993 Albers dan Jorch, 1994 Bos et al., 1997 Bos et al., 1998 Bos et al., 2000 Cioni et al., 1997 Cioni et al., 1997 Einspieler et al., 1997 Einspieler et al., 2002 Guzzetta et al., 2003 Van Kranen M et al., 1992 Bos et al., 1997 Bos et al., 1998 Cioni et al., 2000

Jumlah Observer

Jumlah bayi yang dinilai

10 2 8 2 2 2 2 2 51 2-6 3 4 2 2 3

20 35 22 6 15 48 66 58 30 36 22 30 19 27 32

Tingkat kesesuaian %



90 % 87-93 % 67-99 % 96 % 98 % 94 % 91 % 87 % 84-88 % 92-97 % 92-97 %  = 0.84  = 0.92  = 0.84  = 0.91

 > 0.75 dikatakan excellent aggreement

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


21

2.2.4 Obyektivitas dan reliabilitas penilaian kualitas GMs Sebagai sebuah penilaian yang didasarkan atas observasi individu, maka tingkat kesesuaian antar observer (inter-observer agreement) penilaian kualitas GMs harus cukup tinggi supaya dapat dikatakan termasuk metode penilaian yang obyektif. Tingkat kesesuaian antar observer yang dinyatakan dalam prosentase untuk penilaian kualitas GMs mencapai rerata antara 89-93% (Prechtl, 1990; Geerdink dan Hopkins, 1993; Albers dan Jorch, 1994; Cioni et al, 1997a dan 1997b,; Bos, 1997, 1998a dan 1998b; Einspieler et al, 1997; Guzzetta et al, 2003). Bila dinyatakan dalam nilai kappa (), mencapai rata-rata =0.88 (Van Kranen et al, 1992; Bos, 1997) (Tabel 2.4).

2.2.5 Validitas prediktif penilaian kualitas GMS Nilai prediktif kualitas GMs bervariasi tergantung dari usia berapa dilakukan evaluasi GMs dan kondisi apa yang dipakai sebagai parameter outcome-nya. Nilai prediktif tertinggi dicapai bila penilaian kualitas GMs dilakukan secara seri-longitudinal. Bayi yang secara persisten menunjukkan kualitas GMs abnormal (juga pada sepanjang usia di kedua periode transisi 36-38 minggu PMA dan 6-8 minggu postterm), mempunyai resiko setinggi 70-85% untuk mengalami cerebral palsy (CP) (Ferrari, 1990; Prechtl et al, 1993). Bayi yang menunjukan kualitas GMs abnormal dengan cramped-synchronized movements yang persisten, dipastikan akan mengalami CP (Ferrari et al, 2002). Nilai prediksi penilaian kualitas GMs yang hanya dilakukan sekali saja (single) mencapai angka tertinggi bila dilakukan pada periode fidgety GMs (3-6 bulan post-term). Kualitas GMs abnormal pada periode fidgety mempunyai nilai

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


22

prediksi untuk CP berkisar 85-98% (Prechtl et al., 1997; Hadders-Algra et al., 2004b). Beberapa studi menghasilkan nilai prediksi yang bervariasi. Kualitas GMs pada usia 1-3 bulan mempunyai korelasi yang signifikan dengan skor Skala Motorik Bayi “Alberta” dan skor neuro-sensory MDA pada usia 1 tahun, sedangkan yang mempunyai korelasi dengan CP hanya kualitas GMs yang dilakukan penilaian pada usia 3 bulan, dengan sensitivitas untuk memprediksi CP mencapai 100% (Spittle, et al., 2009). Penggunaan penilaian kualitas GMs pada setting klinis praktis mempunyai nilai prediktif yang sangat kuat untuk gangguan perkembangan cerebral palsy (CP), dengan sensitivitas 100% (95%CI[0.73, 1.00]) dan spesitivitas 98% (95%CI[0.91, 0.99]) (Adde et al., 2007). Bayi dengan GMs abnormal pada usia fidgety, yang tidak mengalami CP, ternyata mengalami berbagai gangguan perkembangan bentuk lainnya seperti: minor neurological dysfunction (MND), ADHD, atau problem kognitif dan perilaku (Hadders-Algra dan Groothuis, 1999; Hadders-Algra, 2002 dan 2005; Hadders-Algra, et al., 2004b; Groen et al., 2005). Kualitas GMs abnormal-ringan pada periode fidgety berkorelasi dengan terjadinya gangguan perkembangan minor seperti problem koordinasi, kemampuan manipulatif motorik halus dan perilaku agresif. Kekuatan nilai prediksi untuk gangguan perkembangan minor akan semakin tinggi, bila penilaian kualitas GMs dikombinasikan dengan hasil pemeriksaan neurologis (Hadders-Algra, 2001; Hadders-Algra, et al., 2004b; Groen et al., 2005)

2.2.6 Karakteristik GMs Karakteristik GMs spesifik sesuai usia (Hadders-Algra dan Prechtl, 1992; Hadders-Algra, et al., 1997) (Tabel 2.5). Pada setiap periode usia, karakteristik

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


23

utama dari GMs normal adalah: (1). keterlibatan semua anggota tubuh, dan (2) kompleksitas dan variasi gerakan. Perubahan karakteristik GMs selama kehamilan trimester-1 dan 2, belum banyak diketahui. Pada kehamilan trimester-3, GMs digambarkan sebagai ”GMs-Preterm”, seperti indahnya gerakan balet yang sangat bervariasi dan kompleks pada semua anggota tubuh yang terlibat termasuk batang tubuh (trunk) bayi (Hadders-Algra et al., 1997).

Tabel 2.5 Karakteristik GMs normal spesifik usia Tipe GMs

Periode usia PMA

Deskripsi

GMs- Preterm

mulai + 28 minggu sampai dengan 36-38 minggu

gerakan-gerakan dengan variasi yang sangat ekstrim, termasuk mengangkat pelvis dan gerakan aktif batang tubuh (trunk)

GMs- Writhing

mulai 36-38 minggu sampai dengan 46-52 minggu

gerakan menjadi lebih bertenaga, lebih pelan, dan tidak banyak lagi keterlibatan pelvis dan trunk dibanding sebelumnya

GMs- Fidgety

mulai 46-52 minggu sampai dengan 54-58 minggu

gerakan menjadi kecil-kecil, mengalir kontinyu, dan terjadi secara ireguler pada seluruh anggota tubuh: kepala, leher, trunk, kaki dan tangan.

Pada sekitar minggu 36-38 PMA terjadi transisi karakteristik dari gerakan yang sangat bervariasi seperti pada preterm GMs menjadi gerakan yang lebih pelan dan bertenaga. Keterlibatan gerakan batang tubuh tidak lagi dominan seperti sebelumnya. Berbegai gerakan tersebut, digambarkan sebagai ”GMs-Writhing” (Hadders-Algra et al., 1997). Pada usia 6-8 minggu post-term terjadi transisi berikutnya dari writhing GMs digantikan dengan fase akhir GMs yang dinamakan ”GMs-Fidgety”, dengan karakteristik gerakan kecil elegan yang mengalir kontinyu dan ireguler pada

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


24

seluruh anggota tubuh bayi (Hadders-Algra dan Prechtl, 1992). Karakteristik fidgety GMs akan menghilang secara gradual pada sekitar usia 3-4 bulan postterm. Setelah itu bayi akan menunjukkan gerakan volunter yang lebih mempunyai tujuan dan bukan lagi termasuk gerakan spontan dalam GMs, seperti: gerakan memanipulasi jemari dan gerakan meraih objek benda didepannya.

Gambar 2.3 Representasi gambaran video dengan kecepatan 0.24 detik / frame dari kualitas GMs pada dua bayi di usia fidgety (Dikutip dari Hadder-Algra M, 2004a)

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


25

Parameter

utama

untuk

menggambarkan

kualitas

GMs

adalah

kompleksitas dan variasi (Prechtl, 1990 dan 2001; Hadders-Algra, 2001 dan 2004a; Einspieler, 2005). Parameter Kompleksitas, merepresentasikan adanya variasi spatial dari sebuah kelompok gerakan (kombinasi gerakan yang melibatkan berbagai sendi untuk fleksi-ekstensi, abduksi-adduksi, dan endoeksorotasi). Parameter Variasi, merepresentasikan adanya variasi temporal dari gerakan yang timbul sepanjang kurun waktu tertentu (kombinasi gerakan yang sama atau menunjukkan kombinasi gerakan yang berbeda) Selain kedua parameter utama tersebut, evaluasi penilaian kualitas GMs juga melibatkan parameter Fluensi. Namun, parameter fluensi merupakan aspek yang paling tidak penting karena sangat dipengaruhi oleh faktor eksternal. Unsur utama adanya variasi dalam GMs ini sesuai dengan gambaran fundamental sistem saraf usia dini yang berfungsi normal dan sehat. Sebaliknya, bila terjadi disfungsi sistem saraf usia dini, akan mempunyai gambaran sebagai gerakan yang stereotipi dan tidak bervariasi (Hadders-Algra, 2004a). Kualitas GMs diklasifikasikan menjadi dua bentuk utama: GMs Normal (normal-optimal dan normal-suboptimal) dan GMs Abnormal (abnormal-ringan dan abnormal-pasti) (Tabel 2.6) Tabel 2.6 Klasifikasi dari kualitas GMs (Hadders-Algra, 2004a) Klasifikasi

GMs Normal normal-optimal normal-suboptimal GMs Abnormal abnormal-ringan abnormal-pasti

DISERTASI

Kompleksitas

Variasi

Fluensi

+++ ++

+++ ++

+ -

+ -

-

-


AHMAD SURYAWAN


26

Gerakan pada GMs normal-optimal, sangat kompleks dan variatif dengan gerakan yang mengalir lancar (fluen). Relatif jarang, hanya 10-20% bayi ketika berusia 3 bulan post-term mempunyai GMs dengan klasifikasi normal-optimal (Bouwstra et al, 2003). Mayoritas bayi menunjukkan GMs Normal dengan klasifikasi normal-suboptimal, dengan gerakan yang cukup kompleks dan variatif, tetapi tidak fluen. Kualitas GMs Abnormal diklasifikasikan abnormal-ringan, bila gerakan yang ditunjukkan nampak kurang kompleks dan variatif serta tidak fluen. Bila sama sekali tidak menampakkan gerakan yang kompleks, variatif dan juga tidak fluen, maka diklasifikasikan menjadi GMs abnormal-pasti. Salah satu tipe gerakan bayi yang termasuk dalam klasifikasi GMs abnormal-pasti adalah sebuah gerakan yang dinamakan cramped-synchronized movements. Pada GMs abnormal-pasti, yang ditandai dengan gerakan cramped-synchronized movements, dapat dipastikan patologis. Gerakan ini timbul sebagai akibat dari hilangnya kontrol persarafan supra-spinal, dengan manifestasi terjadi kekakuan gerakan yang tiba-tiba pada batang tubuh (trunk) pada posisi fleksi atau kaki yang sangat kaku dalam posisi fleksi dan bergerak sangat tidak sinkron (Ferrari, 1990; Hadders-Algra et al., 1993 dan 1997). Bila bayi menunjukkan gerakan crampedsynchronized movements dengan frekuensi jarang, maka diklasifikasikan GMs abnormal-ringan. Bila sangat sering menunjukkan gerakan tersebut, maka diklasifikasikan GMs abnormal-pasti (Groen et al., 2005)

2.2.7 Keadaan yang mempengaruhi kualitas GMs Berbagai kondisi pada periode prenatal, perinatal dan neonatal dapat mempengaruhi kualitas GMs. Diabetes maternal, hipertensi maternal, retardasi

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


27

pertumbuhan intra-uterine (IUGR), asfiksia perinatal, hiperbilirubinemia neonatal, terapi deksametason selama neonatal dan pemberian obat-obatan anti-epilepsi antenatal, dapat meningkatkan resiko bayi untuk menunjukkan kualitas GMs abnormal (Van Schie et al., 2008. Hadders-Algra, 2001; Soorani-Lunsing, 2001; Parisi et al., 2003). Kualitas GMs abnormal-pasti sangat spesifik untuk adanya lesi tertentu di otak, tetapi tidak bersifat eksklusif (Ferrari, 1990; Prechtl et al., 1993; Hadders-Algra et al, 1997; Bos, 1998a). Kualitas GMs abnormal-ringan pada usia 3 bulan postterm, mempunyai keterkaitan

dengan

berbagai

keadaan:

bayi

lahir

prematur,

IUGR,

hiperbilirubinemia neonatal, Syndroma Down, dan status LCPUFA pre- dan postnatal yang tidak optimal (Hadders-Algra, 2001; Sival, 1990 dan 1992; Soorani-Lunsing, 2001; Bouwstra et al, 2003 dan 2006; Mazone, 2004). Kualitas GMs normal-optimal pada populasi bayi aterm sehat usia 3 bulan berkorelasi dengan pemberian ASI eksklusif yang diberikan minimal 6 minggu (Bouwstra et al, 2003). Kualitas GMs dapat dipengaruhi oleh keadaan sakit akut, meskipun pengaruhnya bersifat sementara (transient) (Bos, 1997a). Abnormalitas kualitas GMs dapat berubah menjadi lebih hilang atau sebaliknya nampak lebih jelas dengan bertambahnya usia bayi. Fenomena kelabilan kualitas GMs yang berhubungan dengan usia ini hanya terjadi pada periode transisi antara usia 36 sampai 38 minggu PMA dan antara usia 6 sampai 8 minggu postterm. Diluar kedua periode transisi tersebut, kualitas GMs relatif stabil (Hadders-Algra dan Groothuis, 1999; Hadders-Algra et al, 2004a)

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


28

2.2.8 Komponen neural yang berperan dalam kualitas GMs normal Gerakan spontan sederhana, berupa gerakan kepala atau badan kearah samping, pertama kali nampak pada janin sejak usia 7 minggu 2 hari PMA. Gerakan tersebut mendahului terbentuknya struktur lengkung refleks spinal. Ini merupakan bukti awal bahwa gerakan spontan tersebut diproduksi oleh sinyal endogen yang terletak supraspinal (Hanson dan Landmesser, 2003). Setelah itu baru muncul gerakan lebih kompleks dan variatif yang termasuk dalam gerakan GMs mulai minggu 9-10 PMA. Munculnya gerakan GMs pertama kali terjadi bersamaan dengan pembentukan neuron yang mempunyai vesicle synaptic pada subplate korteks (Molliver, 1973; Super, 1998). Subplate merupakan struktur transient yang terletak diantara intermediate zone (periventricular white matter) dan lapisan korteks (Kostovic dan Rakic, 1990; Allendoerfer dan Shatz, 1994; Kostovic dan Judas, 2002 dan 2006). Subplate merupakan bagian dari struktur korteks yang matur paling awal dan mempunyai 3 fungsi utama: (1) berperan dalam mengawali pembentukan jalur corticothalamic yang melalui kapsula interna dan jalur intracortical lainnya (McConnell, 1989; Allendoerfer dan Shatz, 1994), (2) berfungsi sebagai “ruang tunggu” dan tujuan sementara dari jaras aferen yang berasal dari thalamus, hemisfer kontra / ispsi lateral, basal forebrain, dan nukleus monoaminergic di batang otak sebelum jaras tersebut membentuk struktur selanjutnya di lapisan korteks. Koneksi temporer didalam struktur subplate ini membentuk sirkuit fungsional aktif yang diduga berperan sangat penting dalam mekanisme terjadinya aktivitas gerakan spontan janin seperti gerakan GMs (Allendoerfer dan Shatz,

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


29

1994; Hanganu, 2002), (3) neuron pada lapisan subplate korteks berperan dalam proses pembentukan berbagai lapisan korteks (Allendoerfer dan Shatz, 1994). Ko-insidens antara waktu munculnya gerakan yang tipikal gerakan GMs dengan waktu munculnya aktivitas sinaptik di lapisan subplate mengindikasikan bahwa struktur subplate yang sifatnya transient inilah yang paling berperan dalam memproduksi gerakan yang kompleks dan variatif dalam GMs. Hipotesis ini setidaknya didukung dengan adanya bukti bahwa lapisan subplate mempunyai proyeksi descending yang terhubung secara langsung atau tidak langsung menghantarkan informasi ke jejaring CPG (Central Pattern Generation) di batang otak dan spinal. Namun mekanisme penghantaran tersebut masih belum diketahui dengan jelas. Lapisan subplate tidak hanya terdiri dari neuron yang berkoneksi secara lokal, melainkan juga neuron yang mempunyai proyeksi koneksi jarak jauh (misalnya: proyeksi ke talamus dengan menggunakan eksitasi asam-asam amino) (McConnell, 1989; Antonini dan Shatz, 1990; Kostovic dan Judas, 2006). Studi pada binatang coba menunjukkan bahwa jalur supraspinal descending sudah terbentuk sebelum dan bersamaan dengan pembentukan neuron subplate pada hari ke-16 masa embrio. Hal tersebut dijadikan dasar bahwa subplate berperan dalam menginduksi kompleksitas dan variasi gerakan dan informasi awal ditransmisikan melalui jalur polisinaptik ke jejaring CPG di batang otak dan spinal. Sejak minggu 24 PMA, koneksi langsung corticospinal juga berperan dalam komunikasi antara subplate dan spinal (Kostovic dan Rakic, 1990) Dua argumentasi lain yang mendukung hipotesis bahwa subplate sangat berperan dalam pembentukan kompleksitas dan variasi gerakan dalam GMs adalah: (1) Adanya kemungkinan bahwa karakteristik kompleksitas dan variasi

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


30

gerakan GMs manusia (atau primata) mempunyai korelasi dengan seberapa lama keberadaan struktur lapisan subplate dipertahankan. Pada spesies selain manusia, subplate terbentuk dalam ukuran yang sangat besar dan nampak keberadaannya dalam waktu yang lebih panjang. Ukuran subplate terkait dengan seberapa ukuran area korteks yang akan terbentuk. Dalam skala filogenetik satu spesies berbeda dengan spesies lainnya. Rodent mempunyai rasio area subplate dengan area korteks sebesar 1:2. Sementara pada manusia perbandingannya mencapai 4:1. (Kostovic dan Rakic, 1990; Allendoerfer dan Shatz, 1994). (2) Proses evolusi lapisan subplate korteks mempunyai urutan keteraturan yang sangat mirip dengan evolusi perkembangan GMs. Aktivitas subplate mulai muncul bersamaan waktunya dengan mulai munculnya gerakan yang kompleks dan bervariasi dalam GMs. Masa keberadaan subplate paling prominen ketika kompleksitas dan variasi GMs juga paling berkembang, yaitu minggu 24-36 PMA (Kostovic dan Rakic, 1990; Kostovic dan Judas, 2002 dan 2006). Menghilangnya subplate secara gradual pada periode 3-6 bulan post-term (Krmpotic-Nemanic et al, 1988), terjadi secara paralel dengan fase akhir dari perkembangan GMs. Selama periode fase akhir perkembangan GMs, sisa-sisa neuron subplate dapat dijumpai sebagai neuron interstitial dalam periventricular white matter (Kostovic dan Rakic, 1980). Proses disolusi subplate korteks menunjukkan terjadinya sebuah mekanisme keseimbangan antara pengaruh endogen pada aktivitas korteks secara perlahan digantikan oleh aktivitas-aktivitas yang dipengaruhi faktor lingkungan dengan dimediasi oleh koneksi-koneksi thalamocortical (Khazipov dan Luhmann, 2006; Kostovic dan Judas, 2006). Tentu saja pada usia sebelum 4 bulan, bayi hanya mempunyai kapasitas yang sangat terbatas dalam perilaku motoriknya

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


31

untuk beradaptasi terhadap pengaruh kondisi lingkungannya: yaitu hanya terbatas dengan gerakan tunggal dari tungkainya (Van der Meer, 1995; Nagy et a.l, 2005). Bayi muda belum mempunyai kemampuan untuk memodifikasi kompleksitas dan variasi gerakan GMs, bila terdapat pengaruh lingkungan (Dibiasi and Einspieler, 2002; De Graaf-Peters dan Hadders-Algra, 2006). Setelah berusia lebih dari 3 bulan, bayi menggunakan informasi yang didapat dari lingkungannya untuk meningkatkan kemampuan variasi gerakannya pada posisi supine atau memilih strategi yang paling efisien untuk dapat menyesuaikan posisi tubuhnya secara berulang-ulang (De Graaf-Peters dan Hadders-Algra, 2006 dan Hadders-Algra, 2007). Fase GMs-Writhing, dimulai pada minggu 36-38 PMA, tepat ketika subplate akan mengalami periode pengkerutan secara luas melalui sebuah proses yang berjalan secara paralel seiring dengan mulai tumbuhnya area callosal dan koneksi cortico-cortical panjang di dalam korteks (Kostovic dan Judas, 2002). Usia minggu 36–38 PMA, merupakan masa dimana status perilaku bayi dapat dinilai dengan jelas (Nijhuis et al., 1982), dan mulai menghilangnya gambaran gelombang aktifitas lambat pada pre-term EEG (Vanhatalo et al., 2005). Perkembangan selanjutnya akan terkait dengan perubahan fungsi g-aminobutyric acid (GABA), yang semula bersifat excitatory menjadi inhibitory (Vanhatalo et al., 2005). Perubahan fungsi GABA bukanlah satu-satunya perubahan yang terjadi di dalam sistem neurotransmiter korteks menjelang usia aterm. Sistem glutamate juga mempengaruhi perubahan perkembangan pada periode perinatal (antara minggu 36-38 PMA sampai minggu 6–8 minggu post-term), reseptor corticalglutamate mengalami over-ekspresi secara transien (McDonald dan Johnston,

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


32

1990; De Graaf-Peters dan Hadders-Algra, 2006). Hal tersebut menunjukkan bahwa over-ekspresi glutamate berkorelasi dengan peningkatan eksitabilitas motoneuronal kortikal selama periode perinatal (Hadders-Algra 2007). Setelah melewati periode peningkatan eksitabilitas, maka GMs memasuki fase akhir yaitu fase GMs-Fidgety. Rekaman EMG permukaan menunjukkan bahwa peralihan antara GMs-Writhing menjadi GMs-Fidgety, berkaitan dengan penurunan durasi dan amplitudo gelombang fasic EMG dan juga penurunan aktivitas tonik. Perubahan karakteristik EMG tersebut merupakan gambaran perubahan pada membran neuron sistem saraf pusat, perubahan pada inervasi otototot (terjadi regresi inervasi otot poli-neural), perubahan sirkuit pada spinal (peningkatan efek dari inhibisi Renshaw) dan juga adanya perubahan dalam organisasi ditingkat supra spinal (Hadders-Algra et al., 1992; Gramsbergen et al, 1997). Perubahan organisasi tingkat supra spinal tersebut, terbukti dari studi imaging yang mengindikasikan bahwa pada usia sekitar 3 bulan post-term mulai terjadi peningkatan aktivitas fungsional yang sangat signifikan pada area cerebellum, basal ganglia, dan korteks area parietal, temporal, dan oksipital (Chugani, 1987; Rubinstein et al, 1989). Dari berbagai fakta tersebut, dapat disimpulkan bahwa disolusi subplate korteks berperan dalam transformasi aktivitas gerakan GMs menjadi aktivitas gerakan yang lebih bertujuan dan volunter, yang terjadi pada periode sekitar usia 3 bulan post-term.

2.2.9 Komponen neural yang berperan dalam kualitas GMs abnormal Data klinis dan imaging menunjukkan bahwa GMs abnormal mempunyai keterkaitan dengan suatu lesi dan/atau disfungsi pada otak. Terdapat hipotesis

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


33

yang mengemukakan bahwa kompleksitas dan variasi gerakan GMs diproduksi oleh subplate korteks dan di-mediasi oleh jaringan koneksi motor eferen. Bila hipotesis tersebut benar, maka GMs abnormal merupakan akibat dari kerusakan atau disfungsi subplate korteks dan/atau jaringan koneksi motorik yang berjalan descending melalui area white matter (Kostovic dan Judas, 2006). Kerusakan subplate korteks dan area white matter saat ini dikenal sebagai penyebab utama encephalopathy pada bayi prematur (Volpe, 1996, 2003 dan 2005; McQuillen dan Ferriero, 2005). Sebelumnya, hanya kerusakan yang sifatnya nekrotik lokal dan lesi cystic didalam periventricular white matter (periventricullar leucomalacia) saja yang dianggap keadaan neuropatologis pada bayi prematur. Sekitar 3-5% bayi prematur mengalami cystic periventricullar leucomalacia yang sangat kuat korelasinya dengan terjadinya cerebral palsy (CP) (Volpe, 2005). Namun bila dievaluasi dengan teknik imaging yang lebih presisi, terbukti bahwa kerusakan white matter yang sifatnya non-cystic dan diffuse (sebagai indikasi adanya kerusakan akson oligodendrosit yang sangat luas) terjadi lebih banyak daripada kerusakan yang sifatnya cystic dan lokal. Sekitar 20-50% bayi prematur yang lahir sebelum 34 minggu mengalami kerusakan white matter yang non-cystic dan diffuse (Volpe, 2003; Counsell et al., 2003). Kerusakan white matter yang diffuse mempunyai korelasi signifikan dengan penurunan volume grey matter dari korteks (Indeer et al, 1999). Kerusakan white matter yang luas yang disertai dengan penurunan volume grey matter korteks merupakan komponen neural yang mendasari terjadinya defisit motorik dan kognitif pada bayi prematur ketika mencapai usia sekolah (Taylor et al., 2007; Peterson et al., 2000). Berkaitan dengan hal tersebut diatas, data klinis menunjukkan bahwa

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


34

sekitar 70% dari 209 bayi prematur yang lahir < 34 minggu menunjukkan kualitas GMs abnormal (47% GMs abnormal-ringan; 25% GMs abnormal-pasti) di usia fidgety. Sementara itu, angka prevalens untuk GMs abnormal diusia fidgety pada populasi bayi umum hanya sekitar 28% (25% GMs abnormal-ringan; <4% GMs abnormal-pasti) (Bouwstra et al., 2003). Studi lain yang mendukung adanya keterlibatan kerusakan white matter untuk memproduksi GMs abnormal adalah bukti bahwa kualitas GMs abnormalpasti diusia fidgety pada bayi prematur berkaitan dengan adanya dilatasi ventrikel substansial

yang merupakan salahsatu tanda adanya kerusakan

diffuse

periventricular white matter (Ferrari et al., 1990). Pada bayi aterm (cukup bulan) yang mengalami infark serebral, kualitas GMs abnormal-pasti diusia fidgety dan terjadinya CP-hemiplegi berkaitan dengan terdapatnya lesi di kapsula interna (p=0.02) dan ganglia basalis (p=0.06) tetapi tidak terkait dengan kerusakan pada area neocortex (Guzetta et al., 2003). Ini membuktikan bahwa GMs abnormal lebih mempunyai keterkaitan dengan kerusakan area white matter dibanding area neocortex, karena koneksi descending yang menuju spinal mayoritas harus melalui kapsula interna dan ganglia basalis di area periventricular white matter. Kedua studi diatas mendukung hipotesis bahwa GMs abnormal berkaitan dengan adanya keadaan patologis white matter yang berakibat kerusakan koneksi eferen dari subplate korteks. Kontribusi langsung dari kerusakan neuron subplate korteks untuk memproduksi kualitas GMs abnormal memang masih harus di-eksplorasi lebih detail. Namun terdapat bukti yang jelas bahwa neuron subplate sangat rawan untuk mengalami kerusakan pada keadaan hypoxia-ischemia di usia prematur

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


35

(Robinson, 2007; McQuillen et al., 2003; McQuillen dan Ferriero, 2005), mengarah pada hipotesis bahwa kerusakan suplate korteks secara langsung mempunyai peran dalam memproduksi GMs abnormal. Hal ini didukung oleh bukti bahwa kualitas GMs terkait dengan masa perkembangan struktur saraf pusat sebelum mencapai usia aterm, dimana pada masa tersebut didominasi beerbagai perubahan integritas struktur subplate korteks. Kadar LCPUFA prenatal mempunyai efek yang lebih besar pada kualitas GMs diusia 3 bulan post-term dibandingkan kadarnya di usia aterm (Bouwstra et al., 2003; Hadders-Algra et al., 2007). Seperti diketahui, LCPUFA merupakan komponen utama jaringan otak yang sedang mengalami perkembangan dini agar berfungsi secara adekuat

2.3 Respons Stres Seluler

Sel merespon stres dengan berbagai cara, mulai dari aktivasi berbagai jalur untuk meningkatkan survival hingga menjalankan sistem kematian terprogram (programmed cell death), untuk mengeliminasi sel yang mengalami kerusakan. Pada keadaan awal, sel merespon berbagai stressor dalam bentuk pertahanan diri dan upaya keluar dari tekanan stressor. Sistem kematian terprogram diaktivasi, bila upaya tersebut mengalami kegagalan (Fulda, 2010). Pada keadaan tersebut, respons sel tergantung jenis dan kekuatan stressor. Kapasitas adaptif sel, menjadi penentu untuk mampu bertahan hidup atau mengalami kematian.

2.3.1 Kematian sel akibat induksi stres: nekrosis dan apoptosis Kematian sel, dapat melalui mekanisme nekrosis atau apoptosis. Kedua mekanisme tersebut mempunyai perbedaan gambaran histologik dan biokimiawi.

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


36

Pada nekrosis, stressor penyebab stres (mis: iskemia), dapat sebagai penyebab langsung kematian sel. Sedangkan pada apoptosis, stressor penyebab stres menjadi pemicu aktivasi berbagai rangkaian kaskade untuk bekerjasama dalam proses menuju kematian sel. Nekrosis merupakan sebuah proses patologis. Apoptosis merupakan bagian dari proses perkembangan normal (physiologic apoptosis). Namun, apoptosis juga dapat terjadi dalam berbagai kondisi patologis (aberrant apoptosis) (Friedlander, 2003). Nekrosis merupakan proses kematian sel tidak terprogram. Namun, eksekusi kematian sel dalam proses nekrosis diketahui juga melibatkan rangkaian jalur signalling. Terdapat perbedaan morfologi sel yang mengalami apoptosis dan necrosis (Zakeri, 1995). Gambaran histologik dari kematian sel nekrotik adalah edema mitokondria dan nukleus, disolusi organela, dan kondensasi kromatin di sekitar nukleus. Keadaan tersebut disertai lisis dari nukleus dan membran sitoplasma, dan degradasi DNA. Berbagai keadaan tersebut, terjadi dengan sangat cepat, sehingga proses kematian sel nekrotik sangat sulit dicegah (Friedlander, 2003). Proses lisis tersebut, menyebabkan pelepasan konstituen intraseluler secara pasif, ekspresi berbagai sel imun, dan aktivasi respons pro-inflamatori (Kerr, 1971; Fulda, 2010). Kematian sel secara apoptotik, dikenal juga sebagai kematian terprogram (programmed cell death). Pada keadaan stres akut, apoptosis dapat terjadi pada sel yang tidak secara langsung mengalami injury. Seperti pada keadaan stres dengan stressor iskemia akut, terjadi kematian sel nekrotik di pusat lesi pada daerah yang mengalami hipoksia berat. Pada keadaan tersebut, apoptosis terjadi di area sekitar lesi pada area yang mengalami hipoksia lebih ringan. Pada keadaan stres kronis,

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


37

seperti pada proses neurodegenerasi otak, mekanisme kematian sel apoptotik lebih dominan dibanding nekrotik (Smale et al., 1995) Pada proses apoptosis, berbagai protease diaktivasi oleh rangkaian kaskade biokimiawi. Protease tersebut, berfungsi menghancurkan berbagai molekul yang dibutuhkan untuk survival sel, dan mengaktivasi program untuk kematian sel. Selama proses apoptosis, terjadi kondensasi sitoplasma, aggregasi mitokondria dan ribosom, kondensasi nukleus, dan aggregasi kromatin. Setelah mengalami kematian, terjadi frakmentasi sel ke dalam “apoptotic bodies” dan frakmentasi kromosom DNA menjadi berbagai fragmen internukleosomal 180-bp. Morfologi lain yang menyertai proses apoptosis adalah penurunan potensial membran mitokondria, asidifikasi intraseluler, produksi radikal bebas dan berbagai residu phosphatidylserine (Friedlander, 2003; Formici et al., 2009) (Gambar 2.4)

Gambar 2.4 Kematian sel, nekrosis dan apoptosis (Dikutip dari Formici et al., 2009)

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


38

2.3.2 Respons stres sel otak Sel otak adalah sel paling rawan mengalami stres diantara berbagai sel manusia. Neuron, sel paling penting, tidak hanya menerima dan memproses informasi. Neuron mempunyai peran penting, secara langsung, dalam merespons stres. Respons neuron terhadap stres, dalam keadaan stres fisiologik dan patologik, membutuhkan berbagai molekul spesifik. Molekul tersebut diregulasi secara temporer, sebagai respons terhadap perubahan kondisi internal dan eksternal (Kagias, 2012).

Gambar 2.5 Respons neuron terhadap stres fisiologis (Dikutip dari Kagias, 2012)

Pada keadaan stres fisiologik (perubahan lingkungan, perkembangan intrinsik, dan pertambahan usia), ekspresi protein diregulasi melalui mekanisme kompleks, yang melibatkan regulasi gen-epigenetik, transkripsional dan posttranskripsional (Kagias, 2012) Berbagai molekul, diperlukan selama mekanisme respons neuron terhadap stres fisiologik (Gambar 2.5).

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


39

Faktor transkripsi, hypoxia inducible factors (HIF) dan heat shock factors (HSF), merupakan modulator paling penting dalam respons neuron terhadap stressor hipoksia. HIF, berfungsi dalam bentuk heterodimer, sub unit- dan -. Heterodimer HIF berikatan dengan promotor gen target, melalui hypoxia response elements (HREs). Gen target tersebut, meregulasi berbagai proses untuk adaptasi terhadap keadaan hipoksia (Majmundar, 2010) (Gambar 2.6A).

Gambar 2.6 Skema reprentasi berbagai jalur molekul yang terlibat dalam respons neuron terhadap stres fisiologik (Dikutip dari Kagias, 2012).

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


40

Heat shock factors (HSF), adalah faktor transkripsi yang bersifat inducible dalam keadaan stres. Induksi HSF, meregulasi ekspresi heat shock proteins (Hsps) melalui ikatan langsung dengan promotor gen target, heat shock elements (HSEs). Pada kondisi normal fisiologik, master regulator dari Hsps adalah HSF-1, dalam bentuk monomer in-aktif. Pada kondisi stres, HSF-1 membentuk trimer aktif, memasuki nukleus untuk mengaktivasi pembentukan Hsps (Shamovsky and Nudler, 2008) (Gambar 2.6B). MicroRNA (miRNAs), adalah regulator post-transkripsional dari ekspresi gen. Molekul tersebut, termasuk dalam molekul RNA kecil non-coding, mempunyai kapasitas dalam menguatkan ekspresi gen untuk menjaga stabilitas dari perubahan mendadak secara internal dan eksternal. Bila perlu, miRNAs dapat memprogram pembentukan ekspresi gen baru untuk adaptasi dalam kondisi lingkungan baru (Ebert dan Sharp, 2012) (Gambar 2.6C) Respons neuron dalam keadaan fisiologik, juga melibatkan berbagai jalur signalling utama. Mitogen-activated protein (MAP)-kinase, molekul esensial dalam transduksi signal, berperan dalam diferensiasi, survival dan apoptosis sel (Gehart et al., 2010), termasuk neuron (Fukunaga dan Miyamoto, 1998). Beberapa molekul signalling utama lain, juga berperan dalam mekanisme respons neuron dalam keadaan fisiologik, yaitu target of rapamycin (TOR) (Wullschleger, 2006), insulin growth factors (IGF-1) (van Heemst et al., 2005), dan nitric oxide (NO) (Zhou dan Zhu, 2009) (Gambar 2.6D). Pada kondisi stres patologik (eksito-toksik atau iskemia), respons neuron ditentukan oleh keseimbangan antara mekanisme apoptosis dan aktivasi berbagai faktor survival. Mekanisme pro-apoptosis, diawali pelepasan cytochrome c dari

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


41

dalam mitokondria, untuk menginduksi aktivasi berbagai jalur caspase. Mekanisme tersebut, berakhir dengan fragmentasi DNA. Aktivasi faktor survival, terjadi melalui berbagai mekanisme: produksi berbagai enzim anti-oksidan, produksi protein Bcl-2, dan ekspresi berbagai chaperon, Hsps dan IAPs (Salgado, 2007) (Gambar x). Kematian sel melalui proses nekrosis dapat terjadi pada neuron, sebagai respons terhadap stressor iskemia (Zhu, 2005) atau glutamate excitotoxicity (Ankarcrona, 1995). Kematian sel otak akibat nekrosis, dapat terjadi karena iskemia akut (Linnik, 1998), trauma (Emery, 1998) dan hipoksia-iskemia pada kelahiran prematur (Taylor et al., 2010).

Gambar 2.7 Skema reprentasi keseimbangan mekanisme survival dan kematian neuron dalam merespons stres patologik (eksitotoksik dan iskemia) (Dikutip dari Salgado, 2007)

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


42

2.3.3 Mekanisme apoptosis di dalam sel otak Kematian sel otak secara apoptotik, berperan penting dalam perkembangan otak normal, kondisi neurodegeneratif, trauma, dan iskemia. Berbagai stressor, menjadi penyebab keadaan stres pada sel otak bayi prematur baru lahir, hipoksiaasfiksia, iskemia, perdarahan, dan infeksi intra-uterin (Johnston, 2005).

Gambar 2.8 Skema representasi mekanisme pro- dan anti-apoptosis (Dikutip dari Salgado, 2007)

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


43

Berbagai stressor tersebut menyebabkan penurunan potensial membran mitokondria, dan pelepasan cytochrome c, dengan keterlibatan formasi Apaf-1. Mekanisme tersebut mengawali aktivasi jalur intrinsik, melalui aktivase caspase-9 dan efektor caspase-3. Jalur ekstrinsik, aktivasi efektor caspase-3 oleh caspase-8, diaktivasi oleh fibroblast-associated cell surface (FAS) atau tumor necosis factor receptors (TNFR-1). Caspase-8, juga memicu pemecahan BH3-interacting domain (Bid), menyebabkan translokasi truncated-Bid (tBid) ke dalam mitokondria, dan menciptakan jalur penghubung antara jalur intrinsik dan ekstrinsik. Beberapa protein regulator, apoptosis-inducing factor (AIF), famili Bcl-2, inhibitor apoptosis protein (IAP), dan berbagai Hsp, diekspresikan secara simultan selama proses aktivasi dan inhibisi caspase dan kaskade apoptosis (Salgado, 2007) (Gambar 2.8).

2.4 Heat Shock Protein (Hsp)

2.4.1 Hsp secara umum Heat shock protein (Hsp), disebut juga “protein stres”, merupakan sebuah klas tersendiri dari beberapa protein fungsional yang mengalami induksi sebagai respon dari adanya berbagai kondisi stres. Stres akibat peningkatan temperatur, stres dari lingkungan, infeksi, iskemia, anoksia dan stres oksidatif, dapat menginduksi Hsp (Richter-Landsberg, 2007; Calderwood et al., 2007). Hsp berperan

dalam

berbagai

proses

fisiologis

termasuk

diferensiasi

dan

perkembangan, organisasi sitoarsitektur, regulasi keseimbangan antara survival dan kematian sel. Dalam peranannya, Hsp bersifat multifungsi di berbagai kondisi kesehatan dan penyakit (Gambar 2.9) (Richter-Landsberg , 2007)

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


44

Gambar 2.9 Multifungsi peranan Hsp dalam berbagai kondisi kesehatan dan penyakit (dikutip dari Richter-Landsberg, 2007)

Secara umum, Hsp berfungsi dalam sintesis, pelipatan protein, proses trasnsport dan translokasi protein dengan beraksi sebagai molekul-molekul chaperone. Dalam keadaan stres, induksi Hsp akan membantu mencegah misfolding protein dan aggresi, menjaga kemampuan adaptasi sel selama kondisi stres, dan bekerjasama dengan sistem proteosom untuk mengontrol kualitas protein (Richter-Landsberg , 2007). Hsp diklasifikasikan sesuai dengan berat molekul (BM)-nya, dan dibagi kedalam 5 famili utama: Hsp100, Hsp90, Hsp70, Hsp60 dan Hsp kecil (sHsp) yang mempunyai BM antara 12-43 kDa (Richter-Landsberg, 2003). Kelima famili utama mempunyai perbedaan spesifitas terhadap berbagai substrat. Beberapa Hsp

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


45

dapat berikatan dengan bermacam substrat, namun terdapat Hsp yang hanya dapat berikatan dengan substrat tertentu. Dalam menjalankan fungsinya, kelima famili utama Hsp dibantu oleh adanya co-chaperone yang memodulasi ikatan antara Hsp dan substrat (Richter-Landsberg, 2007) (Gambar 2.10). Meskipun bekerja secara bersama dalam sebuah mekanisme yang sangat kompleks, level ekspresi individual setiap Hsp sangat penting. Kontribusi Hsp sebagai salah satu marker penting dalam patogenesis sebuah kondisi patologis, membuat Hsp menjadi sebuah target yang menjanjikan untuk intervensi terapeutik dan pengembangan obat di masa depan (Richter-Landsberg, 2007)

Gambar 2.10 Fungsi seluler chaperone secara umum

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


46

2.4.2 Hsp dalam sistem saraf Otak adalah organ paling sensitif mengalami berbagai kondisi stres. Banyak gangguan dari sistem saraf yang disebabkan oleh deposit aggregat protein intraseluler atau ekstraseluler. Respon stres didalam otak yang dimonitor dengan induksi Hsp, terjadi berbeda tergantung regio dan tipe sel spesifik yang terkena. Hsp dapat berfungsi sebagai biomarker dan dapat digunakan sebagai ‘alat’ diagnostik untuk mengidentifikasi spesifitas stres dan lokasi proses patologis dalam

otak.

Pentingnya

keterlibatan

Hsp

didalam

beberapa

kondisi

neurodegenarasi, seperti penyakit Alzheimer, Huntington Parkinson, dan multipel sklerosis, membuat Hsp menjadi salah satu kandidat utama dalam bidang terapi dan pengembangan obat-obatan neurodegeneratif (Tabel 2.7) (Richter-Landsberg , 2007).

Tabel 2.7 Kondisi patologis konformasional yang berhubungan dengan fungsi Hsp dan aggregasi protein Kondisi patologis konformasional Alzheimer’s disease

Daerah neuron utama yang terkena Corpus callosum

Parkinson’s disease Familial amytrophic lateral sclerosis Huntington’s disease

Neuron dopaminergic Neuron-neuron motorik Korteks striatum

Spinocerebellar ataxias SCA1-3,7

Korteks serebellum

Protein aggregat AB peptides (AB40, AB42) hyper-phosphorylatetd tau Α-synuclein Mutant SOD1 Mutant huntingtin Mutant ataxin

Chaperone yang terlibat Hsp70, Hsp90, sHsp, ERHsp70 Hsp70, Hsp40 Hsp70 Hsp70, Hsp40, ERHsp70 Hsp70, Hsp40

2.4.3 Ekspresi dan fungsi Hsp dalam sel-sel neuron dan glia Sejumlah Hsp diekspresikan secara constitutive dalam sistem saraf. Famili Hsp90, 70, 60 dan sHsp (α-crystallins, Hsp32 dan ubiquitin). Peningkatan ekspresi Hsp tersebut berhubungan dengan fungsi neuroprotektifnya di dalam sel

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


47

saraf. Secara individual, masing-masing sel saraf mempunyai kerawanan berbeda terhadap situasi stres (Richter-Landsberg, 2007). Famili Hsp90, protein yang paling banyak dibentuk dalam sel eukariotik. Mengisi 1-2 % dari total protein terlarut dalam unstressed cells. Diekspresikan constitutive dalam jaringan otak mammalia, dan dijumpai dalam kultur sel saraf, astrosit, oligodendrosit, dan mikroglia. Dalam keadaan stress, umumnya terinduksi hanya sedikit meningkat, berupa sebuah fraksi yang translokasi ke dalam nuklues, dan terlibat dalam kegiatan signaling kaskade apoptosis. Hsp90 terdiri dari 2 isoforms utama: Hsp90α sebagai isoform mayor yang inducible dan Hsp90ß sebagai isoform minor yang constitutive. Termasuk dalam famili Hsp90 adalah protein glucose-regulated Grp94 di dalam endoplasmatic reticulum (ER) dan Hsp90N, representasi dari 75 kDa Raf-associated protein Famili Hsp90 mempunyai aktivitas sebagai chaperone, tetapi tidak seperti chaperone lain, Hsp90 tidak terlibat dalam mekanisme umum pelipatan protein. Hsp90 bekerjasama dengan Hsp70 dan cochaperones lain dalam mekanisme degradasi protein yang mengalami misfolded. Hsp90 dalam sistem saraf, berperan dalam mekanisme: (1) berikatan dengan elemen sitoskeletal, seperti aktin dan tubulin, untuk menjaga kestabilan susunan sitoskeleton dan jala sitoplasmik yang dinamakan microtrabecular, (2) berinteraksi dan menstabilkan protein kinase kemudian terlibat dalam regulasi survival dan kematian sel, (3) di neuron serebelum, isoform α dan ß dijumpai terlokalisir pada permukaan sel yang berperan dalam mekanisme migrasi sel neuron, (4) berperan penting dalam transmisi sinaptik, baik pada kompartemen pre- dan post-sinaps, (5) dibutuhkan untuk efisiensi pelepasan neurotransmitter pada terminal pre-sinap dan merupakan

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


48

salah satu komponen terpenting untuk mengantarkan reseptor AMPA ke membran post-sinaps, (6) transport retrograde dari reseptor glucocorticoid di neurite. Aplikasi dari hasil pengembangan inhibitor Hsp90 adalah sebagai obat anti-tumor. Geldanamycin, menurunkan agregasi a-synuclein dan mencegah toksisitas pada sel human H4 neuroglioma yang kemungkinan dengan cara menginduksi Hsp70. Pada sel kultur model Huntington's disease, geldanamycin mengaktivasi Hsp40, 70 dan 90 dan mensupresi terjadinya aggregasi protein huntingtin (RichterLandsberg, 2007). Famili Hsp70, merupakan Hsp famili 70 kDa. Lebih banyak diekspresikan secara constitutive, diekspresikan secara inducible hanya dalam jumlah moderat. Termasuk dalam famili Hsp70: Hsc70 yang mempunyai BM 73 kDa, Hsp70 lebih inducible mempunyai BM 72 kDa dan protein yang meregulasi glucose Grp78 or BiP (for binding protein) yang terletak di lumen ER. Semua anggota famili Hsp70 berikatan dengan ATP, dan termasuk dalam aktivitas chaperon. Anggota Hsp70 berikatan dengan rantai polipeptida dan protein intermediate yang baru melipat sebagian untuk mencegah terjadinya agregasi dan misfolding. Hsp70 berikatan dengan ATP, memicu perubahan konformasi yang penting untuk mengawali pelepasan ikatan substrat protein. Hsc70 berperan dalam pelipatan dan pembentukan protein, untuk mempertahankan protein dalam status unfolded. Hsc70 juga memicu translokasi protein melewati membrane intraseluler. Interaksi Hsp70 dengan Hsp40, memicu pelipatan protein seluler dan memperbaiki protein yang misfolded. Aktivitas Hsp70 dibantu oleh cochaperones, seperti BAG-1 atau CHIP. Secara umum, over-ekspresi Hsp70 di neuron dan sel glia bersifat neuroprotektif. Hsc70 sebagai isoform yang constitutive dan Hsp40,

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


49

dapat ditemukan pada struktur postsynaptic otak tikus, dimana mereka berperan dalam fenomena palstisitas sinaps. Dalam sel saraf, Hsp70 hanya terinduksi dalam jumlah yang sedikit, namun dapat mengalami up-regulasi dalam jumlah tinggi oleh keadaan hipertermia dan berbagai stres dalam astrocytes, oligodendrocytes dan microglia. Hsp70 berperan dalam siklus survival dan kematian sel, dan ekpresi Hsp70 banyak dikaitkan dengan kelainan neurodegeneratif dan inflamasi sistem saraf. Famili Hsp60, sebuah protein yang dapat dijumpai dalam level yang tinggi dan diekpressi secara constitutive di sel eukaryotes. Disintesa didalam sitoplasma dan ditranspor menuju mitokondria, berada dalam matrix dan berperan dalam pelipatan dan penyusunan protein yang ditransport ke dalam mitokondria. Hsp60 juga dapat dijumpai di permukaan sel. Anggota famili Hsp60, yang juga sebagai chaperonins, merupakan kompleks protein dengan bentuk cincin oligomeric yang akan berikatan dengan protein nonnative dalam sebuah kavitas yang besar. Fungsi Hsp60 tergantung pada keberadaan Hsp10, yang mengadakan ikatan dengan Hsp60 untuk meregulasi substrat pengikatnya dan mengaktifkan ATPase. Hsp60 diekpresikan constitutive di dalam neuron, astrocytes dan oligodendrocytes. Selain berfungsi dalam pelipatan protein intraseluler, Hsp60 dapat menginduksi sel untuk memproduksi sitokin proinflamatori. Seperti halnya Hsp70, Hsp60 menimbulkan reaksi immunologis yang kuat dan merupakan salah satu target penyerangan autoimmune, dan berperan penting dalam berbagai penyakit autoimmune. Hsp60 berperan secara pasif dalam amplifikasi cascade caspase dan bertindak sebagai regulator positif dalam mekanisme apoptosis.

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


50

Famili Hsp berukuran kecil, atau small HsP (sHsp). Kelompok Hsp berukuran kecil dengan BM antara 12 - 43 kDa. Termasuk famili sHsp adalah αAdan ßB-crystallins. α-crystallins merupakan struktur mayor protein di lensa mata vertebrata. Sub-unit αA- spesifik untuk lensa dan αB-crystallin (BM 20 kDa) terditeksi di sejumlah jaringan nonlenticular seperti cardiac tissue dan sel glia sistem saraf. sHsp mempunyai kontribusi menjaga keseimbangan antara survival dan kematian sel, dan meningkatkan resistensi terhadap apoptosis, tergabung dalam sitoskeleton terutama dengan microfilament dan filament intermediate. Mempunyai peran fisiologis sebagai modulator sitoskeleton dan melindungi sitoskeleton selama keadaan stress. Pada CNS terlokalisir utamanya di sel glia. Pada kultur yang berasal dari jaringan otak tikus baru lahir, Hsp25 dan aBcrystallin sangat menonjol keberadaannya dan diekpresikan secara constitutive dalam astrosit. Bersifat inducible dalam astrosit dan oligodendrosit, namun tidak terdeteksi dalam mikroglia. Pada kultur neuron, Hsp25 dan αB-crystallin terekpresikan secara inducible dalam level rendah. Spekulasi mengatakan bahwa level sHsp dalam astrosit mempunyai efek protektif, dan menjadi salah satu alasan mengapa astrosit lebih tahan ketika keadaan stress dibanding neuron dan oligodendrosit. Peningkatan ekspresi terutama αB-crystallin didapatkan pada beberapa gangguan neurodegeneratif seperti pada penyakit Alzheimer, Alexander dan Parkinson.

2.4.4 Peran khusus Hsp dalam tahap perkembangan sistem saraf Selama tahapan perkembangan sistem saraf, Hsp diekspresikan dengan pola tertentu yang menunjukkan keunikan peran Hsp selama periode ini.

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


51

Perubahan morfologi dari neuron prekusor yang masih imatur ketika mengalami diferensiasi, migrasi dan pertumbuhan neurit dan akson, menghasilkan berbagai perubahan ekspresi Hsp. Saat ini telah berhasil diidentifikasi ekspresi dan peran beberapa Hsp dalam tahapan perkembangan sistem saraf (Tabel 2.8).

Tabel 2.8 Ekspresi Hsp selama tahap perkembangan sistem saraf Hsp

Spesies

Tahap ekspresi

Semua Hsp Hsp25/27

Tikus

Aktivitas

Peranan dalam perkembangan neuronal

Chaperone

Akomodasi bahan-bahan yang dibutuhkan dalam mekanisme pelipatan protein selama pertumbuhan sel Proses seleksi sel-sel neuron prekusor yang akan mati atau mengalami diferensiasi

Inhibisi apoptosis

Mencit

Embrio: diferensiasi neuron dari E9.5 (penutupan neural tube) Post-natal

Drosophlia

Larva

Akt binding

Manusia

Trimester-2

Tubulin binding

Hsp60

Mencit

Protein mitokondria

Hsc70

Tikus

Neuron, yang sedang berkembang selama post-natal Embrio: neuron, selama induksi dan penutupan neural tube Post-natal

Mencit

Hsp70

Hsp90 (a/b)

Manusia (Hsp73) Tikus

Embrio

Actin binding

Regulasi assembly/dissassembly mikrofilamen selama pertumbuhan neurit Meningkatkan aktivasi dan prolongasi keadaan aktif yang meningkatkan kemampuan hidup neuron dan pertumbuhan neurit Regulasi polimerasi mikrotubul dan pertumbuhan neurit Biogenesis mitokondria yang terkait tingginya kebutuhan metabolik neuron

Inhibisi apoptosis

Proses seleksi sel-sel neuron prekusor yang akan mati atau mengalami diferensiasi

ATP-dependent clathrin-uncoating enzyme Tubulin binding

Kecepatan transport protein aksonal

Inhibisi apoptosis

Mencit Tikus

Embrio: sel glia, pada tahap lanjut (E15.5) Post-natal Embrio

Mencit

Post-natal

Akt binding

Akt binding Tubulin binding

Regulasi polimerasi mikrotubul dan pertumbuhan neurit Proses seleksi sel-sel neuron prekusor yang akan mati atau mengalami diferensiasi Tidak diketahui Regulasi polimerasi mikrotubul dan pertumbuhan neurit Meningkatkan aktivasi dan prolongasi keadaan aktif yang meningkatkan kemampuan hidup neuron dan pertumbuhan neurit

Secara umum Hsp di dalam sistem saraf berperan secara individual, tetapi seringkali overlapping dengan Hsp lainnya. Setiap Hsp mempunyai peran yang spesifik pada tahapan maturasi sistem saraf. Peran utama Hsp didalam sistem saraf adalah beraksi sebagai chaperon. Oleh karena itu, ekspresi Hsp selama tahap

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


52

diferensiasi dan perkembangan neuronal merupakan akibat dari tingginya kebutuhan akan sintesis protein selama periode ini. Pada tahap diferensiasi neuron, hampir semua proses perkembangan membutuhkan Hsp, yakni dalam hal: biogenesis mitokondria, inhibisi apoptosis, pelipatan protein, transport protein aksonal, ikatan protein tau, pembentukan mikrotubul aksonal, pembentukan dan pertumbuhan mikrofilamen neurit dan stabilitas mikrofilamen (Gambar 2.11)

.

Gambar 2.11 Berbagai proses dalam tahap perkembangan neuron yang melibatkan peran Hsp (Richter-Landsberg, 2007)

2.5 Peran Hsp Ekstraseluler dalam Sistem Saraf Kemampuan Hsp untuk membuat sel lebih tahan terhadap berbagai stres metabolik mempunyai implikasi besar terhadap semua post-mitotic sel, terutama sel di dalam sistem saraf. Dalam strategi terapi lesi atau penyakit otak, lebih efektif untuk mencegah kehilangan neuron daripada harus menggantikan karena sangat sulit untuk me-rekonstruksi arsitektur kompleks susunan saraf pusat (Tytell, 2008). Studi Hsp masih terfokus pada peranan dan fungsinya secara intraseluler. Tidak banyak diketahui peranan dan fungsi Hsp ketika diekspresikan

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


53

ekstraseluler dan kemungkinan relevansinya dalam proses neurodegenaratif (Brown, 2007). Semakin banyak bukti yang menunjukkan bahwa Hsp dapat dilepas ke dalam aliran darah setelah stimulasi stress dan memicu respons stres lainnya yang belum banyak diketahui sebelumnya (Fleshner dan Johnson, 2005). Stres berupa exercise dapat memicu pelepasan Hsp70 dari jaringan otak ke dalam aliran darah secara in vivo (Lancaster dan Febbraio, 2005). Penemuan bahwa Hsp famili 70kD dapat dilepaskan ke cairan ekstraseluler dan neuron mempunyai kemampuan untuk mengambilnya, membuat langkah untuk mengetahui cara memanfaatkan penemuan ini untuk penyelamatan neuron yang terancam antara hidup dan mati menjadi rasional (Tytell, 2008). Tytel dkk, mengungkap mekanisme pelepasan dan transfer Hsp antar sel (Tytelll, 1986; Hightower dan Guidon, 1989).

2.5.1 Mekanisme pelepasan dan pengambilan eHsc70 dan eHsp70 Pada tahun 1980an, pendapat konvensional meyakini bahwa Hsp70 tidak dapat melewati membran sel tanpa adanya pori-pori atau keterlibatan berbagai transporter lintas membran. Pendapat tersebut ternyata tidak sepenuhnya benar, karena eHsc70 dan eHsp70 dapat dilepas ke sirkulasi ekstraseluler oleh berbagai sel tubuh dan diambil oleh neuron dengan beberapa alternatif mekanisme (Tytell, 2008) (Gambar 2.12). Hsc/p70 (gabungan Hsp 70kD dalam bentuk inducible dan constitutive) di dalam sirkulasi darah sebagai eHsc/p70 (Hsc/p70 ekstraseluler dan/atau exogenous) dapat berasal dari mekanisme pelepasan Hsc/p70 intraseluler atau administrasi Hsc/p70 secara eksogen. Pelepasan Hsc/p70 intraseluler melalui eksosom berlangsung seperti mekanisme konvensional lepasnya eksosom yang

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


54

berisi Hsc/p70 dari sel darah merah matur dan dari sel mononuklear darah normal atau yang mengalami stres hipertermi (Lancaster dan Febbraio, 2005).

A. Eksositosis konvensional

B. Sekresi Apokrin atau Pelepasan Eksosom

Sel Glia

Sel Glia

4 5

1 1

Cairan Ekstraseluler

2

Akson Neuron

6 2

7

3

4 Akson Neuron

Cairan Ekstraseluler

3

8 9

10

Gambar 2.12 Mekanisme pelepasan dan pengambilan Hsp ekstraseluler (Dimodifikasi dari Tytell, 2005 dan 2008). Pada ilustrasi diatas digambarkan pelepasan Hsp dari sel glia dan diambil oleh sebuah akson. Namun hipotesis transfer antar sel tersebut dapat juga terjadi antara beberapa grup sel-sel lainnya yang berbeda, melalui alternatif mekanisme: Eksositosis konvensional. Melalui mekanisme yang belum diketahui jelas, menyebabkan Hsc70 atau Hsp70 terkonsentrasi didalam vesikel-vesikel sekretori. Didalam vesikel ini, kedua Hsp tersebut akan menyatu membentuk Hsc/p70 (*). Kemudian mengalami alternatif mekanisme: (1) Hsc/p70 mengadakan eksositosis secara konvensional dan terlepas kedalam cairan ekstraseluler; (2) Hsc/p70 ekstraseluler berinteraksi dengan membran plasma dengan merubah konformasi bentuknya; (3) Difusi Hsc/p70 melalui membran plasma dan masuk kedalam sitoplasma akson untuk bebas untuk berikatan dengan komponen sitoplasmik lainnya sebagai Hsc/p70 endogen; (4) Pengambilan Hsc/p70 melalui pinositosis konvensional dan terkonsentrasi didalam vesikel endositotik. Kemudian mengalami difusi melalui membran endosom dan memasuki sitoplasma atau tetap berada didalam vesikel endosom untuk melibatkan diri dalam siklus endolisosomal dari sel neuron.

DISERTASI

Sekresi Apokrin atau Pelepasan Eksosom. Dua alternatif cara bagaimana eksosom yang berisi Hsc/p70 sitoplasma sel glia (*) dapat menyeberang kedalam akson: (1). Melalui sekresi apokrin konvensional, vesikel-vesikel kecil yang berisi larutan konstituenkonstituen sitoplasma membentuk semacam ‘tunas’ dipermukaan sel atau (4) melalui proses otofagi sitoplasma yang mengandung Hsc/p70 eksosom dan membentuk multivesikel (vesikel kecil didalam vesikel lain yang lebih besar) dan (5-6) dilepas ke kestraseluler melalui eksositosis. Jadi, baik mekanisme sekresi apokrin atau pelepasan eksosom menghasilkan hasil yang sama didalam ekstraseluler yaitu sebuah vesikel berlapis membran berisi konstituen sitoplasma. Vesikel yang dilepas ini kemudian berinteraksi dengan akson diduga melalui dua alternatif cara: (23) Menyatu dengan plasmalemma akson dan melepaskan isinya yang mengandung Hsc/p70 kedalam sitoplasma neuron, atau (710) di-fagositosis oleh neuron dan membentuk multivesikel baru. Lapisan membran luar vesikel kecil akan melebur dengan lapisan dalam membran yang besar dan melepaskan konstituen sitoplasma yang mengandung Hsc/p70 glia kedalam sitoplasma neuron.


AHMAD SURYAWAN


55

Berbagai fakta tersebut, menegaskan mekanisme pelepasan, pengambilan dan peranan eHsc70 dan eHsp70 ekstraseluler, yaitu: Pertama, Hsc/p70 dapat dilepas dari dalam sel dengan 3 alternatif mekanisme: eksosom, sekresi konvensional vesikel dan difusi menembus plasmalemma; Kedua, ketika berada di dalam ekstraseluler, eHsc/p70 dapat berinteraksi dengan membran sel, menginduksi perubahan konduksi ion, berinteraksi dari sel ke sel, dan/atau berdifusi menembus membran untuk masuk kedalam sitoplasma Ketiga, setiap kejadian tersebut akan mempunyai akibat fungsional yang berbeda di dalam sel, tergantung dari tipe sel yang berinteraksi dengan eHsc/p70 (Tytell, 2008).

2.5.2 Signifikansi pelepasan dan pengambilan eHsp/c70 esktraseluler untuk sistem saraf pusat. Neuron di dalam sistem saraf, terutama yang mempunyai akson panjang (panjang akson dapat ribuan kali lebih panjang dari diameter badan sel neuron itu sendiri), mempunyai kemampuan respons terhadap stres yang sifatnya refrakter. Sistem sintesis stres protein dalam neuron dapat meningkat maupun menurun ketika berada dalam keadaan stres seperti hipertermia atau iskemia. Tingginya kerawanan neuron terhadap stres metabolik merupakan bagian dari konsekuensi tidak stabilnya respon Hsp intraseluler di dalam neuron (Marthur et al., 1994; Voisin et al., 1996; Batulan et al., 2003; Tidwell, 2004; Robinson et al., 2005). Alasan lain yang menyebabkan neuron ber-akson panjang sangat rawan terhadap stres metabolik adalah akson tidak mempunyai sistem mesin yang lengkap untuk mensistesis Hsp seperti di dalam badan sel-nya. Akson sangat tergantung dari mekanisme transport protein aksonal untuk memperbaharui

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


56

protein (Brown, 1991). Berbagai kelemahan respon protein terhadap stres yang spesifik mengenai akson inilah yang sering tidak terlihat. Transport Hsp70 di dalam akson mulai dari badan sel sampai mencapai terminal akson memakan waktu yang lambat, sekitar 2mm/hari, dan sekitar 20 mm/hari untuk Hsp25. Transport Hsp intra-aksonal yang lambat menyebabkan Hsp baru yang disintesis di dalam badan neuron, tidak efektif untuk mengatasi injury di akson yang letaknya beberapa sentimeter dari badan selnya, karena dibutuhkan waktu minimal 24 jam untuk Hsp dapat mencapai lokasi injury. Kelemahan ini dikompensasi dengan keberadaan sel glia yang menyelimuti sepanjang akson dan dendrit, yang akan meningkatkan sintesis Hsp pada saat stres metabolik (Voisin et al, 1996). Bila sel glia melepas eksosom berisi Hsp dan mRNa ke dalam ekstraseluler, dan diambil oleh akson dan dendrit untuk mensistesis Hsp baru melalui mekanisme translasi sinyal di sepanjang titik akson, maka masalah keterlambatan transport Hsp intra-aksonal dapat teratasi. Studi mengenai transport Hsp70 yang dilepas oleh sel glia dan ditangkap oleh akson berukuran panjang, merupakan bukti pertama bahwa sel intak dapat melepas Hsp ekstraseluler dan ditangkap oleh sel lain yang berdekatan (Tytell, 1986, 2001 dan 2005). Pembuktian hal tersebut pada studi model vertebrata, masih terbatas. Hsp70 yang disintesa didalam selubung glia sepanjang n.sciaticus dari hewan coba katak, ternyata dapat diambil oleh akson saraf tersebut dan ditransport secara retrograde. Induksi Hsp27 dan Hsp32 akibat stres hipertermia di dalam sel glia Bergman dari serebelum hewan coba tikus, dalam beberapa waktu kedua Hsp tersebut dapat dideteksi di terminal sinaps sel Purkinje. Fenomena ini dikuatkan dengan bukti bahwa kultur sel glia mammalia dapat

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


57

melepas Hsp70 (Guzhova et al., 2001; Taylor et al., 2007) dan memperkuat bukti bahwa eHsc70 dan eHsp70 ekstraseluler dapat diambil oleh neuron (Houenou et al., 1996; Guzhova et al., 2001; Tidwell et al., 2004; Tytell, 2005; Novoselova et al, 2005; Robinson et al., 2007).

2.5.3 Efek neuroprotektif dan neurodegeneratif dari eHsc70 dan eHsp70 ekstraseluler. Saat ini, terdapat berbagai bukti bahwa eHsc70 dan eHsp70 ekstraseluler dapat meningkatkan fungsi dan survival neuron, tergantung stimulus dari berbagai kondisi stres, hipertermia, kurangnya faktor neurotropik, iskemia, radikal bebas dan trauma fisik, terangkum dalam Tabel 2.9 (Tytell, 2008). Administrasi Hsp ekstraseluler secara eksogen, terbukti efektif pada terapi kondisi neurodeneratif kronis. Penambahan larutan Hsc70 dan Hsp70 ke dalam media kultur sel neuroblastoma manusia, seperti pada penyakit polyglutamine-Huntington, bersifat protektif terhadap sel yang diterapi. Hal tersebut terbukti dari semakin sedikit aggregat protein polyglutamine yang ditemukan (Novoselova et al., 2005). Efek Hsc/p70 eksogen tersebut, konsisten dengan bukti peran Hsc/p70 dalam mekanisme pelipatan protein di dalam sel. Berbagai bukti tersebut, memperkuat pendapat bahwa Hsc/p70 eksogeen dapat memasuki sitoplasma sel. Peran fungsional eHsp70 di dalam sirkulasi darah menunjukkan hasil yang tidak selalu sejalan pada berbagai studi. Pada peran fungsional sebagai immunomodulator, Hsp70 ekstraseluler mempunyai efek pro-inflamatori dalam sel monosit, dan peningkatan Hsp70 dalam sirkulasi merupakan sebuah “sinyal bahaya” yang akan menimbulkan respon imun innate (Fleshner dan Johnson,

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


58

2005). Sebaliknya, ditemukan bukti bahwa Hsp70 ekstraseluler dalam sirkulasi juga mempunyai efek anti-inflamatori, demikian pula efek anti-inflamasi Hsp70 ekstraseluler yang terkait dengan aktivasi sel mikroglial di otak. Kedua perbedaan hasil diatas dapat dijelaskan karena peran biologis Hsp70 ekstraseluler tergantung konsentrasi dan keberadaannya, artinya dimana, kapan, dan seberapa tinggi levelnya (Calderwood et al., 2007). Level Hsp70 ekstrseluler juga dapat meningkat temporer pada keadaan fisiologis. Meskipun berbeda konteks dengan saat terjadi stres atau infeksi, namun secara umum efek fisiologis yang ditimbulkan sama. Peningkatan aktivitas gerak fisik selama exercise dapat menginduksi Hsp70 di dalam sel otot, yang diakibatkan oleh kerusakan mikroskopis (Febbraio et al., 2002b; Fleshner dan Johnson, 2005). Sehingga pada individu sehat yang sedang exercise, akan mengalami elevasi akut level Hsp70 extraseluler di dalam darah. Hsp70 ekstraseluler yang beredar dalam darah dapat berasal dari beberapa organ spesifik, seperti dari hepar (Febbraio et al., 2002a) dan otak (Lancaster dan Febbraio, 2005). Studi in vitro membuktikan Hsp70 dapat dilepas ke dalam peredaran darah melalui pembentukan eksosom (Lancaster dan Febbraio, 2005). Mekanisme eksosom yang mengandung Hsp70 terlepas dari parenkim otak dan dapat memasuki sirkulasi darah serta melewati blood-brain barrier, belum diketahui. Pemicu utama lain pelepasan Hsp70 kedalam sirkulasi darah adalah aktivasi reseptor α1-adrenergic (Johnson et al, 2005). Studi ini membuktikan bahwa pelepasan tersebut menggunakan eksosom sebagai ‘kendaraan’ pengangkutnya. Namun masih belum diketahui mekanisme pelepasan eksosom dari sel dan masuk ke dalam sirkulasi darah, kecuali eksosom tersebut diproduksi oleh sel-sel yang

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


59

kontak langsung dengan darah. Fenomena ini diduga karena pembuluh darah itu sendiri merupakan sumber Hsp70 ekstraseluler. Bila hal tersebut benar, maka level Hsp70 ekstraseluler tinggi dalam sirkulasi darah dimungkinkan, karena hepar dan otak mempunyai vaskularisasi tinggi (Tytell, 2008).

Tabel 2.9. Efek Hsp ekstraseluler eksogen di dalam sel dan jaringan neuron dan sel glia in vitro dan in vivo Model

Hsp eksogen

Efek

Referensi

In vitro Sel neuroblastoma

Bov skeletal muscle Hsc/Hsp70

Microglia mencit

Hum-Hsp90 Recom hum-Hsp70 Recom rat-Hsp32 Recom hum-Hsp27 Recom hum-Hsp70

Potongan otak mencit Sel neuron korteks mencit Sel-sel PC12 Korteks olfactory mencit yang anoksia Sel-sel neuron korteks mencit Human neuroblastoma cells transfected with Huntington gene Sel-sel neuron motorik embrio ayam Sel-sel neuron motorik embrio ayam

Recom bov Hsc70 Recom bov Hsc70 Recom hum-Hsp70 Bov skeletal muscle Hsc/Hsp70 Bov skeletal muscle Hsc/Hsp70 Bov skeletal muscle Hsc/Hsp70 Recom bov Hsc70 Recom hum-Hsp70 Hum-Hsp70 (full length & substrate-binding portion)

Peningkatan survival atas stres hipertermi dan resistensi terhadap apoptosis yang diinduksi obat-obatan Semuanya berefek menstimulasi produksi sitokin dan fagositosis ßamyloid, kecuali Hsp27

Guzhova et al., 2001

Melindungi transmisi sinaps pada keadaan stres hipertermia Inhibisi ischemia dengan menginduksi peningkatan Hsp70 Meningkatkan apoptosis

Kelty et al., 2002

Melindungi transmisi glutaminergic

Mokrushin et al., 2004

Melindungi transmisi glutaminergic

Mokrushin et al., 2005

Meningkatkan survival dengan mereduksi pembentukan inklusi protein poly-Q Meningkatkan survival bila tidak ada faktor-faktor neurotropik Meningkatkan survival setelah kerusakan akibat radikal bebas

Novoselova et al., 2005

Reduksi degenerasi fotoreseptor yang di-induksi cahaya Reduksi apoptosis pada ganglion neuron dorsalis dan neuron motor spinal yang di-induksi axotomy

Yu et al., 2001

Hsp70 dapat melindungi channel K+ post-injury akibat goncangan, tapi Hsp27 tidak berefek yang sama Mencegah kematian yang terprogram dari motor neuron

Armstead dan Hecker, 2005

Kakimura et al., 2002

McLaughlin et al, 2003 Arispe et al., 2004

Robinson et al., 2005 Robinson et al., 2007

In vivo Retina tikus N. Sciaticus tikus

Otak babi, neonatal

Embrio ayam

DISERTASI

Bov skeletal muscle Hsc/Hsp70 Bov brain Hsc70 Bov skeletal muscle Hsc/Hsp70 Recom bov Hsc70 Recom hum-Hsp70 Recom hum-Hsp70 dan Hsp27 Recom hum-Hsc70


Houenou et al., 1996 dan Tidwell et al, 2004

Robinson et al., 2005

AHMAD SURYAWAN


60

2.6 Hubungan antara eHsc70 dan eHsp70 Ekstraseluler dan Kualitas GMs Bayi Prematur Kelahiran prematur, mengakibatkan disrupsi perkembangan berbagai organ tubuh, sehingga bayi lahir dengan organ tubuh yang belum matur. Disrupsi multi-organ pada bayi prematur, memicu stres metabolik. Bila disrupsi mengenai telencephalon, akan berakibat defek dan disfungsi susunan saraf pusat dengan berbagai konsekuensi. Stres metabolik yang terjadi pada bayi prematur menyebabkan berbagai gangguan perkembangan, seperti: kemunduran motorik, kognitif dan problem perilaku dikemudian hari. Penilaian kualitas GMs merupakan salah satu metode penilaian yang memberikan informasi integritas susunan saraf pusat di usia dini. Penilaian kualitas GMs sangat mudah dilakukan pada bayi usia muda, dan mempunyai nilai prediktif yang tinggi untuk gangguan perkembangan, terutama cerebral palsy (CP) atau keterlambatan motorik lain. Klinisi mulai mencoba menerapkan penilaian kualitas GMs dalam klinik praktis. Kualitas GMs normal diproduksi oleh adanya koneksi temporer antara subplate korteks dengan area pusat motorik spinal. Insidens kualitas GMs abnormal sangat tinggi pada bayi prematur. Studi imaging membuktikan bahwa abnormalitas kualitas GMs bayi prematur disebabkan oleh disrupsi perkembangan telencephalon, yang menimbulkan berbagai akibat: (1) survival neuron subplate korteks terganggu, sehingga menimbulkan defek dan / atau disfungsi area subplate korteks, dan (2) kerusakan area periventricular white matter akibat peningkatan gliosis, kerusakan akson, dan menurunnya proses mielinisasi oleh sel glia. Kombinasi kedua mekanisme tersebut menyebabkan disfungsi koneksi temporer subplate – motor spinal, dan

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


61

memproduksi kualitas GMs abnormal. Kualitas GMs bayi muda bukan sebuah fenomena yang sifatnya menetap. Bayi prematur saat baru lahir dan saat berusia 36 bulan postterm dapat menunjukkan kualitas GMs yang normal atau abnormal. Perbedaan ini dianggap normatif dalam sudut pandang perkembangan otak, dimana perubahan-perubahan yang terjadi dalam otak selama usia perkembangan, mempunyai implikasi menghilangnya disfungsi pada usia dini dan/atau munculnya disfungsi dikemudian hari, atau sebaliknya (De Graff-Peters dan Hadders-Algra, 2006). Namun, mekanisme yang mendasari perbedaan kualitas GMs bayi prematur tersebut, sampai saat ini belum dapat dijelaskan. Disrupsi perkembangan multi organ pada bayi prematur, memicu stres metabolik di berbagai organ. Pada keadaan stres metabolik, induksi sintesis heat shock protein (Hsp) intraseluler merupakan respons untuk menjaga keseimbangan antara survival dan kematian sel. Bila disrupsi terjadi pada organ telencephalon yang sedang berkembang, maka sel yang paling rawan untuk mengalami stres adalah neuron, terutama neuron subplate korteks, dan sel glia di area white matter (Robinson, 2007). Berbagai Hsp di sintesis intraseluler neuron dan sel glia sebagai respons untuk meningkatkan survival. Terdapat bukti yang menunjukkan bahwa beberapa organ tidak hanya mensistesis Hsp secara intraseluler saja, tetapi juga dapat melepaskan Hsp kedalam sirkulasi darah untuk dapat diambil oleh sel lain. Salah satu Hsp yang terbukti dapat dilepaskan secara ekstraseluler adalah Hsp famili 70kD, yaitu Hsc70 dan Hsp70 (eHsc/p70). Hsc/p70 dalam sirkulasi darah ternyata mampu diambil oleh neuron dan sel glia, untuk meningkatkan level Hsc/p70 intraseluler, untuk melindungi neuron dan sel glia dari kematian.

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN


62

Terdapat ko-insidensi antara: (1) bayi prematur dapat menunjukkan kualitas GMs yang berbeda (kualitas GMs normal atau GMs abnormal) saat baru lahir, (2) hipotesis imaging membuktikan bahwa abnormalitas bayi kualitas GMs bayi prematur disebabkan oleh defek atau disfungsi subplate korteks dan kerusakan diffuse area white matter yang menyebabkan terganggunya koneksi antara subplate korteks ke spinal, (3) bayi prematur sangat rawan untuk mengalami disrupsi telencephalon yang berakibat kerusakan integritas subplate korteks dan white matter sebagai area utama otak yang dibentuk oleh neuron dan sel glia, (4) Neuron dan sel glia usia prematur sangat rawan untuk mengalami stres metabolik dibandingkan ketika telah matur, (5) Peran Hsc/p70 intraseluler sebagai salah satu protein yang berfungsi meningkatkan kemampuan survival neuron dan sel glia pada saat mengalami stres metabolik, dan (6) Hsc70 dan Hsp70 dapat dilepas ekstraseluler (eHsc/p70) dari berbagai organ ketika mengalami stres metabolik dan dapat diambil oleh neuron dan sel glia untuk meningkatkan level Hsc/p70 intraseluler. Berdasar atas ko-insidensi kelima fakta tersebut, maka terbuka peluang untuk meneliti mekanisme kualitas GMs bayi prematur baru lahir berdasar ekspresi eHsc70 dan eHsp70 di dalam sirkulasi darah.

DISERTASI


AHMAD SURYAWAN

Bab 2 TINJAUAN PUSTAKA. terutama saat periode neonatus. Salah satu kemajuan tersebut adalah pemahaman

Recommend Documents